(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆表面を有する加工物を処理するイオン注入機であって、
イオンビームを発生するように選択された物質をイオン化するイオン源と、
このイオン源に流体連通されている処理室を形成しているハウジングと、
この処理室内に設けられ、かつイオンビームによる注入中に加工物を前記処理室内に支持するための加工物支持表面を有する加工物ハンドリングアセンブリと、
注入中に加工物の被覆表面から放出された残留物から前記イオン源を隠蔽するために、処理中に前記ハンドリングアセンブリの前記支持表面と前記イオン源の間に配置されており、前記イオンビームを通過させることができる大きさのシールド開口を有するイオンビームシールドとを備え、さらに、
上表面及び底表面を有する複数のロードロック部材を含み、この複数のロードロック部材を嵌めあい係合で積層して複数のロードロック室を形成し、垂直方向に移動可能に配置されたロードロックアセンブリを備えたことを特徴とするイオン注入機。
【請求項２】
前記イオンビームは、リボンビームからなることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項３】
前記イオンビームシールドは、表面に付着する放出残留物の量を増加させるために、表面積を増加した凹凸状の外表面を有することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項４】
加工物は、フォトレジストで被覆されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項５】
前記イオン源と前記加工物ハンドリングアセンブリの支持表面は、処理中は距離Ｄだけ離れており、前記イオンビームシールドは、前記加工物ハンドリングアセンブリからＤ／２以下の距離だけ離れていることを特徴とする請求項２に記載のイオン注入機。
【請求項６】
前記シールド開口は、アスペクト比が５０：１またはそれ以上の比を有するイオンビームに適応できる寸法であることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項７】
さらに、前記イオンビームを集束するために前記イオン源と前記シールドの間に配置された集束レンズを備えており、前記シールドは、集束したビームの焦点面上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項８】
前記イオンビームシールドは、非可撓性材料からなることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項９】
前記加工物ハンドリングアセンブリは、注入中に加工物を線形走査方向に並進させる並進手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項１０】
イオン注入機の処理室は、前記イオン源によって発生したイオンビームの軸線方向を横切って鉛直方向上方に延在する部分を有していることを特徴とする請求項９に記載のイオン注入機。
【請求項１１】
前記並進手段は、前記加工物をイオンビームにほぼ直交する向きの走査方向に並進させてイオンビームを通過させることを特徴とする請求項１０に記載のイオン注入機。
【請求項１２】
前記加工物ハンドリングアセンブリは、さらに、ロードロックに対する支持表面の位置を移動させる手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項１３】
さらに、複数の加工物を保管する加工物カセットと、このカセットと前記ロードロック部材の間で加工物を搬送するエンドエフェクタを有するエンドステーションアセンブリを備えていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項１４】
さらに、前記ロードロック部材の少なくとも一部分を選択温度にするために前記ロードロック部材に接続された温度制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項１５】
前記ロードロック室に形成される床は、低温デッキを形成するために、前記床を選択温度にする冷却構造体を備えていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項１６】
前記ロードロック室に加工物を配置したとき、前記ロードロック室の床に前記加工物を引き寄せてこの床に接触させるために、前記床に連結された真空手段を備え、これにより、前記加工物から前記床に熱伝達を行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入機。
【請求項１７】
前記ロードロック室の床に複数の真空開口が設けられており、加工物の裏側の大部分を前記ロードロック室の床の冷却表面と接触させるために、前記真空開口は前記真空手段と流体連通していることを特徴とする請求項１６に記載のイオン注入機。
【請求項１８】
被覆表面を有する加工物を処理するイオン注入機に用いるイオンビームシールドであって、
前記イオン注入機が、イオンビームを発生するように選択された物質をイオン化するイオン源と、このイオン源に流体連通されている処理室を形成しているハウジングと、この処理室内に設けられ、かつイオンビームによる注入中に加工物を前記処理室内に支持するための加工物支持表面を有する加工物ハンドリングアセンブリと、上表面及び底表面を有する複数のロードロック部材を含み、この複数のロードロック部材を嵌めあい係合で積層して複数のロードロック室を形成し、垂直方向に移動可能に配置されたロードロックアセンブリとを含んでおり、
前記イオンビームシールドが、注入中に加工物の被覆表面から放出された残留物から前記イオン源を隠蔽するために、処理中に前記ハンドリングアセンブリの前記支持表面と前記イオン源の間に配置され、かつ、５０：１またはそれ以上のアスペクト比を有して、前記イオンビームを通過させることができる大きさのシールド開口を有することを特徴とするイオンビームシールド。
【請求項１９】
イオンビームシールドが、表面に付着する放出残留物の量を増加させるために、表面積を増加した凹凸状の外表面を有することを特徴とする請求項１８に記載のイオンビームシールド。
【請求項２０】
前記イオンビームシールドは、非可撓性材料からなることを特徴とする請求項１８に記載のイオンビームシールド。
【発明の詳細な説明】
（発明の背景）
本発明は、加工物を処理する処理装置、特に加工物に注入するイオン注入機に関する。
イオン注入は、半導体ウェハまたはガラス基板上の蒸着薄膜等の加工物(work-piece)に導電率を変えるドーパント（不純物）を制御された高速状態で導入するための標準的で商業的に認められている技術である。
従来のイオン注入機は、所望のドーパント元素をイオン化して、それを加速して規定エネルギのイオンビームを形成できるようにするイオン源を含む。このビームは加工物の表面に照射される。一般的に、イオンビームの高エネルギイオンが加工物塊に貫入して、その物質の結晶格子に埋め込まれることによって、所望の導電率を有する領域を形成する。
このイオン注入処理は、一般的に、加工物ハンドリングアセンブリ、加工物支持アセンブリ及びイオン源を収容した高真空気密処理室内で実施される。この高真空環境は、ガス分子との衝突によるイオンビームの拡散を防止すると共に、空気中浮遊微粒子によって加工物が汚染される危険性を最小限に抑える。
処理室は一般的に、弁アセンブリを介して処理用の端部ステーションに接続されている。この端部ステーションは、真空ポンプ装置によって大気圧からポンプダウンすることができる中間ロードロック室または圧力ロックを含むことができる。室は、下流側端部で弁アセンブリによって選択的に閉鎖され、この弁アセンブリはロードロック室を処理室と選択的に流体連通させる。ロードロック室はまた、他端部で上流側弁アセンブリに接続されている。端部ステーションはまた、加工物を１つまたは複数の加工物カセットから上流側弁アセンブリを介して室内へ移送するエンドエフェクタ(end effector)も含む。
加工物をエンドエフェクタによって中間室内へローディングした後、室をポンプ装置で処理室と一致した高真空状態まで真空排気する。次に、中間室の下流側端部の弁アセンブリを開いて、処理室内に設けられた加工物ハンドリングアセンブリで加工物を中間室から取り出して、加工物を支持アセンブリへ移送し、処理中はこの支持アセンブリが加工物を支持している。例えば、加工物ハンドリングアセンブリのローディングアームが加工物を中間室から取り出して、それを加工物支持構造体のプラテンに載置する。次に、加工物支持体は加工物を走査方向に移動させ加工物に注入する作動中のイオン源を通過させる。
加工物の注入前に、従来の写真平版技術に従って各加工物の表面に選択パターンを形成するために、各加工物をフォトレジスト層等のマスキング層で被覆することができる。従来のやり方に従って、イオン注入を行なう領域でフォトレジスト層を除去し、加工物表面のその他の部分にはマスクとして残す。
注入処理中に、イオンビームが加工物表面のフォトレジスト除去領域に注入されて、所望のドーピング特徴を生じる。残りのフォトレジスト被覆領域では、（イオンシャワーを形成する）イオンビームのイオンがフォトレジストに貫入して、フォトレジスト材の電子及び原子核と衝突し、最終的に停止する。フォトレジストは一般的に有機ポリマーからなるが、高エネルギイオンは、ポリマー材内を通過する時にそれの炭化水素鎖をへき開する。従って、フォトレジストは水素、水蒸気及び他の残留物をフォトレジストから放出する。
放出された残留物は、フォトレジスト被覆表面の目視線内の至る所に凝縮する。この残留物は、絶縁物質であって、イオン源上に、特にイオン源の引出電極アセンブリ上に集まる。イオン源から引出されるイオンビームの寸法は比較的大きいため、電極の上被覆を防止することは実現不可能である。電極が放出残留物に長時間にわたって曝された後、電極を清掃するためにイオンビームアセンブリを取り外すことが必要になる。従って、これはイオン注入機のダウン時間をもたらし、このためにイオン注入機の処理能力が低下し、それに伴って作動コストが上昇する。
従って、当該技術では、放出レジストの量を減少させるか、放出レジストによる引出電極アセンブリの被覆を阻止する改良型のイオン注入機が必要とされている。
（発明の概要）
本発明は、イオン注入機による処理中に被覆加工物から放出されたフォトレジストがイオン源に到達しないようにするイオンビームシールドの使用できるようにする。イオンビームシールドは、フォトレジストから放出された残留物がイオン源の電極構造体、例えば引出電極アセンブリ上に集まらないようにする。シールドはさらに、イオン源で発生したビームに適応した大きさの開口（例えば、イオンリボンビームを通過させるスロット形開口）を含むことができる。
１つの態様によれば、本発明のイオン注入機は、イオンビームを発生するように選択された物質をイオン化するイオン源と、イオン源に流体連結された処理室を形成するハウジングを含む。イオン源は、ハウジングの一方側に取り付けられている。加工物ハンドリングアセンブリが処理室内に設けられており、注入処理中に加工物を処理室内に支持するための加工物支持表面を備えている。１つの実施例によれば、注入中に加工物の被覆表面から放出された残留物からイオン源を隠蔽するために、イオンビームシールドがハンドリングアセンブリの支持表面とイオン源の間に配置されている。
本発明の１つの態様によれば、注入処理中に加工物を被覆しているフォトレジストのバックスパッタが電極上に集まらないようにするため、イオン源シールドが加工物と電極構造体の間に配置されている。イオンビームシールドは、イオンビームが妨害を受けないで加工物へ進むことができる大きさの開口を含む。開口は、１つの態様では、イオンリボンビームを通過させることができる形状であることが好都合であり、特にアスペクト比(aspect ratio)が約５０：１以上のリボンビームに適応できる寸法である。
別の態様によれば、イオン源と加工物ハンドリングアセンブリの支持表面は、処理中に選択距離Ｄだけ離れており、シールドは加工物ハンドリングアセンブリから約Ｄ／２以下の距離だけ離れている。
別の態様によれば、イオンビームシールドは、より多くの放出残留物を収集できるようにするために表面積を効果的に増加させるほぼ凹凸状の外表面を有する。シールド表面のアラサは、好ましくは約５ミクロンより大きく、さらに好ましくは約１０ミクロンより大きいが、シールドの保守点検が増加しても問題なければ、他のアラサ範囲も使用できる。
本発明のさらに別の態様によれば、イオンビームをシールド開口に集束させるために集束レンズを用いることができ、シールド開口はレンズの焦点面上に配置することができる。この態様では、イオンビームシールドは、集束したイオンビームの焦点面上に配置される。この配置ではさらに、イオンビームシールドの開口の寸法を小さくすることができ、従って開口を通ってイオン源へ逃げることができる残留物の量を最小限に抑えるため、電極構造体の保護が向上する。
別の態様によれば、処理室内に設けられた加工物ハンドリングアセンブリは、加工物をロードロックから取り上げて、イオン源で発生したイオンビームによる注入中、加工物を支持する。処理室は、ロードロックアセンブリと選択的に流体連通し、このロードロックアセンブリは加工物ローディングすなわち端部ステーションと機械的に一体化している。
別の態様によれば、加工物ハンドリングアセンブリは、注入中に加工物を線形走査方向に並進させる加工物支持表面すなわちプラテンと、ロードロックに対する支持表面の位置を移動させる構造体を含む。この線形走査方向は、水平走査方向にすることができ、好適な実施例では、走査方向はイオン注入機の水平長手方向軸線を横切るか、それに直交する経路に沿っている。走査方向と長手方向軸線が成す角度は、約８５度以下である。
別の態様によれば、イオン源で発生したイオンビームは、長手方向軸線を横切る方向に延びて、１つの実施例によれば、横走査方向にほぼ平行である。並進台が加工物を走査方向にイオンビームを通過させる。
別の態様によれば、イオン注入機はさらに、ロードロック室を選択圧力にするためにロードロックに接続されたポンプアセンブリ、例えば圧力調整器を含む。さらに別の態様によれば、システムは、ロードロックの少なくとも一部分または加工物を選択温度にするためにロードロックに接続された温度制御素子を含む。
別の態様によれば、イオン注入機はさらに、低温デッキを形成するためにロードロック室の床を選択温度にする構造体を含む。加工物を室内に配置した時に加工物を引き付けて室の床に接触させることによって加工物から室の床へ熱を伝達できるようにするため、真空ネットワークを室の床に接続することもできる。加工物の裏側の大部分を冷却表面と接触させるために、真空ネットワークは、室の床に形成されて真空源と流体連通した複数の真空開口を含むことができる。
さらに別の態様によれば、イオン注入機は、冷却表面を形成するために冷却流体を室の床に循環させるための構造体、例えば流体源と連通した流体導管を含む。
ロードロックアセンブリは、積層ロードロック配列を形成するように、軸方向に相互配置された複数のロードロック部材（以下、ロードロックともいう。）を含む。さらに、その配列内の各ロードロックは、互いに積み重ねられる時、隣接のロードロックと組み合わされる。１つの実際例によれば、ロードロックの１つの底表面が第１幾何学的形状を有し、隣接のロードロックの上表面が相補的な幾何学的形状を有することによって、積み重ねた時にそれらのロードロックが組み合わされる。１つの実施例によれば、各ロードロックの底表面は、第１最底側部と、外側の段差付き第２底側部と、さらに外側の段差付きの第３底側部を有する。各ロードロックの上表面は、第１最上面と、第１面から第１壁部分だけ離れている窪んだ第２面と、さらに窪んだ第３上面を有する。この積層ロードロック配列によって、イオン注入機による多重加工物の処理が容易になる。
次に、一定の好適な実施例に関して本発明を説明する。しかし、当該技術の専門家であれば、発明の精神及び範囲から逸脱しないで様々な変更及び修正を加えることができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点は、以下の説明から明らかになると共に、添付の図面から明らかになり、様々な図面を通して同一参照記号は同一部材を示している。図面は、本発明の原理を説明しており、正確な縮尺率ではないが、相対寸法を示している。
第１Ａ図は、本発明に従ったイオン注入機の１つの実施例の斜視図であり、
第１Ｂ図は、第１Ａ図のイオン注入機の一部分の上面図であり、
第２図は、本発明のイオン注入機の変更実施例の斜視図であり、
第３Ａ図及び第３Ｂ図は、本発明のロードロックアセンブリの分解斜視図であり、
第４Ａ図及び第４Ｂ図は、第３Ａ図及び第３Ｂ図のロードロックアセンブリの各構成ロードロックの分解図であり、
第４Ｃ図は、第３Ａ図及び第３Ｂ図のロードロックアセンブリの１対の組み合わされたロードロックの断面図であり、
第５図は、本発明のすべりシール構造を説明する第１Ａ図のロードロック及び処理室の断面図であり、
第６図は、本発明のすべりシール構造の変更実施例の断面図であり、
第７図は、連続構成の第１図のロードロックアセンブリの斜視図であり、
第８図は、第１図の加工物ハンドリングアセンブリのピックアップアームの詳細斜視図であり、
第９図は、単一パネル上で多数の処理を同時に実施できることを概略的に説明しており、
第１０図は、本発明の教示に従ったイオン注入機の別の実施例の上面図であり、
第１１図は、第１０図のイオン注入機の側面図であり、
第１２図は、第１０図のイオン注入機の処理ハウジング及び室の概略的断面図であって、本発明のパネルハンドリングアセンブリを示しており、
第１３図は、第１０図ないし第１２図のイオン注入機の処理室及びハウジングの一部破断した例示的な斜視図であり、本発明の教示に従った多重パネルを処理する間のパネル移動を説明しており、
第１４図は、第３Ａ図ないし第４Ｃ図の積層ロードロック配列内の多重パネルを処理する時に第１０図のイオン注入機が実施する特定事象を説明する概略的なタイミング図であり、
第１５図は、本発明のイオンビームシールドを説明する第１０図のイオン注入機の側面図であり、
第１６図は、イオン注入処理中に有機材被覆加工物から形成された放出残留物の煙と、イオンビームシールドの遮蔽機能を説明する例示的な斜視図であり、
第１７図は、集束イオンビームを形成するために集束レンズを用いた本発明のイオンビームシールドの例示的な斜視図である。
（図示の実施例の説明）
第１Ａ図及び第１Ｂ図を参照すると、本発明のイオン注入機１０は、一対のパネルカセット２６と、エンドエフェクタ２４と、ロードロック室アセンブリ１２と、処理室１６を形成しているハウジング１４と、イオン源１８を含み、イオン源１８はビーム開口２０を介して処理室１６と連通している。エンドエフェクタ２４は、カセット２６内に積み重ねられた平形パネルＰ等の加工物をロードロックアセンブリ１２へ移送する。
図示のエンドエフェクタ２４は、従来の駆動及び制御機構に接続されており、この機構はエンドエフェクタに電力を与えると共に、パネル移動の速度及びシーケンスを制御する。パネルカセット２６は従来構造であり、パネル用の好都合な保管機構を形成している。
ロードロックアセンブリ１２は、線形ベアリング装置と線形駆動装置にも連結されており、これらの装置はロードロックアセンブリ１２を所望通りに垂直移動させると共に、ロードロックアセンブリ１２を処理室ハウジング１４と密着する位置に配置して保持し、これについては詳細に後述する。
線形駆動装置は、親ねじ２２とモータアセンブリ２３を含む。モータアセンブリ２３が親ねじ２２を駆動し、親ねじ２２がロードロックアセンブリ１２を点線で示されているように選択された垂直位置に配置する。線形ベアリング装置は、ロードロックアセンブリに取り付けられて円形シャフト２９に沿って摺動する一対の固定線形ベアリング２８を含む。
好ましくは、並進または加工物保持アセンブリが処理室１６内に設けられている。並進アセンブリは、機能的にエンドエフェクタ２４と同じピックアップアーム２７を含む。ピックアップアーム２７は、処理中にパネルＰを取り扱う。ピックアップアーム２７が最初にパネルＰをロードロックアセンブリ１２から取り出した時、それはほぼ水平位置Ｐ１に配置されている。次に、ピックアップアームはパネルを矢印１３で示されているように垂直方向に、ほぼ垂直位置Ｐ２へはじき上げる。次に、並進アセンブリはパネルを走査すなわち並進方向へ、図示の実施例では左から右へ、イオン源１８で生成されて開口２０から現れるイオンビームの経路を横切るように移動させる。
別の実施例によれば、ピックアップアーム２７は、パネルＰを並進させる前に最初の水平位置に対して傾斜させることができる。この実施例では、加工物とイオンをほぼ直角に衝突させることができるように、イオン源１８が処理室１４上に配置される。
さらに第１Ａ図及び第１Ｂ図を参照すると、処理室ハウジング１４は前ハウジング部分１４Ａと細長い部分１４Ｂを含む。前ハウジング部分は、ロードロックアセンブリ１２からパネルＰを水平状態で取り出すことができる寸法である。次に、第１Ｂ図に矢印３２で示されている走査方向に沿った移動の前に、パネルを最初の水平位置Ｐ１から垂直位置Ｐ２へ移動させる。
ハウジング部分１４Ｂは、パネルがイオン源１８で生成されたリボンビームを完全に通過できるようにする軸方向寸法を走査方向に有している。ハウジング部分１４Ｂが比較的狭い幅であることによって、パネルは垂直位置Ｐ２に配置されている時だけそれに沿って移動することができ、処理室１６の全容積を小さくすることができるため、好都合である。このように処理室の容積が小さくなることによって、処理室の真空排気を速くすることができる。室の真空排気に必要な時間の短縮は、注入機１０の全処理能力の増加に役立つ。
図示のロードロックアセンブリ１２は、好ましくは室ハウジング１４の前室壁３４に密封連結されている。ロードロックアセンブリ１２の垂直移動中、ロードロックアセンブリ１２は室壁３４に対して比較的気密及び液密的なシールを維持する。このすべりシール密封構造についてはさらに詳細に後述する。
再び第１Ａ図を参照すると、イオン源１８は開口２０と協働して、処理すべきパネルより小さい寸法のリボンビームが形成される。さらに詳しく言うと、イオン源１８は、第１３図に示されているように、幅（例えば軸方向高さ）がパネルの短辺よりわずかに大きく、長さがパネルの全長、例えばパネルの長辺より相当に小さいリボンビーム１９を生成する。
本発明のイオン注入機１０にリボンビームを使用することによって、
（1）同一装置で様々な大きさのパネルサイズを処理できること、
（2）パネルの走査速度の変更、及びパネルの短辺を越えるイオンビーム部分の電流のサンプリングによって制御できる均一な注入の達成、
（3）イオン源を小さくすることによる低コスト化と保守点検が容易になること、
（4）イオン源を連続作動させることができること、
を含む幾つかの利点が得られる。
イオン源の連続作動によって、従来の方法のようにイオン源のオン・オフを繰り返すことに伴った問題をなくすことによって均一な注入を行うことができるので、イオン注入機１０の効率が増加する。これらの問題の代表的なものとして、イオン源の始動作動時に発生するビーム電流密度の過渡現象がある。
第２図は、本発明に従ったイオン注入機３０の変更実施例を概略的に示している。図示の装置は、別体のサービス室４６及び処理室４０と連通したロードロックアセンブリ４２を含む。
イオン源３８が、処理室４０と、さらに当該技術では既知のガスボックス３６及び関連の制御電子機器４４と流体連通している。図示のイオン源及びガスボックスアセンブリは、絶縁形トランス４８と電圧スタック５０を含む電源装置に接続されている。処理室４０は、真空アセンブリ５２等によって既知のポンプ技術で真空排気される。注入処理中に発生する特定の排気は、排気ポート５８を通って外側ハウジング５６から排出される。
図示のロードロックアセンブリ４２は、パネルを処理室４０内で連続的に循環させることによって処理能力を最大にする適当なロードロックアセンブリを含むものとする。例えば、ロードロックアセンブリ４２は、第３Ａ図ないし第６図の積み重ねたロードロックアセンブリか、または第８図の２連形ロードロックアセンブリを含むことができる。また、図示の装置３０はさらに、平形パネルが線形走査方向への並進時にほぼ水平位置に維持される間に、上方から注入できることを示している。
第３Ａ図ないし第５図は、本発明のロードロックアセンブリ６０の第１実施例を示している。図示のロードロックアセンブリ６０は、ロードロック６２、６４、６６、６８及び７０として示されている１組の個別ロードロック部材を含む。ロードリックは、好ましくは積み重ね可能であり、好適な実施例では、組み合わせて多重室ロードロックアセンブリ６０を形成し、それによってパネルを迅速に循環させて高処理能力形イオン注入機を形成することができる。
図示の積み重ねられたロードロック組は軸線９３に沿って延在している。ロードロック組は、前フランジ７２に固定することもできる。前フランジ７２は、多重室ロードロックアセンブリ６０と処理室の接合面、例えばハウジング１４の壁３４との間の接合面として機能する。通常の技量を有する者であれば、前フランジ７２のような中間フランジ部材を用いないで、ロードロックアセンブリを処理室に直接的に連結することができることを理解できるであろう。
第４Ａ図ないし第４Ｃ図を参照すると、ロードロックアセンブリ６０の各ロードロック部材は、ロードロックを積み重ねて組み合わせやすくするように選択された形状を有する。
例えば、ロードロック６２ないし７０の１例を示すロードロック６２は、段差付き上表面７４と段差付き底表面７６を有する。段差付き上表面７４は、好ましくは第１最外側上表面７４Ａと、これから垂直壁７４Ｄで分離している内側の段差付きすなわち窪み表面７４Ｂを含む。第１向きでは、好ましくはロードロック表面が水平軸線９１に沿って延在し、壁部分が軸線９３に沿って延在する。
上表面は、さらに内側の段差付き表面７４Ｃを含み、これがロードロック室の床を形成している。表面７４Ｃは、壁部分７４Ｄに平行でロードロック室の側壁を形成している第２壁部分７４Ｅで段差付き表面７４Ｂから分離している。
同様に、図示のロードロック６２の段差付き底部分７６は、垂直方向最底表面７６Ｃと、外側の段差付き表面７６Ａを含み、これらの各表面は軸線９３に沿って延在する壁部分７６Ｄで分離している。底表面７６は、さらに外側の段差付き表面７６Ｂを含み、これは隣接の段差付き表面７６Ａから壁部分７６Ｅで分離している。壁部分７６Ｅ及び７６Ｄは互いにほぼ平行であることが好ましい。ロードロック底表面の最底表面７６Ｃが、隣接のロードロック室、例えば積層配列のロードロック室６４０の屋根を形成する。
図示のロードロック６２は、さらに、一対の平行な側壁７８Ａ及び７８Ｂを含み、これらは軸線９１の方向に離隔配置されている。側壁７８Ａ及び７８Ｂは、段差付き上及び底表面７４、７６と共に、前壁７８Ｄと後壁７８Ｃにつながっている。第４Ｂ図に示されているように、前後壁には適当な大きさのスロット８４Ａ及び８４Ｂが、パネルが通過できるように互いに整合した位置に設けられている。
図示のロードロック６４も、同様に形成された段差付きの上及び底表面を含む。ロードロック６４は、外側上表面６４Ａと、内側の段差付き表面６４Ｂと、処理室６４Ｄの底部を形成する内側段差付き底部表面６４Ｃとを含む。段差付き表面６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃは、軸方向に離隔配置されて互いにほぼ平行な壁部分６４Ｅ及び６４Ｆで分離している。ロードロック６４はさらに、平行な側壁８４Ａ、８６Ｂと、後壁８６Ｃ及び前壁８６Ｄを含む。前壁８６Ｄには、後壁８６Ｃに形成されたパネルスロット８８Ｂと整合したパネルスロット８８Ａが形成されている。これらのパネルスロットも、矢印８７で示されているようにパネルを通過させることができる大きさである。
さらに、第４Ａ図を参照すると、ロードロック６２の段差付き上表面７４Ｂに、弾性部材９０、例えばＯリングを取り付ける周辺受座またはチャネルを形成することができる。Ｏリングは、さらに詳細に後述するように、プレート表面７４Ｂの周囲に沿った気密シールの形成を助ける。
好ましくは、ロードロック６２、６４の床部分７４Ｃ及び６４Ｃは、選択的に配備可能な加工物支持アセンブリ、例えばピンアセンブリ９６を含む。ピンアセンブリは、２つの直線組のピン９６Ａないし９６Ｃと９８Ａないし９８Ｃを含む。図示のピンアセンブリ９６は、適当な制御電子機器によって、ピンが図示のように室の底表面から外向きに延出した配備位置と、ピンが適当な通路内へ後退する格納位置の間で選択的に配備可能である。ピンアセンブリ９６は、その上にパネルを支持する配備位置へ作動させることができる。
このように底部分６４Ｃから離れた位置にあると、処理室１６内に設けられたピックアップアーム（第１０図にも示されている）が容易にパネルに接近してそれをロードロック６４から取り出すことができる。別の実施例によれば、加工物支持体アセンブリは、選択的に配置可能な一組の支持アームを用いることができ、このような構成は、米国特許出願番号08／756,972号に記載されており、この開示内容は、参考文献として、ここに包含される。
最底表面６４Ｃは、さらに、好ましくはその中央位置に真空ポート９４を備えている。ロードロック室をポンプダウンまたは通気するか、パネルＰの裏側に真空圧を加えるために、真空ポートを従来のポンプアセンブリに連結することができる。
図示のロードロック６２、６４は、ロードロック６２の外側の段差付き底部分７６Ａがロードロック６４の内側の段差付きの第１上部分６４Ｂに取り付けられたＯリング９０に接触するようにしてロードロック６２を下側のロードロック６４と垂直方向に整合させることによって積み重ねる、すなわち組み付けることができる。さらに、最外側の段差付き底表面７６Ｂがロードロック６４の上表面６４Ａと接触する。
この構造では、ロードロック６２の最底表面７６Ｃが、第５図に示すように、ロードロック室６４Ｄの屋根を形成し、ロードロック６４の窪んだ上表面６４Ｃが室の床を形成する。ロードロックを互いに積み重ねた時、上側のロードロックの底表面がその下側に配置された室の屋根を形成する。通常の技量を有する者であれば、ロードロックは、複数のロードロックの積み重ね及び組み合わせを助ける他の幾何学的形状を有することもできることを理解できるであろう。例えば、ロードロックをあり継ぎ構造にするか、さねはぎ構造にすることができる。
第４Ｃ図は、第４Ａ図及び第４Ｂ図のロードロック６２及び６４を積み重ねて組み合わせたところを示している。弾性部材９０が隣接したロードロック間にはめ込まれてその間に気密シールを形成している。さらに、ロードロック表面の組み合わせ関係によって、組み合わされたこれらの表面に沿って、例えば表面７６Ａ、６４８及び７６Ｂ、６４Ａに沿って、また水平シール表面間に延在するロードロックの垂直壁に沿ってさらなる気密シールが形成される。このため、互いに組み合わせた時のロードロック６２、６４の多重組み合わせ表面が補助的または重複的な気密シールを形成する。
ロードロック６２及び６４のはめ合い式係合によってロードロック室６４Ｄが形成される。室６４Ｄの迅速な排気を容易にするため、室６４Ｄは比較的小さい容積であることが好ましい。この特徴によって処理時間が短縮され、これによってイオン注入機の処理能力が向上する。
第３Ａ図及び第３Ｂ図に示されているように、多数のロードロック６２ないし７０を積み重ねて積層ロードロックアセンブリ６０を形成することができる。組み合わせるロードロックの総数は、イオン注入機１０の処理能力を最大にするように選択される。通常の技量を有する者であれば、例えば、パネルの連続的かつ迅速な循環を行うように処理時間を最短にするためのロードロック数を選択することができるであろう。
好適な実施例によれば、５つのロードロックを積み重ねて４つのロードロック室を形成するセットが用いられる。通常の技量を有する者であれば、パネルの迅速な処理を容易にするために様々な数のロードロックを用いた他の積層構造も用いることができることを理解できるであろう。
ロードロックの前表面、例えばロードロック６２の前表面７８Ｄ及びロードロック６４の前表面８６Ｄの周辺位置に、図示のようにねじ受け孔１０２を設けることができる。ロードロックアセンブリの前部分６０Ａは、ロードロックアセンブリ６０と処理室１６のハウジング１４の間の接合面として機能する前フランジ７２に適当な締結具で、例えば第５図のボルト１２４Ａないし１２４Ｅによって取り付けられる。
図示のフランジ７２は、前面１０４Ａと、後面１０４Ｂと、周辺側部１０４Ｃ〜１０４Ｆを有する矩形の外部分１０４を含む。前シール面１０４Ａに３つの同心状の溝が形成され、それに弾性シール１０８Ａないし１０８Ｃがはまっている。シールは、好ましくは耐摩耗性が高く、高分子量のポリエチレン製にすることができる。３つの連続した同心状シールは、その各々のシールが全大気圧と高真空の圧力差を受けないように設けられている。前面１０４Ａに形成された溝は、前面１０４Ａが処理室ハウジング３４の表面３４に対してすべり移動する時の溝内でのシールのわずかな移動に適応できる大きさであることが好ましい。
個々のシールの両側で達成しなければならない圧力低下を小さくするため、シール１０８Ａないし１０８Ｃ間で差を付けて排気するためにシール間ポンピングを用いることができる。このシール間ポンピングは、シール１０８Ａ及び１０８Ｂ間とシール１０８Ｂ及び１０８Ｃ間に形成された圧力ポートを含む従来の回転羽根２段階ポンプ装置によって行うことができる。シール１０８Ａ及び１０８Ｂ間に配置された圧力ポート内の圧力は約１トールまで下げることができ、シール１０８Ｂ及び１０８Ｃ間に配置された圧力ポート内の圧力は約０．１トールまで下げることができる。
第３Ａ図、第３Ｂ図及び第５図に示されているように、フランジ７２のリセス１０６は後壁１１０まで続き、後壁には、ロードロックアセンブリ６０の積み重ねられたロードロック部材に設けられたスロットに対応して垂直に並んだ複数のスロット１２６Ａないし１２６Ｅが設けられている。
このため、前フランジ７２をロードロックアセンブリ６０に固定した時、第５図に示されているように、前フランジスロット１２６Ａないし１２６Ｅがロードロック６２ないし７０の各々の対応スロットと垂直方向及び水平方向に整合する。スロット１２６Ａないし１２６Ｅの各々に対応して弁アセンブリ１２８Ａないし１２８Ｅが設けられている。例えば、前フランジ７２のスロット１２６Ａに対応して、弁アセンブリ１２８Ａが設けられている。弁１２８Ａは、選択的に作動してスロット１２６Ａを塞ぐことによって、ロードロック６２の室６２Ｄを密封することができる。
第１Ａ図及び第５図に示されているように、好ましくは処理室ハウジング１４の前表面３４に、スロット１２６Ａないし１２６Ｅと同じ寸法のパネル孔１１４が設けられている。パネル孔１１４は、好ましくは処理室１６及び前フランジのリセス１０６で形成されたキャビティ１１８と流体連通している。このキャビティ１１８は、処理室１１６の高真空圧状態に一致するように真空排気するか、ロードロック室６２Ｄないし７０Ｄの低真空圧状態に一致するように通気することができる。この差を付けたポンピングによって、各ロードロックを処理室の高真空圧までポンプダウンする必要がないので、パネル移送中の個々のロードロックのポンピング及び通気要件が緩和される。
ロードロックアセンブリ６０と前フランジ７２は、好ましくは第１Ａ図の線形ベアリング装置及び線形支持装置上に取り付けられている。ベアリング２８は、好ましくはフランジ７２の後部１０４Ｂに連結されている。さらに、前フランジ１０４の前表面１０４Ａは、好ましくは室壁３４とすべり密封係合状態に配置されている。図示の線形ベアリング装置は好ましくは、選択された垂直位置を得るためにロードロックアセンブリ６０を矢印１２０で示された垂直方向に移動させる。
好適な実施例によれば、パネル孔１１４が前フランジ７２の孔１２６Ａないし１２６Ｅの１つと整合するように、制御システムがロードロックアセンブリの垂直移動を制御する。この垂直移動中、シール１０８Ａないし１０８Ｃは室壁３４とすべり係合する。
このすべり係合によって、室壁３４に対してロードロックアセンブリを、その間の気密シールを維持しながら、垂直移動させることができる。シール１０８Ａないし１０８Ｃと室壁３４の間のすべり係合を向上させるため、ロードロックアセンブリ６０の横移動に対する摩擦抵抗を軽減し、それによって摩耗及び真空の信頼性を向上させるため、室壁を研摩することができる。
作用を説明すると、第１Ａ図のエンドエフェクタ２４がカセット２６の１つからパネルＰを取り出して、それをそれぞれのロードロック６２ないし７０の１つのスロットに挿入する。このように、エンドエフェクタ２４は１つまたは複数のロードロックにパネルをローディングすることができる。パネルＰをロードロックにローディングした後、各スロットに対応した弁アセンブリを閉じて、室６２Ｄないし７０Ｄを処理室１６の高真空圧までポンプダウンする。
変更実施例では、キャビティ１１８をロードロックと処理室の中間の圧力に維持することができる。この場合、ロードロック室６２Ｄないし７０Ｄは、処理室１６の真空状態よりも幾分高い中間圧までポンプダウンするだけでよい。
線形ベアリング装置が、ロードロックアセンブリ６０を垂直方向に選択された垂直位置に位置決めする。この選択位置で、処理室ハウジング１４のすべり表面３４に設けられたパネル孔１１４がフランジ７２のスロット１２６Ａないし１２６Ｅの１つと整合する。例えば、図示の実施例では、パネル孔１１４がスロット１２６Ｂと整合している。
次に、弁１２８Ｂが開いて、処理室内に設けられたピックアップアームがパネルＰを室６４Ｄから取り出して、それを処理室１６に入れる。前述したように、その時にピックアップアームはパネルに垂直運動を与えて、パネルを水平位置Ｐ１から垂直位置Ｐ２へ移動させる。次に、ピックアップアームが走査方向に移動して、パネルにイオン源で注入される。処理後、ピックアップアームは処理済みのパネルをロードロック６４に戻す。
１つの実施例によれば、処理済みパネルは、イオンビームの高エネルギイオンが注入される間に加熱されており、ロードロック６４に連結されたピンアセンブリ９６または他の適当な支持構造体上に載置される。配備位置にあるピンアセンブリは、ピックアップアームがパネルを取り上げてロードロック室６４Ｄへ戻すことができるようにする。
次に、線形ベアリング装置がアセンブリを様々な垂直位置に配置して、やはりポンプダウンして対応の下流側の弁を開いた別の室にピックアームが出入りできるようにすることによって、処理室全体でパネルを循環させ続けることができる。第２パネルの注入中に、室６４Ｄは注入済みの加熱パネルをさらに処理することができる。例えば、真空ポート９２Ａないし９２Ｅの１つ、本例では真空ポート９２Ｂを介して室に冷却流体を流すことによって、パネルを対流式に冷却することができる。あるいは、ピンアセンブリ９６または他の支持アセンブリを配備位置から格納位置へ移動させて、パネルを第４Ａ図の室の床６４Ｃと接触させることができる。
室の床は、それの寸法から、パネルから熱を伝導により伝熱する熱交換表面を形成することができる。ロードロック床６４Ｃは、適当な流体導管を介してそれに冷却流体を補給することによって冷却することができる。例えば、流体導管をロードロック内に形成して、冷却流体をそれ全体に循環させるか、冷却媒体を収容した冷却管をロードロックの周辺及び外部分の周りに配備することができる。
パネルの冷却の均一性を高めるため、ロードロック６４の床６４Ｃに設けられた真空ポート９４（または他の適当な真空ネットワーク）を介してパネルの裏側に真空圧を加えることができる。この真空圧は、パネルをロードロックの床６４Ｃに強制的に冷却接触させることによって、それのほぼ均一な伝導冷却が得られる。この伝導冷却処理中に、室６４Ｄを大気圧付近まで通気することができる。
次に、上流側端部の弁アセンブリを開いて、エンドエフェクタ２４がパネルをそこから取り出して、保管カセットに入れることができるようにする。通常の技量を有する者であれば、伝導／対流を組み合わせた冷却処理を使用できることも理解できるであろう。
このパネル循環処理中に、パネル孔１１４をロードロックスロットの１つと整合させるため、ロードロックアセンブリ６０は様々な垂直高さに配置される。例えば、パネル孔１１４をフランジ７２のスロット１２６Ａと整合させることができる。弁１２８が開き、ピックアップアームが室６２Ｄに入ってパネルをそこから取り出す。次に、ピックアップアームはパネルを走査方向の下流側へ移動させて、パネルを処理できるようにする。
パネルの注入後、パネルはロードロック６２Ｄへ戻される。上記説明と同様にして、弁１２８Ａが閉じて、室が通気される。次に、ロードロックのベアリング装置がロードロックアセンブリ６０を別の選択された垂直位置に配置して、ピックアップアームが別の室に入ることができるようにする。このため、本装置はパネルの連続的な循環及び処理を可能とし、それによってイオン注入機１０の処理能力が大幅に向上する。
図示のイオン注入機１０、３０は、また、注入処理を多重注入段階に分割して、各段階を冷却時間で分離することができる。加工物がロードロック内に位置する間にそれを十分に冷却できるようにするため、冷却時間は変更することができる。加工物を平行処理することによって、このイオン注入機の高い処理能力を維持することができる。
特に、加工物１７４を処理室１６内で常時処理する一方、他の加工物を特定のロードロック内で冷却するか、ロードロックへの受け渡しを行っている。このように、加工物をロードロック内に不定長さの時間にわたって保持することができる。保持時間後、加工物は、処理室１６へ戻してさらなる注入を行うか、加工物をロードロックから上流側の入口弁を介して取り出すことができる。
本発明の注入装置は、多くの独特で好都合な利点を備えている。１つの利点は、本発明の積み重ねたロードロックアセンブリによって得られる装置の高い処理能力にある。別の利点として、図示の装置はパネルを一時的にロードロック室６２Ｄないし７０Ｄ内に保管することによってパネルの多重処理が可能である。このため、例えば、パネルに注入した後、それをロードロック室内に保管し、冷却した後、さらなる処理を行うために取り出すことができる。
本発明の装置は、さらに、単一のパネルＰに対して多重処理を実施できるようになっている。第９図に示されているように、ハウジング１４”は、処理室に沿って１つまたは複数の隔壁１４８Ａ、１４８Ｂを形成するように構成することができる。これらの隔壁は、好ましくは処理室１６”を、適当なポンプアセンブリによって異なった圧力に維持できる隣接した連続処理部分１４４Ａ、１４４Ｂ及び１４４Ｃに分割している。ピックアップアーム１５２に固定されている図示のパネルＰが、線形ベアリング及びシャフトアセンブリ１５４、１５６によって矢印１４０で示された走査方向に移動する。
パネルＰが走査方向に移動する時、それは隔壁１４８Ａ、１４８Ｂの下方を通って各処理部分を通過する。例えば、パネルの通過時に部分１４４Ａがパネルを予加熱し、部分１４４Ｂがパネルに注入し、部分１４４Ｃがパネルを冷却することができる。このため、同一の処理環境において多重処理を同一パネルに対してほぼ同時に実施することができる。この連続処理技術によって、同一パネルに多重処理を実施することができるため、処理時間全体が短縮され、イオン注入機の処理能力が向上する。
第６図は、本発明のすべりシール構造の変更実施例を示している。ここに図示されている実施例では、ポリエチレンシーリング材ストリップ１３０が室壁３４’の側面に沿って取り付けられている。このようにこのシーリング材を設けることによって、ロードロックアセンブリ６０’に取り付けられるフランジ７２を設ける必要がなくなる。
さらに、各ロードロックの前面に高分子量ポリエチレンストリップ等のシーリング材１３２Ａないし１３２Ｆが取り付けられている。さらに、すべり表面３４’が、処理室１６’及びハウジング１４’の延長部分として形成されている。図示のロードロックアセンブリ６０’は、本発明の線形ベアリング装置等によって矢印１３４で示されたように垂直移動することができる。
第７図は、複数のロードロック１９０Ａ、１９０Ｂ及び１９０Ｃから成る連続式ロードロックアセンブリを示している。連続式アセンブリはまた、それぞれロードロック１９０Ａ、１９０Ｂ及び１９０Ｃに作用するように配置された昇降機アセンブリ１９２Ａ、１９２Ｂ及び１９２Ｃを備えている。
ロードロック１９０Ａ、１９０Ｂ及び１９０Ｃの各々は、それぞれロードロックの出口端部で加工片の受け渡しを行うための出口弁１９４Ａ、１９４Ｂ及び１９４Ｃを備えている。ロードロック１９０Ａ、１９０Ｂ及び１９０Ｃはさらに、それぞれロードロックの入口端部で加工片の受け渡しを行うための入口弁１９５Ａ、１９５Ｂ及び１９５Ｃを備えている。
好ましくは、ロードロック１９０Ａ，１９０Ｂは、ロボット（図示せず）が加工物をロードロック１９０Ａからロードロック１９０Ｂへ容易に移動させることができるように配置されている。例えば、ロードロック１９０Ａ，１９０Ｂは、ロードロック１９０Ａの出口弁１９４Ａがロードロック１９０Ｂの入口弁１９５Ｂに隣接するような向きにすることができる。
その場合、２つのロードロック間に配置されたロボットが加工物をロードロック１９０Ａからロードロック１９０Ｂへ移動させることができる。ロードロック１９０Ｃは、ロードロック１９０Ｂに対して同様にして配置されている。これによって、第７図に示されているように、ロードロック間にロボットを配置したロードロック連鎖が形成される。この連鎖によって、加工物の処理時の処理能力を大幅に高めることができる。特に、様々なロードロックで異なった処理を実施することができる。
これによって、複数の加工物に対してイオン注入シーケンスの様々な段階を同時に実行することができる。例えば、１つのロードロックが外部加工物カセットとの加工物の受け渡しを行い、別のロードロックは加工物の冷却を行い、別のロードロックは処理室１６との加工物の受け渡しを行う。
本発明のさらなる特徴によれば、ロードロック１９０Ａ，１９０Ｂ，１９０Ｃの各々は、また、分離プレート１９６で分割された上室２１０と下室２１２を含むことができる。例えば、ロードロック１９０Ａは、それを上室２１０Ａと下室２１２Ａに分割する分離パネル１９６Ａを含み、ロードロック１９０Ｂは、それを上室２１０Ｂと下室２１２Ｂに分割する分離パネル１９６Ｂを含み、ロードロック１９０Ｃは、それを上室２１０Ｃと下室２１２Ｃに分割する分離パネル１９６Ｃを含む。各室は、加工片１７４を保持できる大きさであり、このため、各ロードロックは上下に離れた複数の加工物を保持できる大きさである。従って、上下室の両方で加工物を同時に保持することができる。
好ましくは、ロードロックを上記のように連鎖状に配置し、連鎖内を方向Ｄ１に沿って移動する加工物は各ロードロック内の上室で受け渡しされ、連鎖内を方向Ｄ２に沿って移動する加工物は各ロードロック内の下室で受け渡される。従って、方向Ｄ１に沿って移動中の加工物は上室２１０だけに見られ、方向Ｄ２に沿って移動中の加工物は下室２１２だけに見られる。この実施例は、垂直方向及び水平方向に移動できる複雑なロボットアームを各ロードロック間に必要としないロードロック連鎖を提供している。
ロードロック１９０Ａ、１９０Ｂ及び１９０Ｃ内を通る加工物の移動を助けるため、それぞれ昇降機アセンブリ１９２Ａ、１９２Ｂ及び１９２Ｃが用いられている。各昇降機アセンブリは、軸線２１４の方向に沿って移動可能なアクチュエータ２０６を含む。昇降機は、ロボットアームがロードロック１９０内での加工物の受け渡しを容易に行うことができるようにする構造体を提供することによって、加工物の移動を助けている。
特に、ロードロック１９０は、さらに、分離プレート１９６に設けられた１組の孔２００と下部プレート１９８に設けられた１組の孔２０２を含む。さらに、昇降機アセンブリ１９２は、アクチュエータ２０６に取り付けられたプレート２０８と、プレート２０８に取り付けられた１組のピン２０４を含むことができる。ピン２０４は、同数の孔２００及び同数の孔２０２と整合するように、プレート２０８に固定されている。
好ましくは、本実施例によれば、アクチュエータ２０６は、ピン２０４を分離プレート１９６の高さより上方、下プレート１９８の高さより上方、または両プレート１９６及び１９８より下方に配置する３位置アクチュエータである。
従って、昇降機がロードロックと適切に整合した時、昇降機は、加工物を分離プレート１９６または下プレート１９８のいずれかから持ち上げるか、その上に降ろすことによって、特定のロードロックでの加工物の受け渡しを助ける。例えば、昇降機アセンブリ１９２Ａが作動する時、ピン２０４Ａないし２０４Ｄが方向２１４に沿って移動する。昇降機１９２Ａがロードロック１９０Ａに適正に整合しており、昇降機が上昇した時、ピン２０４Ａないし２０４Ｄが最初に孔２０２Ａないし２０２Ｄを通過し、次に孔２００Ａないし２００Ｄを通過する。ピンが孔を通過することによって、分離プレート１９６上及び下プレート１９８上に載置されている加工物を昇降させる力が与えられる。
作用を説明すると、方向Ｄ２に沿ってロードロック１９０Ａの下室２１２Ａに入る加工物は、最初にロボットアーム（図示せず）によって下室２１２Ａに送り込まれる。ピン２０４Ａないし２０４Ｄを孔２０２Ａないし２０２Ｄに挿通することによって、室２１２Ａに入った加工物は、表面１９８Ａではなくピン２０４Ａないし２０４Ｄの上に載る。加工物が室２１２Ａに入ってピン２０４Ａないし２０４Ｄの上に載ってから、昇降機１９２Ａがピン２０４Ａないし２０４Ｄを降下させると、加工物は表面１９８Ａの上に載ることができる。
これによって、好都合に加工物をロードロック１９０Ａに挿入し、それを下プレート１９８Ａ上に降下させて冷却することができる。ロードロック１９０Ａによる加工物の冷却は、上記の方法によって、例えば、加工物を下プレート２１２Ａに直接接触させることによる対流冷却によって行うことができる。
プレートを方向Ｄ２に沿ってロードロックから取り出す時、ピン２０４Ａないし２０４Ｄを孔２０２Ａないし２０２Ｄに挿入して加工片を表面１９８Ａの高さよりも上方へ持ち上げる。加工物が表面１９８Ａの高さより上昇してから、ロボットアームを室２１２Ａ内へ挿入して加工物を取り出す。
加工物を室２１０Ａに出し入れするためにも同様な方法が用いられる。例えば、方向Ｄ１に沿って室２１０Ａに挿入する加工片は、ロボットアームによって室２１０Ａに送り込まれる。ピン２０４Ａないし２０４Ｄが孔２００Ａないし２００Ｄに挿入されて加工物を支持する。加工物が位置決めされ、ピン２０４Ａないし２０４Ｄ上に載っている時、ピンを孔２００Ａないし２００Ｄから降下させることによって、加工物は表面１９６Ａ上に載ることができる。
加工物をロードロック１９０Ａから取り出す時、ピン２０４Ａないし２０４Ｄを再び孔２００Ａないし２００Ｄに挿入することによって、加工物を表面１９６Ａから持ち上げる。これによって、ロボットアームを室２１０Ａ内で加工物と表面１９６Ａの間に挿入することができ、これによってロボットアームは加工物をロードロック１９０Ａから抜き出すことができる。
第８図は、イオン注入機１０または３０内で加工物を並進させるために使用できるピックアップアーム２１６を示している。特に、ピックアップアーム２１６は、加工物をロードロックアセンブリ１２から処理室１６へ移動させるために使用されることが好ましい。また、ピックアップアーム２１６は、加工物が装置内を移動する時にそれを保持して並進させるために使用することができる。
ピックアップアームは、周囲壁２２０を形成する隆起縁部を３側部に有する本体２１８からなる。従って、ピックアップアーム２１６は、周囲壁２２０より窪んだ表面２２２を含む。窪んだ表面２２２と壁２２０は、加工物を固定するための空間を形成できる形状になっている。
図示のピックアップアーム２１６は、加工物をピックアップアーム２１６に固定するためのクランプ２２４Ａないし２２４Ｆを含むことができる。クランプ２２４Ａないし２２４Ｆの各々は、窪んだ表面２２２で発生する力に対抗する力を加工物に加える上フランジ２２３を含む。
すなわち、上フランジ２２３は、窪んだ表面２２２と協働して加工物を挟んで所定位置に固定する。クランプ２２４は、加工物との係脱を行うために、第１軸線２３０の方向に沿って移動可能である。また、第１軸線２３０に沿ったクランプの移動によって、加工物の大きさに関係なく、クランプは加工物をピックアップアーム２１６に固定することができる。そのようなクランプの一例は、ばね式クランプである。
クランプが加工物に加える固定力を変化させるために、図示のクランプは軸線２３２に沿った移動も可能に構成されている。固定力を好都合に変化させることによって、加工物を所定位置に保持するのに十分であるが、加工物を破損させるほどに強くない力を発生することができる。適当な固定力を得るために、上フランジ２２３または下フランジを軸線２３２の方向に沿って変更することができる。
わずかに歪んだ、すなわち水平面からずれた加工物を固定する際の問題を克服するため、クランプ２２４Ａないし２２４Ｆは独立的に変更できるようになっている。加工物が表面２２２から上昇しがちな場合、フランジ２２３及び２２５を表面２２２に対して上昇させて、加工物の各側に力を加えることによって加工物を固定する。
さらに第８図を参照すると、ピックアップアーム２１６は、表面２２２に貫設された第１チャネル２３４と第２チャネル２３６を含むことができる。チャネルはピックアップアームの表面２２２からその底表面２３８まで貫通している。従って、ピックアップアームは３本足構造になっている。チャネル２３４及び２３６によって、表面２２２の上に載っている加工物の底面に触れることができる。
作用を説明すると、加工物を収容しているロードロックにピックアップアーム２１６を挿入する。一般的に、加工物は、ピン２０４を用いてロードロックの表面から持ち上げられている。ピックアップアーム２１６をロードロックに挿入する時、ピン２０４がチャネル２３４及び２３６に沿って進むように、ピックアップアーム２１６を整合させる。
これによって、ピックアップアームを加工物の下方に配置でき、同時に加工物がピン２０４によって支持される。また、この時点で、クランプ２２４を完全に後退させて、加工物にピックアップアーム２１６内での高い移動自由度を与える。
ピックアップアームを位置決めした後、ピン２０４を降下させることができ、これによって加工物は窪んだ表面２２２上に載るようになる。加工物をピックアップアームの表面２２２上に載せた後、クランプ２２４を係合させることができる。加工物をピックアップアーム２１６に固定した後、ピックアップアームを加工物と一緒にロードロックから取り出す。
以上に説明したピックアップアームは、ピックアップアームを第３軸線２４０回りに回転させる間も加工物をピックアップアームに保持できるというさらなる利点を有する。これによって、ピックアップアームに固定された加工物をイオン源１８の下側に位置決めすることができる。
第１０図ないし第１３図は、本発明のイオン注入機の別の実施例を示している。図示のイオン注入機３００は、注入機の入口ローディング端部から処理端部まで（例えば第１０図及び第１１図の右から左）に、多数の平形パネルを保管している複数の従来型パネルカセット３０２を含む。
選択されたカセット３０２からパネルを取り出してそのパネルをロードロックアセンブリ３１０のロードロック室の１つに入れることができるように、エンドエフェクタ３０６が配置されている。エンドエフェクタ３０６は、パネル支持台３０６Ｃにつながっている支持ブラケット３０６Ｂに連結された一対のヒンジ式アーム３０６Ａを含む。
エンドエフェクタ３０６が各カセット３０２内に保管されているパネルに接触してそれを取り出すことができるようにするため、エンドエフェクタ３０６は、軸線３１１に沿って並進するベース３０７回りに回動可能である。エンドエフェクタアーム３０６Ａ、３０６Ａは、支点３０６Ｄ、３０６Ｄ回りに関節式に移動して、支持台３０６Ｃをパネルカセットに出し入れできるように伸縮する。エンドエフェクタは、またベース３０７回りに回動して、支持台３０６Ｃがパネルをロードロックアセンブリ３１０に対して出し入れできるようになっている。
エンドエフェクタ３０６は、第１１図に仮想線で示されているように、垂直方向に移動して、エフェクタがパネルカセット３０２、３０２の全垂直高さに沿ってパネルに触れることができるようになっている。図示のエンドエフェクタは当該技術では既知であり、これ以上の説明は必要ない。
ロードロックアセンブリ３１０の入口端部に入口ゲート弁３１２が形成されており、これはユーザ定義シーケンスに従ってコントローラが選択的に作動させることができる。出口ゲート弁３１４がロードロックアセンブリ３１０の反対端部に形成されており、ロードロックアセンブリと、処理ハウジング３１６内に収容されている処理室３１８に流体連通している。
図示の処理室３１８は、第１２図に示されている単一の加工物ハンドリングアセンブリ３２０を備えている。図示の加工物ハンドリングアセンブリ３２０は、ロードロックアセンブリ３１０との加工物の受け渡しと、処理中のパネルの支持の二重機能を実施する。すなわち、加工物ハンドリングアセンブリ３２０は、パネルを支持してパネルを走査方向に並進して、規定エネルギのイオンビームを生成するイオン源３３０を通過させる。加工物ハンドリングアセンブリ３２０がパネルを並進させてイオンビームを通過させる時、ビーム内に含まれる高エネルギイオンがパネルに注入される。
イオン源３３０は、処理ハウジング３１６の一方側に、好ましくはロードロックアセンブリ３１０を取り付ける壁と反対側でハウジングに取り付けられている。図示のイオン注入機３００はさらに、イオン源のＲＦ整合回路３３０Ａを含む部分を包囲するガスボックス３３２を備えている。
当該技術では既知のように、イオン源３３０は、イオン源３３０に給電するための高電圧源用の絶縁体として機能する１つまたは複数の高電圧ブッシュ３３０Ｂで包囲されている。ジェネレータ３３４が、一端部でガスボックス３３２に、他端部でモータ３３６に接続されている。ロードロックアセンブリ３１０と処理室１８は、圧力導管３１９Ａとポンプ源を含むポンプダウンアセンブリ３１９によって選択圧力レベルにすることができる。
装置の構成部材の作動を制御するコントローラは、機器ボックス３２１内に収容することができる。装置３００の使用中に一般的に用いられる周辺電子機器は、電子機器ラック３２３を含む様々な位置に収納することができる。注入処理中に発生した特定の排気は、排気管３２７を介してハウジング３２５から排出することができる。通常の技量を有する者であれば、イオン注入機の、イオン源３３０、ガスボックス３３２、ジェネレータ３３４及びモータ３３６を含めた従来部分の機能及び作動は理解できると思われ、これ以上の説明は必要ないであろう。
第１２図及び第１３図は、処理ハウジング３１６の処理室３１８内に設けられた加工物ハンドリングアセンブリ３２０を示している。図示の処理ハウジング３１６の外表面に沿って、処理ハウジングに剛直な機械的支持力を与え、それによって装置３００の機械的統合性の維持を助ける多数の構造ウェブ３３８が形成されている。
イオン源３３０は、処理ハウジング３１６の外壁３６４に取り付けられている。外壁３６４は、好ましくは、軸線３０４に沿って延在するほぼ垂直な第１壁部分３６４Ａと、イオン源３３０を取り付けた第２傾斜上壁部分３６４Ｂを含む。図示の表面３６４Ｂは、好ましくは垂直軸線３０４から所定量だけずれており、さらに後述するように、その所定量は、好ましくは最も垂直位置にある時の加工物ハンドリングアセンブリのプラテン３４８が軸線３０４からずれている量に等しい。
処理ハウジング３１６の傾斜表面３６４Ｂを走査中のプラテンと垂直軸線３０４の間の角度にほぼ等しい角度で形成することによって、装置においてプラテン表面をイオン源にほぼ平行にする、従ってイオン源３３０から放出されるイオンビーム３３１に直交させることができる。これによって、パネルの注入がほぼ均一になる。
処理室３１８は、第１室部分３１８Ａと、ほぼ垂直に延在した室部分３１８Ｂを含む。室部分３１８Ａは、ロードロックアセンブリ３１０のロードロック室の１つからパネルＰを取り出すことができる大きさになっている。他方の垂直方向に延在する室部分は、好ましくはそれより小さく、走査方向３６０にパネルの横方向走査を行うことができる大きさになっており、それに付随して室の全体容積を減少させることによって、処理室のポンピングの拘束条件を緩和することができ、例えば、室の真空排気の高速化が可能になる。室部分３１８Ｂはまた、軸線３０５を横切る、あるいはそれに直交する方向に十分に延在して、パネルがイオンビーム３３１を完全に通過できるようしている。
ロードロックアセンブリ３１０は、処理ハウジング３１６の別の壁３６５に、好ましくはイオン源３３０を取り付けた壁３６４と反対の壁に取り付けられている。図示のロードロックアセンブリ３１０は、ハウジング壁３６５に固定されて、ロードロックアセンブリ３１０の開口に整合した一連の垂直方向に整列したスロット３９０Ａないし３９０Ｄの上に重なっている。
これらの開口は、好ましくはロードロックアセンブリ３１０の各ロードロックのロードロック室に通じている。ロードロックアセンブリは、好ましくは第１Ａ図ないし第６図の積み重ね可能で組み合わせ可能なロードロックアセンブリ６０に類似している。
図示のロードロックアセンブリは、好ましくは、ロードロック室の開口の各々を選択的に閉じる出口ゲート弁３１４を含む。出口ゲート弁の作用は、当該技術では既知である。比較的気密性及び液密性のあるシールを維持するために、ロードロックアセンブリ３１０はハウジング３１６の壁３６５に密封連結されている。
さらに第１２図を参照すると、図示の加工物ハンドリングアセンブリ３２０には、ロードロックアセンブリ３１０からのパネルの受け渡しを実行すると共に、パネルを傾斜させるか、ほぼ垂直向きにする多数の回動可能な部材が設けられて、処理中にパネルをそれに沿って並進させることができる。
加工物ハンドリングアセンブリ３２０は、垂直方向に延出したガイドレール３２４に作動連結されている、すなわち軸線３０４に沿って延出する垂直キャリッジ３２２を備えている。図示のガイドレール３２４には、垂直キャリッジ３２２がはまる溝が設けられている。
好ましくは、垂直キャリッジとガイドレールは、駆動機構、例えば、線形駆動モータまたは親ねじに連結されており、この駆動機構はキャリッジを軸線３０４の方向にガイドレール３２４に沿って選択的かつ可変的に移動させる。支持アーム３２６が、回動点３２７で垂直キャリッジ３２２に回動可能に取り付けられている。また、この回動点には一対の高さ制御アーム３２８Ａ及び３２８Ｂも取り付けられている。高さ調節アームの各々は、それぞれ高さ制御リンク３４０Ａ及び３４０Ｂに連結されている。
図示のように、制御リンク３４０Ａの第１端部が制御アーム３２８Ａの一端部に連結されており、そのアームの他端部は回動点３２７に連結されている。制御リンク３４０Ａの反対端部は回動点３４２及び中間支持アーム３４４に回動可能に連結されている。中間支持アーム３４４の回動点３４２と反対の端部が、プラテン３４８を取り付けた回動点になっている。プラテンは、第１面３４８Ａと、窪んだ第２面３２８Ｂを含み、その間にリップ３４８Ｃが形成されている。リップは、パネルＰの一端部と組み合わされる大きさであって、詳細に後述するように、処理中、パネルをプラテン３４８上に保持または支持することができる。
図示の高さ制御リンク３４０ａ、３４０ｂの各々は、駆動機構、例えばリニアモータ、ドライブスクリューまたは他の形式の駆動構造体に作動連結されている。駆動機構は、加工物ハンドリングアセンブリ３２０の構成部材と協働して、ロードロックアセンブリ３１０のロードロック構成部材の１つからパネルＰを取り出し、そのパネルを矢印３６０で示された走査方向に並進させてイオン源３３０を通過させる構造を構成している。
作用を説明すると、エンドエフェクタ３０６がパネルカセット３０２の１つからパネルを取り出す。次に、コントローラが上流側（入口）ゲート弁３１２を開いて、エンドエフェクタ３０６がパネルＰをロードロックアセンブリ３１０の１つのロードロックに入れることができるようにする。ユーザ定義シーケンスに従って、エンドエフェクタは、さらにパネルのローディングを行うか、特定のロードロックからパネルを取り出す。
このユーザ定義シーケンスによって、イオン注入機３００は多数の加工物を同時に処理して高い処理能力のイオン注入機を提供することができる。簡単にするため、１枚のパネルのローディング及び注入について以下に説明するが、通常の技量を有する者であれば、注入段階中に他のパネルをロードロックにローディングできることや、冷却等のさらなる処理を実施している残りのロードロックの１つに他のパネルが入っていることもあることは理解できるであろう。
パネルＰを、選択したロードロックにローディングすると、加工物ハンドリングアセンブリ３２０がパネルＰを取り出して、注入中、それを保持する。１つのシーケンスに従って、垂直キャリッジ３２２が位置Ａから垂直方向上方へガードレール３２４に沿って第２垂直位置Ｂへ移動する。ハンドリングアセンブリが位置Ｂにある時、高さ制御リンク３４０Ａが回動点３４２回りに回動して、プラテン３４８をロードロック室、例えば室３５４内へ移動させる。室３５４内にあるパネルは、好ましくは室の床から垂直方向に離れた位置にあって、プラテン３４８がパネルの下方で摺動してそれを室３５４から取り出すことができるようにする。プラテン３４８がパネルＰの下方で摺動する時、パネルの処理室３１８側の端部がプラテンのリップ３４８Ｃと接触する。
制御リンク３４０Ａを回動点３４２回りに回動するように作動させることによって、パネルＰがロードロック３５４の室から取り出される一方、それに付随して垂直キャリッジ３２２を作動させてガイドレール３２４に沿って垂直方向下方に位置Ａまたはそれに近い位置へ移動させる。次に、高さ制御アーム及びリンク３２８Ａ、３２８Ｂ、３４８、３４０Ｂを作動制御して回動点３２７，３４２回りに移動させることによって、プラテンを矢印３５８で示された方向に搖動させて、加工物を注入機３００の水平面に対して傾斜させる。
好適な実施例によれば、加工物ハンドリングアセンブリはプラテン表面３４８Ａを軸線３０４に対して、その間に形成される角度が０度より大きく、好ましくは５度より大きくなるように傾斜させる。最も好適な実施例によれば、プラテン表面と軸線３０４が成す角度は約５度である。この特定の向きでは、重力がパネルをプラテン上に保持することができる。
次に、垂直キャリッジ３２２を垂直方向上方に位置Ｃへ移動させて、加工物ハンドリングアセンブリ３２０の図示の回動部材を調節することによって、プラテン表面を矢印３６０で示された走査方向に並進させる。この走査移動の間、加工物ハンドリングアセンブリの垂直キャリッジ３２２と回動部材が、プラテン表面と室壁３６４Ｂの間を同一の分離角度に維持する。
すなわち、走査方向３６０は、壁３６４Ｂにほぼ平行である。処理中、パネルと壁３６４Ｂの間がこのように一定の分離距離にあることによって、加工物の均一な注入が行われる。次に、加工物ハンドリングアセンブリはパネル移動を逆に行うことによって、注入済み加工物を１つのロードロック室へ送り込む。
注入処理中、リボンビーム１９の一部分がパネルＰの縁部からはみ出す。イオンビーム１９、３３１を分析するため、ビーム監視装置３９８を室３１８内に収容するか、処理ハウジング３１６に連結して室３１６と連通させることができる。監視装置は、さらに、加工物をイオンビームで処理／注入する間に同時にイオンビーム３３１のパラメータを測定することによって、本発明のイオン注入機の処理能力を向上させることができる。
パラメータとは、加工物へのイオン注入に関連したイオンビームの特性、例えばイオンビームの電流密度、イオンビーム内の中性粒子の数、イオンビーム内の粒子の質量等である。所定数の加工物の注入の合間にイオンビームの電流密度を間欠的に測定する従来の技法に較べて、ビーム監視装置は加工物の注入中にイオンビームを測定する。従って、イオンビームは注入処理中に常時監視することができ、イオンビーム測定を行うために注入処理を中断する必要がない。
長軸に沿って延出する図示のリボンビーム１９は、長軸を横切る第２経路に沿って延びた幅を有する。リボンビームは、高いアスペクト比を有するイオン源のプラズマ電極の細長いスロットから形成できる、すなわち、リボンビームの長さは幅の５０倍またはそれ以上である。リボンビームは、所定のドーズ量を得るために加工物がイオンビームを通過する必要がある回数を減少させることができるので、大面積の加工物の注入に有効であることがわかっている。
例えば、従来の技法では、加工物を完全に包含するために、イオンビームが加工物上を直交する２方向に走査する必要があった。それに比較して、リボンビームが加工物の少なくとも一方の寸法より大きい長さを有する時、リボンビームで加工物を１回走査するだけで、加工物を完全に包含することができる。
１００：１といったさらに高いアスペクト比の電極スロットから形成されたリボンビームでも、大型の加工物、例えば５５０ｍｍ×６５０ｍｍ以上の寸法の加工物の注入に有益であることがわかっている。しかし、これらのリボンビームは均一に制御して保持することが困難になる。
従って、イオンビームのパラメータの連続的な測定及び制御は、高アスペクト比の電極スロットから形成されたリボンビームを使用する時に特に重要である。好適なイオンビーム監視装置は、米国特許出願番号第08／757,726号に記載されており、この開示内容は、参考文献として、ここに包含される。
イオン注入機３００によるパネルの多重処理が、第１３図に概略的に示されている。ロードロック３７２から取り出されたパネルＰは、矢印３７４で示された方向へ移動する。パネルＰをロードロック３７２から取り出す時、加工物ハンドリングアセンブリ３２０はプラテン表面を、従ってパネルを、パネルＰがロードロックから取り出されるほぼ水平方向を横切る方向に傾斜させる。
すなわち、パネルＰは第１横方向位置３７８に配置されてから、矢印３８１で示されているように軸線３０４に沿って垂直方向下向きに移動して、さらなる垂直位置３８０を取る。次に、加工物ハンドリングアセンブリ３２０がパネルを、矢印３８２及び３８４で示されているように、並進方向に上方へ移動させる。
図示のパネルの注入中に、別のパネルＰ２を隣接のロードロックにローディングして、そこで処理を待機させるか、イオン注入機の冷却装置、例えば第１Ａ図ないし第６図のロードロックアセンブリに対応した冷却装置で冷却する。また、さらなるパネルＰ３をロードロックアセンブリ３１０の別のロードロックにローディングすることができる。
本発明のイオン注入機３００は多くの利点を備えている。本発明の１つの利点は、ロードロックアセンブリ３１０に対する注入済みパネルの送り込みとパネルの取り出しの両方を、走査方向に沿った並進中のパネルの支持と併せて行うために単一の加工物ハンドリングアセンブリを使用していることである。
パネルの取り扱いと注入中のそれの支持の両方を行うために単一の加工物ハンドリングアセンブリを使用することによって、処理室内に設ける必要がある機械部品の数が従来のイオン注入機に較べて減少すると共に、処理中のパネルの機械的移送数が減少する。
例えば、従来の装置は、ロードロックからパネルを取り出し、そのパネルを別の並進台に載置するために第１ロボットアームを用いていた。次に並進台がパネルを走査方向へ移動させ、そこでイオン源による注入が行われる。これらの部材を単一の加工物ハンドリングアセンブリに組み込むことによって、加工物の移送数が減少し、従って、注入機の処理能力が向上する。
本発明の別の利点は、加工物ハンドリングアセンブリ３２０はパネルを垂直な走査方向に並進し、そこでイオン源による注入が行われる。垂直な走査方向へのパネルの移動に適応するように処理ハウジングを構成することによって、ハウジングの全体寸法及び設置面が小さくなる。その結果、イオン注入機３００の全体的な設置面が小さくなる。
例えば、処理ハウジングは、軸線３０４に沿った水平方向の設置長さが約６０インチより少なく、垂直高さが約１０２インチである。第１０図及び第１１図に示されている完全なイオン注入機の寸法は、約１９７インチ長さで、９２インチ幅である。通常の技量を有する者であれば、エンドエフェクタ及びパネルカセットを組み込むことによってイオン注入機の全体寸法が大きくなり、従って好適な実施例では、これらの寸法が約２９０インチ長さで、８９インチ幅であることが理解できるであろう。
多重パネルの同時処理を、第１４図の制御シーケンスタイミング図でさらに説明する。タイミング図は、多重パネルの処理中のロードロックアセンブリ３１０の様々なロードロックで発生する事象をグラフ表示している。制御シーケンス表３８８は、ロードロックアセンブリ３１０のロードロック、すなわちロードロック１、ロードロック２、ロードロック３及びロードロック４内に発生する特定シーケンスを示している。
シーケンス番号１ないし４は、タイミング図３９０に示されているタイミングシーケンス中に発生する特定の作動事象に対応する。例えば、ブロック１は、約０ないし３０秒の間に発生する作動事象に対応し、ブロック２は、約３０ないし６０秒の間に発生する作動事象に対応し、ブロック３は、約６０ないし９０秒の間に発生する作動事象に対応し、ブロック４は、約９０ないし１２０秒の間に発生する作動事象に対応している。ブロック１ないし４の間に発生する作動事象は、タイミング図３９０の左側の事象見出しとして挙げられている。
事象タイミングシーケンスの１例を以下に示す。時間０で発生する事象として、一般的にイオン注入機のエンドエフェクタに隣接している前ゲート弁ＶＦを適当なコントローラが、例えば、汎用コンピュータが開く。ゲート弁ＶＦが開いた後、パネルをエンドエフェクタ３０６でそれにローディングする。パネルをロードロック室内にローディングした後、弁ＶＦを閉じて、適当なポンプアセンブリによって室のポンプダウンを行う。図示のように、ロードロックのポンプダウンは完了するのに約２５．５秒かかる。
ロードロックのポンプダウンの完了時に、下流側ゲート弁ＶＲを開いて、加工物ハンドリングアセンブリ３２０がパネルをロードロックから取り出し、イオン源で注入するためにそれを走査方向へ並進させる。このタイミングシーケンスの注入部分は、完了するのに約１２秒かかる。
次に、パネルをロードロック内へアンローディングできるように加工物ハンドリングアセンブリを配置する。次に、ゲート弁ＶＲを閉じてから、ロードロック室を適当な圧力、例えば大気圧または中間圧力まで通気する。
さらに、タイミングシーケンスの通気部分中に、加熱されているパネルを上記技法に従って冷却する。タイミングシーケンスのブロック３及び４の間にわたって約４９．５秒かかる通気／冷却タイミングシーケンスの一部として、ロードロック室内に設けられている加工物支持アセンブリを、注入済みパネルを載置できる配備位置と、注入済みパネルをロードロックの比較的低温の床と密接させることができる格納位置の間で垂直に移動させる。
このように、制御シーケンス表３８８は、タイミングシーケンスの異なった段階が異なったロードロックで起きることを示している。このため、特定ロードロックに関連した特定パネルで発生する事象を、多重パネルの同時処理が容易になるように操作することができる。好適な実施例によれば、毎時約８０枚のパネルを本発明のイオン注入機３００で処理することができる。
従来のイオン注入機では、イオン源で生成されたイオンビームが、加工物全体を両方向（加工物の長手方向及び幅方向）に高エネルギイオンで照射するので、処理室の加工物とイオン源の間の領域を空けて、妨害物がない状態にする必要がある。パネルの注入前に、各パネルにフォトレジスト層等のマスキング層を被覆して、加工物の表面に選択パターンを形成することができる。
注入処理中に、イオンビームがフォトレジストに衝突してそれに貫入する。フォトレジストは通常は有機ポリマーで形成されており、貫通時に高エネルギイオンがポリマー材の炭化水素鎖をヘキ開(cleave)する。その結果、フォトレジストが水素、水蒸気及び他の残留物をフォトレジストの表面から放出する。
これによって生じた残留物は、フォトレジスト被覆表面の目視線内の至る所に凝縮する。イオン源とパネルの間の領域は空いており、例えば妨害物がないので、フォトレジスト残留物はイオン源へ、特にイオン源の引き出し及び抑制電極へ自由に進む。放出されたフォトレジスト残留物は、絶縁物質であって、時間の経過に伴って電極アセンブリを被覆して電極を短絡するため、アークが発生する。電極からフォトレジスト残留物を取り除くため、イオン注入機のイオン源を外す必要がある。
このように、本発明のイオン注入機１０、２０、３００には、放出された残留物の大部分がイオン源の電極アセンブリに到達しないようにするイオンビームすなわち遮蔽シールド４１０の使用が考えられる。
第１５図は、イオン注入機３００の処理ハウジング３１６の処理室３１８内に取り付けられた遮蔽シールド４１０を示している。通常の技量を有する者であれば、以上に開示されているイオン注入機のいずれにもシールドを使用できることは理解できるであろうが、簡単にするため、イオン注入機３００について説明する。
好ましくは、シールド４１０は、矢印３６０の走査方向に移動中のパネルＰとイオン源３３０の間に配置される。イオン源３３０とパネルＰの間にシールド４１０を配置することで、イオン源３３０及びそれの構成部材上へのフォトレジスト残留物の堆積が防止される。
すなわち、図示のシールド４１０は、イオンビームが被覆パネル前面に衝突した時にパネルＰから放出されたフォトレジストがイオン源の電極アセンブリ（図示せず）に到達するのを防止する。イオン源の全体構造は、当該技術の通常の技量を有する者には既知である。シールド４１０は、好ましくは処理室３１８内に設けることができる幾何学的形状、例えば矩形を有する。
シールド４１０は、イオン源で発生したリボンビーム１９、３３１を通過させることができる開口４１２を有する。第１３図に示されているように、リボンビーム１９は、パネルがビームを通過移動中に、パネルＰの幅に沿って長手方向（ビーム長さ）に延出する。ビームの第２直交方向（ビーム幅）はビーム長さよりはるかに短く、高いアスペクト比のビームになっている。
ビームが一方の寸法に沿って狭く、横方向に長くなっていることから、イオン源３３０とパネルＰの間の一方の寸法だけで、すなわちビーム長さに沿って妨害物をなくせばよいため、遮蔽シールド４１０をリボンビーム１９の境界に比較的近づけて配置することができる。パネルとイオン源３３０の間に適当に配置されたシールド４１０は、フォトレジスト残留物の少なくとも一部分がイオン源３３０の電極構造体を被覆するのを防止する。
シールド４１０は、好ましくはシールドへの放出フォトレジストの付着を促進する凹凸状の外表面を有する比較的低可撓性の材料で形成される。シールドの外表面の凹凸は、それの全表面積を効果的に増加させ、これによってシールドを被覆できるフォトレジストの量が増加する。シールド４１０の凹凸状表面は、シールドに必要な保守点検及び交換の回数を減少させることによって、それの有効寿命を長くする。シールド表面のアラサは約５ミクロンより大きく、好ましくは約１０ミクロンより大きいが、（比較的平滑な表面を使用する時）シールドの保守点検の回数が増えても問題ない場合、他のアラサ範囲（５ミクロン未満や１０ミクロンを大幅に超える表面アラサを含む）を使用することもできる。
シールドは、処理環境に適合し、それによって一般的に悪影響を受けない適当な材料、例えばアルミニウムで形成することができる。通常の技量を有する者であれば、本発明の教示で使用するのに適したアラサや適当な比較的低可撓性の材料を容易に選択することができるであろう。
第１６図は、パネルＰとイオン源３３０の間の分離距離Ｄと、パネルが走査方向３６０にビームの下方を通過する時に発生するフォトレジストの放出を示している。図示のイオンビーム３３１は、リボンビーム１９の形状を有しており、シールド４１０に設けられた開口４１２を通過してパネルＰに衝突する。その時のイオンビームとフォトレジスト被覆パネルの間の相互反応によって、フォトレジスト残留物煙４１４が発生する。
開口４１２は、好ましくはビームの長手方向、例えばビームの長さに沿って延在し、リボンビームの幅に対応した幅を有する。シールド開口４１２の大きさは、リボンビーム１９の開口４１２の通過をさほど妨害しないで、開口を通ってイオン源３３０に到達する放出レジストを防止、阻止またはその量を最小限に抑えるように選択される。当該分野の通常の技量を有する者であれば、リボンビームのアスペクト比及びビームの大きさの関数として開口４１２の適当な寸法を決定することができるであろう。
シールド４１０は、シールド４１０とイオン源３３０との間の空間において、残留物４１４の上昇流が生じるのを阻止または抑制する。残留物は接触時にシールド４１０に付着し、このため、シールド４１０の上方に位置する空間容積に到達する前にシールドの下方の空間容積から効果的に除去される。
好適な実施例によれば、シールド４１０は室部分３１８Ｂ内の、イオン源３３０と室３１８Ｂに沿って走査方向に並進時のパネルの間の距離Ｄの約半分、Ｄ／２の位置に取り付けられるか、支持されている。イオン源とパネルＰの離間距離は、イオン源によるシールドの過度な加熱によってそれが膨張またはゆがみを生じて、その上を覆った残留物の剥離や剥落が発生し、処理中にパネル上にそれらが落下することを回避できるように選択される。
イオン源の形式及びパワー、処理室の構造、パネルとイオン源の離間距離、注入するイオンの種類を知る通常の技量を有する者であれば、処理中にイオン源とパネルＰの適当な間隔を容易に決定できるであろう。本発明では、イオン源またはプラテンのいずれかに近づけた間隔の取り方も考えられる。
第１７図は、イオン源の寿命を改善するためのシールド装置のさらなる実施例を示している。図示の装置は、ビーム１９の経路上で、イオン源３３０とシールド４１０の間の空間容積内に配置された集束レンズ４２０を用いている。
作用を説明すると、集束レンズ４２０でイオンビームをシールド４１０の平面上、例えば焦点面上、特にシールド４１０に設けられた開口４１２’に集束させる。図示の開口４１２’は、第１６図の開口４１２より全体的に小さい。シールド４１０の開口４１２’が小さいため、パネルＰに対するイオンビーム作用によって発生するフォトレジスト残留物４１４がその開口を通過してイオン源１８の作動に悪影響を与える可能性が低くなる。すなわち、開口４１２’は、集束ビーム４２２を通過させると同時に、開口を通過してイオン源に到達する残留物を防止、阻止またはその量を最小限に抑えることができる寸法であることが好ましい。
このように、本発明は、以上の説明から明らかになる目的のうちで、上記の目的を効果的に達成することがわかるであろう。発明の範囲から逸脱しなければ、上記構造に一定の変更を加えることができるので、以上の説明または添付の図面に示されている事項はすべて説明のためであって、制限的ではない。
また、以下の請求項は上記の発明の包括的及び特定の特徴と、用語上の問題としてそれらから漏れると言える発明の範囲の記載をすべて包含するものであると理解されたい。
【図１Ａ】
0004345036.tif 000002
【図１Ｂ】
0004345036.tif 000003
【図２】
0004345036.tif 000004
【図３Ａ】
0004345036.tif 000005
【図３Ｂ】
0004345036.tif 000006
【図４Ａ】
0004345036.tif 000007
【図４Ｂ】
0004345036.tif 000008
【図４Ｃ】
0004345036.tif 000009
【図５】
0004345036.tif 000010
【図６】
0004345036.tif 000011
【図７】
0004345036.tif 000012
【図８】
0004345036.tif 000013
【図９】
0004345036.tif 000014
【図１０】
0004345036.tif 000015
【図１１】
0004345036.tif 000016
【図１２】
0004345036.tif 000017
【図１３】
0004345036.tif 000018
【図１４】
0004345036.tif 000019
【図１５】
0004345036.tif 000020
【図１６】
0004345036.tif 000021
【図１７】
0004345036.tif 000022