低惯性多轴多方向机械扫描离子注入系统的制作方法

专利名称：低惯性多轴多方向机械扫描离子注入系统的制作方法
技术领域：
本发明整体上涉及一种离子注入系统，并且更具体地，涉及一种在离子注入系统 中扫描工件的系统和方法。
背景技术：
在半导体器件以及其它产品的制造中，离子注入系统被用于将称为掺杂元素的杂 质注入半导体工件、显示面板或其它工件中。传统的离子注入系统或离子注入机用离子束 处理工件，以产生η型或P型掺杂区域、或在工件内形成钝化层。当用于掺杂半导体时，离 子注入系统注入已选择的离子种类用于产生所期望的非本征(extrinsic)材料。例如，注 入由诸如锑、砷或磷等源材料产生的离子，导致了 η型非本征材料工件。可替代地，注入由 诸如硼、镓或铟等的材料产生的离子在半导体工件中产生了 P型非本征材料部分。传统的离子注入系统包括离子源，该离子源对期望的掺杂元素进行离子化，该掺 杂元素之后被加速以形成具有指定能量的离子束。离子束被朝向工件表面导引，以将掺杂 元素注入到工件中。离子束的高能离子穿透工件表面，使得它们嵌入工件材料的晶格中以 形成具有期望的导电性的区域。注入过程典型地在高真空处理腔(process chamber)内进 行，该高真空处理腔防止离子束由于与残留的气体分子碰撞而发生分散，且最小化工件受 空气悬浮微粒污染的风险。传统地，离子注入过程或者以批量处理的方式进行或者以连续处理的方式进行， 在批量处理中多个基底被同时处理，在连续处理中单一基底被单独地处理。例如，传统的高 能或高电流批量型离子注入机是可操作的以获得短的离子束线，其中，大量的工件可被放 置在轮盘或圆盘上，轮盘被同时旋转并被径向平移通过离子束，从而使所有的基底表面区 域在整个过程中多次暴露至所述束。然而，以这种方式处理成批的基底通常使得离子注入 机的尺寸相当大。另一方面，在典型的连续处理中，离子束或者沿横过静止工件的单个轴线进行扫 描，或者工件沿一个方向被平移通过扇形或扫描的离子束。然而，扫描或成形均勻离子束的 过程通常要求复杂的和/或长的束线，该束线通常不期望处于在低能量。而且，通常需要均 勻平移和/或旋转离子束或工件，以横过工件提供均勻的离子注入。然而，至少部分地由于 在处理期间与移动传统装置和扫描机构相关的相当大的惯性力，难以实现这样的均勻平移 和/或旋转。因此，存在对横过基底扫描离子束的装置的需求，其中，基底被相对于离子束均勻地平移和/或旋转，其中，所述装置具有与之相关的相对低的惯性。

发明内容
本发明通过提供用于在离子注入系统内扫描工件的设备、系统和方法，克服了现 有技术的缺陷。因此，以下呈现出本发明的简要总结，用以提供对本发明的一些方面的基本 的了解。本总结不是本发明的详尽概述。意图既不是要区别本发明的重要的或关键的元件， 也不是要限制本发明的范围。其的目的是以简化的形式提出本发明的一些想法作为之后呈 现的更详细描述的序言。本发明整体上涉及用于将离子注入一个或更多的工件的离子注入系统，其中，在 平移一个或更多的工件通过离子束期间，最小化惯性力。在一个示例中，离子注入系统包括 离子源被配置以形成离子束，以及质量分析器被配置以对离子束进行质量分析。末端站也 被提供，其中，末端站包括机器人构造，所述机器人构造具有至少四个自由度。优选地，机器 人构造具有六个自由度。末端执行器进一步地被可操作地连接至机器人构造，并被配置以 选择性地抓紧一个或更多的工件，其中，机器人构造被配置以选择性地使工件平移和/或 旋转通过离子束，用于获得所期望的注入规格。根据一个示例性的方面，机器人构造包括被可操作地连接至末端站的多个电机， 其中多个电机中的每个电机具有与之相关联的旋转轴。每个旋转轴的至少一部分大致位于 末端站内，其中，多个电机中的每个电机具有还分别与其相关联的连杆组件。例如，每个连 杆组件分别包括曲轴臂和支柱，其中，每个连杆组件的曲轴臂被固定地连接至各自的旋转 轴。每个连杆组件的支柱在各自的第一接头处还被枢转地连接至各自的曲轴臂，其中，每个 支柱在第二接头处还被枢转地连接至末端执行器。在一个示例中，多个电机包括分别可操作地连接至六个连杆组件的六个伺服电 机，其中提供了末端执行器的六个自由度的运动。例如，末端执行器包括三个枢转点，其中， 两个支柱被枢转地连接至每个枢转点，其中限定了三对或伺服电机和连杆组件，其被与末 端执行器的三个对应的枢转点相关联。在一个示例中，末端执行器包括从中心结构辐射出 的三个辐条，并且其中三个枢转点大体上被限定在每个辐条的末端。例如，三个辐条中的两 个是大致彼此垂直的，其中长缝的法拉第装置被分别连接至三个辐条的两个中的每一个， 所述三个辐条中的两个辐条大致彼此垂直，其中长缝的法拉第装置是可操作的以确定离子 束的一个或更多的特性。在另一个示例中，多个辐条从中心结构辐射出，并且还提供了弓形结构，大致围绕 中心结构，其中三个枢转点被大致沿弓形结构进行限定。弓形结构可包括封闭环或开弧。根据另一个方面，一个或更多的静电夹盘也被提供，其中，末端执行器包括中心结 构，被配置以选择性地与一个或更多的静电夹盘中的每一个静电夹盘接合和分离。例如，离 子注入系统还包括静电夹盘基底站，其中，一个或更多的静电夹盘被配置以在静电夹盘基 底站被加热和/或冷却，以及其中中心结构被配置以选择性地在静电夹盘基底站与静电夹 盘中的每一个接合和分离。一个或更多的便携式法拉第装置也可被提供，其中中心结构被 进一步配置以选择性地接合和分离一个或更多的便携式法拉第装置与静电夹盘基底站，用 于选择性地平移通过离子束。根据另一个方面，中心结构还包括枢转设备，其中，枢转设备被配置以相对于中心结构在一个或更多的轴线上选择性旋转一个或更多的静电夹盘。例如，上述的三个枢转点 大体上限定了中心结构的平面，并且其中枢转设备被配置以沿着大致平行于和/或垂直于 中心结构的平面的轴线旋转一个或更多的静电夹盘中的每一个。根据本发明的另一个示例性的方面，末端站还包括沿着离子束路径大致位于工件 下游的大致中空的圆柱形束流收集器，其中，束流收集器被配置以大致限制至束流收集器 内的颗粒污染。例如，束流收集器包括相当长的圆柱形法拉第装置。根据另一个方面，离子注入系统还包括控制器被配置以控制离子源、质量分析器 和末端站，其中工件以预定方式通过离子束进行扫描。例如，控制器被配置以基于来自多个 编码器的反馈控制多个电机，其中静电夹盘、工件、缝形法拉第装置和便携式法拉第装置中 的一个或更多可以被扫描通过离子束。根据又一方面，提供了将离子注入工件的方法，其中离子束和工件扫描系统被提 供。例如，工件扫描系统包括上述的机器人构造。工件经由末端执行器被抓紧，并且末端执 行器和工件相对于离子束的空间位置和方位经由对多个电机的控制而被控制。因此，工件 可被沿预定扫描路径通过离子束扫描。而且，工件可以经由控制可被从工件传送点拾取和/ 或被放下。在另一个示例中，一个或更多的静电夹盘和/或便携式法拉第装置可以经由控 制在上述的基底站被选择性地拾取和/或被放下。一个或更多的静电夹盘的温度可以被进 一步控制，其中静电夹盘的交换有利地增加工件的生产量和/或处理。末端执行器也可经 由选择性的平移上述的缝形法拉第装置，而进一步选择性地通过离子束扫描，用于成型。根 据另一个示例，对上述多个电机的控制基于来自多个编码器的反馈。例如，当从工件的平面观看时，预定的扫描路径包括多个大致多边形的离子束扫 描。例如，当从工件的平面观看时，进行多个大致八边形的离子束扫描。可替代地或相结合 地，当从工件的表面观看时，预定的扫描路径也可包括一个或更多的向量、光栅和圆形或弓 形的离子束扫描。根据本发明的另一个方面，所述方法还包括提供多个静电夹盘，其中，多个静电夹 盘中的每一个是可操作的以选择性地抓紧工件，以及其中末端执行器包括与多个静电夹盘 相关联的中心结构。多个静电夹盘的一个静电夹盘经由中心结构被选择性地接合。例如， 工件可以经由多个静电夹盘的一个静电夹盘被进一步地选择性地接合，其中工件的接合可 发生在中心结构与静电夹盘之间的接合之前、期间或之后。根据另一个示例，方法还包括在上述的静电夹盘基底站对多个静电夹盘进行加热 和/冷却，其中，中心结构被配置以在静电夹盘基底站处基于多个静电夹盘中的每个静电 夹盘的期望的处理温度和条件中的一个或更多个选择性地与多个静电夹盘中的一个静电 夹盘接合和分离。例如，多个静电夹盘中的每个静电夹盘的条件包括多个静电夹盘中的每 个静电夹盘的温度。为实现前述的和相关的目的，本发明包括在权利要求中被全面描述的和特别指出 的此处下文的特征。以下描述和附图详细阐述了本发明的特定的说明性实施例。然而，这 些实施例是用于说明可采用本发明的原理的各种方式中的一些方式。在结合附图考虑时， 将从本发明的下述详细描述明白本发明的其它目的、优点和新颖的特征。


图1为根据本发明的一个方面的示例性离子注入系统的系统级框图。图2为根据本发明的另一方面的示例性离子注入系统的透视图。图3为根据本发明的另一方面的示例性离子注入设备的平面视图。图4为根据本发明的一个方面的与离子束相关的示例性机器人设备的透视图。图5为根据本发明的另一示例性方面的示出工件横断离子束的图4中的示例性机 器人设备的平面视图。图6为根据本发明的另一方面的图4和图5中的示例性机器人设备和深法拉第装 置的侧视图。图7为根据本发明的另一方面的图4-图6中的示例性机器人设备和深法拉第装 置的另一侧视图。图8为根据本发明的又一方面的在传送位置处的另一示例性的机器人设备的一 个示例性的末端执行器的部分透视图。图9A-9B示出根据本发明的另一方面的用于提供各种倾斜角度的注入的机器人 设备的各个位置。图10为根据本发明的另一示例性方面的将离子注入一个或更多的工件中的示例 性方法的框图。
具体实施例方式本发明通常针对于经由离子束将离子注入工件的设备、系统以及方法。更具体地， 所述系统提供了用于扫描和工件处理以及表征离子束的低惯性工件扫描设备。因此，现在 将参考附图对本发明进行描述，其中在全文中相似的参考标记用于表示相似的元件。应当 理解，对这些方面的描述仅是说明性的，且它们不应当被视为限制性的意义。在以下的描述 中，为解释的目的，诸多具体细节被阐述，用于提供对本发明的彻底理解。然而，本领域的技 术人员将明白本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施。为获得更好地理解本发明，图1示出了以框图形式显示的示例性离子注入系统 100，其中，示例性离子注入系统适于实施本发明的一个或更多的方面。系统100包括离子 注入设备101，该离子注入设备101包括离子源102，用于产生可操作的用于沿离子束路径 P行进的一定量的离子，从而限定了将离子注入工件104(例如，半导体工件、显示面板等) 的离子束103。例如，离子源102通常包括等离子体腔105、处理气体源106和电源108，其 中，通过施加来自电源的功率在等离子体腔中由处理气体产生带正电的离子。处理气体源 106可以包括源材料，例如可电离的气体或被蒸发的固体源材料或之前已被蒸发的种类。例 如，对于进入工件104内的η型注入，源材料可包括诸如硼、镓或铟。例如，对于ρ型注入， 源材料可包括砷、磷或锑。离子源102还包括与之相关联的引出组件109，其中在施加引出电压Vgia至其上 时从离子源引出带电离子。引出电源110是可操作的用于提供引出电压Vgia，其中引出电 压还必须被进一步地调节。束线组件112还被提供在离子源102的下游，其中束线组件通 常接收带电离子。例如，束线组件112包括一个或更多的部件114，例如束引导件116、质量 分析器118和缝隙120，其中，一个或更多的部件是可操作的以形成且成形离子束103。
例如，质量分析器118还包括场产生部件(诸如，磁体(未显示))，其中质量分析 器通常提供跨过离子束103的磁场，从而根据离子的荷质比在变化的轨迹上从离子束偏转 离子。例如，行进穿过磁场的离子经受沿束路径P引导具有期望的荷质比的单独的离子且 偏转具有不被期望的荷质比的离子远离束路径的力。如果穿过质量分析器118，离子束103 被引导通过缝隙120，其中离子束通常被限制，以产生用于注入工件104中的简洁的束。离子注入系统100还包括末端站124，工件104大致位于其中。在集成电路器件、 显示面板以及其它产品的制造中，通常期望跨过工件104的整个表面均勻地注入掺杂种 类。例如，离子注入设备101被配置以将离子注入单个工件104中(例如，“连续型”离子注 入机)，其中工件大致驻留在机器人构造1 上位于末端站124内的底座或夹盘(未显示) 上，如下文所述。机器人构造被配置以使工件104以预定方式平移通过离子束103。应当注 意，可操作的以从离子源引出离子的并将它们注入一个或更多的工件中的任何离子注入设 备都被考虑成落入到本发明的范围内。在一个例子中，离子注入设备101还包括深法拉第装置128，其通常沿离子束103 的路径P位于工件104的下游的位置。在一个例子中，深法拉第装置1 大致驻留在末端 站内，并且包括大致中空的构件。例如，深法拉第装置1 是可操作的以大致限定其中的离 子束103，在其中大致最小化在末端站124内的颗粒污染。例如，当沿离子束103的路径P 没有出现工件104时，深法拉第装置1 被配置以大致捕获或限制离子束103。深法拉第装 置或深法拉第1 可用于一个或更多的目的，例如大体上限制离子束103和/或提供用于 分析离子束的测量部件。离子注入系统100还包括控制器130，其中，控制器可操作以控制离子注入设备 101。例如，控制器130是可操作的用于控制产生离子的电源108，以及引出电源110，其中， 离子束路径P被大致控制。此外，控制器130可进一步操作以调节与质量分析器118相关 的磁场的强度和方向。在另一个示例中，来自深法拉第装置1 的反馈被馈送至控制器1 以进一步控制离子注入设备101。控制器130还被配置，以控制机器人构造126，用于通过离 子束103扫描工件104和处理工件。应该认识到，控制器1 可包括处理器、计算机系统和 /或对系统100进行总体控制的操作者(例如，结合由操作者进行的输入的计算机系统)。 图2示出了图1中的示例性离子注入系统100的透视图。现在参考图3，示例性离子注入设备200被示出(例如图1和2中的设备101)，其 中示例性离子注入设备被更详细地示出。应当再次注意，虽然离子注入设备200被示出作 为一个示例，但是本发明可以通过使用各种其它类型的离子注入设备和系统而被实施，例 如高能系统、低能系统或其它注入系统，且所有这些系统被认为是落入本发明的范围内。例如，图3的离子注入系统200包括终端212、束线组件214和末端站216，其中终 端包括由电源供给装置222供电的离子源220。终端212还包括由引出电源供给装置2 供电的引出组件224以从离子源220引出离子，从而将引出的离子束210提供至束线组件 214。例如，与束线组件214结合的引出组件224是可操作的，为了在给定的能量水平进行 对其的注入而将离子引导朝向位于末端站216中的末端执行器2 上的工件228。在一个示例中，离子源220包括等离子体腔(未显示)，其中处理气体或种类的离 子被在高的正电势V11T激励。应当注意，通常正离子被产生，尽管本发明也可以适用于由 源220产生负离子的系统。引出组件2 还包括等离子体电极230和一个或更多的引出电极232，其中等离子体电极被相对于一个或更多的引出电极偏压，但相对于离子源220内的 等离子体是浮动的(float)(例如，相对于工件2 而处于120kV的等离子体电极，其中工 件典型被接地)。例如，一个或更多的引出电极232被偏压到小于等离子体电极230的电压 (例如，O-IOOkV的引出电压Vgia)。在一个或更多的引出电极232处的相对于等离子体的 负相对电势产生静电场，该静电场是可操作的引出和加速正离子离开离子源220。例如，一 个或更多的引出电极232具有与之相关的一个或更多的引出缝隙234，其中，带正电的离子 通过一个或更多的引出缝隙离开离子源220以形成离子束210，其中被引出的离子的速度 大致由被提供给一个或更多的引出电极的电势Vgia确定。根据本发明的一个方面，束线组件214包括束引导件235和质量分析器幻8，该束引 导件具有在离子源220附近的(例如，与引出缝隙2；34相关的)入口和具有分辨板236的出 口，质量分析器238接收被弓I出的离子束210并产生双极磁场，以仅将具有合适的荷质比或其 的范围的离子(例如，具有期望质量范围的离子的经质量分析的离子束)传送至位于末端站 216内的工件228。在离子源220内的源材料的电离产生具有期望原子质量的带正电离子的 种类。然而，除了期望的离子种类之外，另外电离过程也将产生一定比例的具有其它原子质量 的离子。原子质量高于或低于合适的原子质量的离子不适用于注入，且被称为非被期望的种 类。由质量分析器238产生的磁场通常使离子束210内的离子沿曲线轨迹运动，因此磁场被 建立使得仅原子质量等于期望的离子种类的原子质量的离子穿过束路径P到达末端站216。根据本发明的另一示例性的方面，离子注入设备200包括与之相连接的深法拉第 装置239，其中深法拉第装置沿离子束210的路径P大致位于工件228的下游，并且当工件 不与路径相交时，其是可操作的与离子束路径相交，如图6和7所示。因此，深法拉第装置 239被配置以测量离子束的特性和/或大体地将离子束210限制在工件下游的末端站216 内。例如，深法拉第装置239可以被可操作地连接至图1的控制器128，其中控制器是可操 作的以确定离子束的特性对于离子注入是否是满意的。例如，图4的深法拉第装置239包 括衬有石墨的大致中空圆筒，其中圆筒是相当深的，使得离子束基本上被捕获在深法拉第 装置内，从而基本上降低了在具有浅法拉第装置的传统系统内所见到的颗粒污染。根据本发明的又一方面，在图2中的束引导件235的出口处的分辨板236与质量 分析器238 —起操作，以从离子束210消除不被期望的离子种类，所述离子种类具有与期望 离子种类的原子质量相近的但不同的原子质量。例如，分辨板236也由玻璃质的石墨或诸 如钨或钽的另外的材料构成，且包括一个或更多的细长的缝隙或孔M0，其中离子束210内 的离子在它们离开束引导件235时穿过缝隙。在分辨板236处，离子与离子束210的路径P 的分散(例如，在标记P’所显示的)位于其的最小值，其中离子束的宽度(P’ -P’ )最小， 此时离子束210通过分辨缝隙M0。根据本发明的一个示例性的方面，机器人构造250被提供用于相对于离子束210 在多个方向上机械地扫描工件，用于优化注入的均勻性且最小化总的注入时间。扫描包 括向量、光栅、弓形和圆形扫描模式，以单独地或它们的组合的方式产生对剂量均勻性、注 入时间以及热量管理的最佳控制。根据本发明，机器人构造是可操作的以为工件228的 运动提供至少四个自由度，更有选地是六个自由度，且加速度小于3Gs，以及还对直径超过 450mm的工件提供可量测性。图4-7示出了根据本发明的各个方面的图3中的离子注入系统200的机器人构造250的各种视图和示例性配置。例如，图3中的各种连杆组件252被提供以大致限定末端执 行器2 相对于离子束210的方位和位置，在其中允许低惯性的还是机械刚性的系统。因 此，与之前的两轴线的机械扫描系统相比提供了更快的扫描速度，且没有不被期望的振动 引起的冲量。例如，快的扫描速度对于生产量和均勻性的考虑来说通常是被期望的，因此本 发明提供了实现这种考虑的系统。与本发明相关联的低惯性大致消除了在其它的传统系统中所见到的平衡力，其中 本发明提供工业可接受水平的最小机械冲量。本发明还提供在工件平面内通过离子束210 扫描工件228的灵活性以及成角度的注入的灵活性，在成角度的注入中工件被对于扫描方 向倾斜，并且对于下文所描述的扫描机构这两种类型的注入都是可行的。本发明还允许利 用简单的可旋转的馈入装置(feed-throughs)以将机械运动引入到真空系统中。可替代 地，驱动电机和连杆组件可以被放置在真空内。扫描机构可包括Mewart平台或Delta机器人，其中，多轴线的运动产生末端执行 器的运动。例如，Delta机器人使用三套平行四边形类型的连杆，该连杆通过各个接头与公 共的末端执行器相连，其中独立的旋转电机产生X、Y和Z方向上的运动。例如，Stewart平 台结合在公共基底与末端执行器之间连接的六个线性致动器，且用于提供相似的运动但具 有更多的自由度，例如末端执行器可在三个垂直的X、Y和Z轴线上运动，以及在可旋转的偏 转、俯仰(pitch)和滚动中移动，从而涵盖六个空间维数或自由度。然而，本发明的扫描机构提供新的机器人构造，以产生具有六个空间自由度的极 低惯性的扫描系统，从而提供比^ewart平台所提供的更多自由度的运动，同时不具有与 线性致动器相关联的不利问题。在本发明中所见到的低惯性源于连接末端执行器与其电机 的连杆的类型。六个旋转电机装配有与六个低质量的连杆或支柱相连接的六个曲轴臂，其 中支柱在末端执行器2 上的六个不同点处被连接。本发明的末端执行器229由连杆组件 252完全限制，从而允许所有的六个自由度或运动。根据本发明的例子，如图4所示，机器人构造250包括可操作地连接至末端站216 的多个电机254，其中，多个电机中的每个电机具有与之相关联的旋转轴256。每个旋转轴 256的至少一部分大致位于图2和3中的末端站216内，其中多个电机2M中的每个电机具 有进一步地与之分别相关联的连杆组件252。例如，每个连杆组件252分别包括曲轴臂258 和支柱沈0，其中每个连杆组件的曲轴臂与各自的旋转轴256固定连接。每个连杆组件252 的支柱260还在各自的第一接头262处与各自的曲轴臂258枢转连接，其中每个支柱还在 第二接头264处与末端执行器2 枢转连接。根据一个示例，末端站216基本上与外部环境266密封，其中多个电机2M完全位 于图3中的末端站216内。可替代地，图4中的多个电机254中的每个电机的轴256穿过 图3中的末端站216的一个或更多的壁沈8，其中多个电机中的每个电机的其余部分大致位 于外部环境沈6内。例如，多个电机2M可包括整体冷却和真空密封(未显示)的高真空 电机。在另一个示例中，多个电机包括各自的多个编码器(未显示)，其中多个电机的控制 基于来自多个编码器的反馈。在一个示例中，多个电机2M包括六个伺服电机270，该伺服电机分别可操作地连 接至六个连杆组件252，其中提供了末端执行器229的六个自由度的运动。例如，第一和第 二接头262和264中的每一个包括万向接头(gimbal)、球形和/或通用接头。例如，末端执行器2 包括三个枢转点272，其中两个支柱260与每个枢转点枢转连接，其中限定了三对 或伺服电机270和连杆组件252，其与末端执行器的三个各自的枢转点相关联，如图4-8所示。在另一个示例中，图4-8中的末端执行器2 包括多个从中心结构276辐射出的 辐条274。例如，在图4-7中，两个辐条274从中心结构276辐射出，其中辐条以彼此相对的 预定角度从中心结构辐射出。例如，如图8所示，末端执行器2 包括三个辐条274A-274C， 其中三个辐条中的两个辐条274A和274B大致彼此垂直，其中长缝的法拉第装置278连接 至彼此大致垂直的两个辐条中的至少一个。在一个示例中，长缝的法拉第装置278被提供 到每个辐条274A和274B上。可替代地，一个长缝的法拉第装置278可被提供。例如，一个 或更多的长缝的法拉第装置278是可操作的以经由对机器人构造250的控制通过使一个或 更多的长缝的法拉第装置穿过离子束210来原位地确定图3和4中所示的离子束的一个或 更多的特性。另外，通过对电机2M的控制可以实现末端执行器229的“摆动”，用于由长缝 的法拉第装置278获得离子束角度数据。例如，摆动轴可以是与适当的长缝的法拉第装置 278的平面共面且与缝的垂直中心线同轴的轴线。因此，对于精确地表征离子束210来说， 无需分离的“扫描型法拉第装置”。如图3-8所示，弓形结构观0也被提供，大致围绕中心结构276，其中三个枢转点 272大致被沿弓形结构进行限定，其中弓形结构大致增强了末端执行器2 的刚度。弓形结 构280可包括封闭环(如图所示)或开弧。例如，多个辐条274中的一个或更多个被配置 以承载各自的长缝的法拉第装置278中的一个或更多个，如上所述。在另一个示例中，三个 枢转点272通常被限定在每个辐条274(未显示)的末端，其中未提供弓形结构(例如，彼 此间隔120度的三个辐条)。例如，可能与离子束210对齐的多个辐条274和其它部件还可以包括一个或更多 的护罩(未显示)，其中护罩基本上防止由离子束的撞击而被污染。根据另一个方面，还提供了一个或更多的静电夹盘观2(例如，至少在图8中所示 出的)，其中中心结构276被配置成选择性地与一个或更多的静电夹盘中的每个静电夹盘 接合和分离。例如，图2和图3中的离子注入系统还包括静电夹盘基底站观4，其中一个或 更多的静电夹盘282被配置成在静电夹盘基底站处被加热和/或冷却，并且其中，图4中的 中心结构276被配置以在静电夹盘基底站处与每个静电夹盘选择性地接合和分离。一个或 更多的便携式法拉第装置(未显示)也还被提供，其中，中心结构276还被配置成选择性地 接合和分离一个或更多的便携式法拉第装置与图2和图3中的静电夹盘基底站观4，用于为 了表征离子束而选择性地平移通过离子束210。静电夹盘观2的交换提供了在热和冷夹盘表面之间快速地且合理地变化的能力。 例如，图4中的工件2 被放置在末端站216或真空环境中的第一 ESC 282上。例如，在拾 取工件之前，第一ESC 282可保持在预定温度。多个ESC 282可被提供到末端站216内(例 如四个ESC)，其中每个ESC的温度可被单独地控制。例如，每个ESC 282位于末端站216内 的(与静电夹盘基底站相关联的，未显示)冷却板上，其中在冷却板周围设置有密封，并且 其中ESC被冷却以移除由离子束所导致的束能量或热量。冷却板与ESC 282被密封，且可 以进一步引入分压气体以辅助冷却板与ESC之间的冷却。算法也被提供用于控制图4-8中的电机254，其中图1中的控制器130是可操作的以同时运行所有的电机并使它们保持同步。工件228的受控路径被确定，以及对电机2M 的控制可通过反向运动学来解决。提供在控制算法中所设置的第七轴线，来实现离子束210 内的故障(glitch)恢复，以作为故障发生时跟踪工件2 和电机位置的计数器，使得当故 障发生时，基于故障发生时电机2M所在的位置重新产生所述位置。根据另一个示例性的方面，中心结构276还包括再次如图8中所示的枢转设备 观6，其中，枢转设备被配置成在一个或更多的轴线上相对于中心结构276选择性地旋转静 电夹盘观2。例如，如上所述和图4所示的三个枢转点272大体上限定了中心结构276的平 面，并且其中，图8中的枢转设备286被配置成沿着大致平行于中心结构的平面的轴线旋转 每个静电夹盘观2。另外地或可替代地，枢转设备286被配置以使静电夹盘282沿大致垂直 于中心结构276的平面的轴线旋转。诸如图9A和9B所示，这种枢转允许各种倾斜角度的注 入以及工件处理，其中工件2 可以被从水平的表面拾取和被放置到水平的表面上。例如， 枢转设备286提供了旋转90度进行四分之一圆周的注入的能力。然而，枢转设备观6的运 动不仅可用于四分之一圆周的注入，而且还可用于工件228的连续360度旋转(注入)。例如，枢转设备286包括与末端执行器2 的中心结构276相连接的旋转电机，从 而允许静电夹盘282相对于中心结构旋转。枢转设备286可被用于使ESC 282在整个离子 注入中按预定的增量或者可替代地以连续旋转的方式旋转。ESC 282和工件228的旋转可 能是有利的，这是因为可在通过离子束210的工件扫描之间实现大的步长，因此减少扫描 线的数量，同时保持均勻性。换句话说，叠加在粗扫描之上(例如，在光栅扫描、多边形扫描 或弓形扫描之上)的工件228的自旋(spinning)可允许粗步进在扫描中被实现。另外，通 过使用这种较粗的步进，工件的自旋可提供更好的均勻性，该均勻性在其它方式中将被损 失。根据另一个示例，例如图2和图3的末端站216基本上与外部环境266密封，其中 图4中的多个电机2M完全位于末端站的大致真空的环境内。可替代地，多个电机254的 轴256穿过末端站(未显示)的一个或更多的壁，其中多个电机中的每个电机的其余部分 大致位于外部环境沈6中。例如，轴密封(未显示，如铁质流体密封、差分泵抽吸密封，或唇 形密封)，可被实施以使得电机254的轴256穿过一个或更多的壁。例如，多个电机2M包括具有一体冷却和真空密封的高真空伺服电机。在另一个 示例中，多个电机2M包括各自的多个编码器(未显示)，其中对多个电机的控制基于来自 多个编码器的反馈。根据另一个方面，图1中的离子注入系统100的控制器130被配置以控制图4中 的机器人构造250，其中，工件228以预定方式被扫描通过离子束210。例如，控制器130被 配置以基于来自多个编码器(未显示)的反馈对多个电机2M进行控制，其中，一个或更多 的静电夹盘观2、工件228、长缝的法拉第装置278和便携式法拉第装置(未显示)可被扫 描通过离子束210。根据又一方面，图10示出了将离子注入工件的示例性方法300。虽然示例性方法 在此处被显示且描述成一系列的动作或事件，但应意识到本发明并不受这些动作或事件的 所显示的顺序的限制，这是因为根据本发明一些步骤可以不同的顺序发生和/或与除此处 所显示和描述的之外的其它步骤同时发生。此外，并非所有被示出的步骤都是必须的用以 实施根据本发明的方法。而且，应当理解，方法可与此处显示和描述的系统以及未被显示的
13其它系统一起被实施。如图92所示，方法300以在动作305中提供离子注入系统和工件扫描系统开始， 其中，离子注入系统和工件扫描系统被配置以经由离子束将离子注入一个或更多的工件， 如图1-图91中任一个所显示的。在动作310中，第一工件和/或第一静电夹盘经由末端 执行器被抓紧，以及末端执行器(和第一工件/ESC)相对于离子束的空间位置和方位在动 作315中被控制，其中，动作310和315至少经由对多个电机的控制而被执行。因此，工件 可沿预定扫描路径被扫描通过离子束。在动作320中，再次如上所述的在对多个电机的控 制下，第一工件和/或静电夹盘可被换成第二工件和/或静电夹盘，第二工件在动作315中 被扫描通过离子束。在动作310和320中，工件可以经由对电机的控制从工件传送点被拾取和/或被 放下。在另一个示例中，一个或更多的静电夹盘和/或便携式法拉第装置可以经由在动作 310和320中对电机的控制而在基底站处被选择性地拾取和/或放下。末端执行器也可以 经由在动作315中选择性地平移上述的缝形的法拉第装置，被选择性地扫描通过离子束用 于成型(profiling)。根据另一个示例，在上述的动作310-320中对多个电机的控制基于来 自多个编码器的反馈。例如，当从工件的平面观看时，预定扫描路径包括多个大致多边形的离子束扫描。 例如，当从工件的平面观看时，可以进行多个大致八边形的离子束扫描。当从工件的平面观 看时，预定扫描路径还可以或可替代地包括多个向量、光栅、圆形和弓形的离子束扫描中的 一个或更多个。根据本发明的另一个方面，方法300可包括提供多个静电夹盘，其中，多个静电夹 盘中的每一个是可操作的以选择性地抓紧工件，并且其中末端执行器包括与多个静电夹盘 相关联的中心结构。多个静电夹盘中的一个被经由中心结构选择性地进行接合。例如，工 件还可经由多个静电夹盘中的一个而被选择性地接合，其中，工件的接合可以发生在中心 结构与静电夹盘之间的接合之前、期间或之后。根据另一个示例，方法300还包括在上述的静电夹盘基底站处对多个静电夹盘进 行加热和/或冷却，其中，中心结构被配置以基于多个静电夹盘中的每一个的期望的处理 温度和条件中的一个或更多个、在静电夹盘基底站处选择性地与多个静电夹盘中的一个接 合和分离。例如，多个静电夹盘中的每一个的条件包括多个静电夹盘中的每一个的温度。虽然已经相对于特定的优选实施例显示和描述了本发明，但是在阅读和理解本发 明的说明书和附图时，本领域的其它技术人员将想到等同的改变和修改，这是显而易见的。 尤其是对于由上述的部件(组件、装置、电路等)所执行的各种功能，用于描述这些部件的 术语(包括对“工具”的表示)意图是与执行所描述的部件(即，也就是功能上等同)的特 定功能的任何部件相对应，即使在结构上不等同于执行此处显示的本发明的示例性实施例 中的功能的所公开的结构；除非另有说明。此外，虽然本发明的特定特征仅相对于几个实施 例中的一个被公开，但是这样的特征可以与其它实施例中的一个或更多的其它特征组合， 如对于任何给定的或特殊的应用是期望的和有利的。
权利要求
1.一种离子注入系统，所述离子注入系统包括离子源，所述离子源被配置以形成离子束；质量分析器，所述质量分析器被配置以对所述离子束进行质量分析；和末端站，其中所述末端站包括具有至少四个自由度的机器人构造；以及末端执行器，所述末端执行器被可操作地连接至所述机器人构造且被配置以选择性地 抓紧工件，其中，所述机器人构造被配置以选择性地使所述工件平移通过所述离子束。
2.根据权利要求1所述的离子注入系统，其中，所述机器人构造包括被改进的^ewartD ο
3.根据权利要求1所述的离子注入系统，其中，所述机器人构造包括被改进的delta机 器人。
4.根据权利要求1所述的离子注入系统，其中，所述机器人构造包括多个电机，所述多个电机被可操作地连接至所述末端站，其中，所述多个电机中的每个 电机具有与之相关联的旋转轴，其中，每个旋转轴的至少一部分大致位于所述末端站内，并 且其中所述多个电机中的每个电机分别具有与之相关联的连杆组件，其中每个连杆组件分 别包括曲轴臂和支柱，其中每个连杆组件的曲轴臂被固定地连接至所述各自的旋转轴，以 及其中每个连杆组件的支柱在第一接头处被枢转地连接至各自的曲轴臂，并在第二接头处 被可枢转地连接至所述末端执行器。
5.根据权利要求4所述的离子注入系统，其中，所述多个电机由被可操作地连接至六 个连杆组件的六个伺服电机构成，其中提供了所述末端执行器的六个自由度的运动。
6.根据权利要求5所述的离子注入系统，其中，所述末端执行器包括三个枢转点，其中 两个支柱被枢转地连接至每个枢转点。
7.根据权利要求6所述的离子注入系统，其中，所述末端执行器包括从中心结构辐射 出的三个辐条，并且其中所述三个枢转点被大致限定在每个辐条的末端。
8.根据权利要求7所述的离子注入系统，其中，所述三个辐条中的两个辐条大致彼此 垂直。
9.根据权利要求8所述的离子注入系统，还包括两个长缝的法拉第装置，其中，所述 两个长缝的法拉第装置分别与所述三个辐条中的两个辐条连接，所述两个辐条大致彼此垂直。
10.根据权利要求6所述的离子注入系统，其中，所述末端执行器包括多个辐条，所述辐条从中心结构辐射出；和弓形结构，所述弓形结构大致围绕所述中心结构，其中所述三个枢转点被大致沿所述 弓形结构限定，其中所述弓形结构大致增加了所述末端执行器的刚度。
11.根据权利要求8所述的离子注入系统，其中，所述弓形结构包括封闭环。
12.根据权利要求10所述的离子注入系统，其中，所述多个辐条由三个辐条构成，其 中，所述三个辐条中的两个辐条大致彼此垂直。
13.根据权利要求12所述的离子注入系统，还包括两个长缝的法拉第装置，其中，所述 两个法拉第装置分别连接至大致彼此垂直的所述三个辐条中的所述两个辐条。
14.根据权利要求6所述的离子注入系统，还包括一个或更多的静电夹盘，其中所述末 端执行器包括中心结构，所述中心结构被配置以选择性地与所述一个或更多的静电夹盘中的每个静电夹盘接合和分离。
15.根据权利要求14所述的离子注入系统，还包括静电夹盘基底站，其中所述一个或 更多的静电夹盘被配置以在所述静电夹盘基底站处被加热和/或冷却，并且其中所述中心 结构被配置以在所述静电夹盘基底站处选择性地与所述静电夹盘中的每一个静电夹盘接 合和分离。
16.根据权利要求14所述的离子注入系统，其中，所述中心结构还包括枢转设备，其 中，所述枢转设备被配置以在一个或更多的轴线上选择性地旋转所述一个或更多的静电夹盘。
17.根据权利要求16所述的离子注入系统，其中，所述三个枢转点大致限定了所述中 心结构的平面，并且其中所述枢转设备被配置以沿着大致平行于所述中心结构的所述平面 的轴线旋转所述一个或更多的静电夹盘。
18.根据权利要求16所述的离子注入系统，其中，所述三个枢转点大致限定了所述中 心结构的平面，并且其中所述枢转设备被配置以沿着大致垂直于所述中心结构的所述平面 的轴线旋转所述一个或更多的静电夹盘。
19.根据权利要求16所述的离子注入系统，其中，所述枢转设备被配置以沿着一个或 更多的轴线相对于所述中心结构旋转所述一个或更多的静电夹盘。
20.根据权利要求4所述的离子注入系统，其中，所述末端站基本上被与外界环境密 封，并且其中所述多个电机完全位于所述末端站内。
21.根据权利要求20所述的离子注入系统，其中，所述多个电机包括具有一体冷却和 真空密封的高真空电机。
22.根据权利要求4所述的离子注入系统，其中，所述多个电机包括各自的多个编码 器，其中对所述多个电机的控制基于来自所述多个编码器的反馈。
23.根据权利要求1所述的离子注入系统，其中，所述末端站还包括大致中空的圆柱形 束流收集器，所述束流收集器沿着所述离子束路径大致位于所述工件的下游，其中所述束 流收集器被配置以大致限制对所述束流收集器内的颗粒污染。
24.根据权利要求23所述的离子注入系统，其中，所述束流收集器包括圆柱形法拉第 装置。
25.根据权利要求23所述的离子注入系统，其中，所述束流收集器的内表面由石墨构成。
26.根据权利要求1所述的离子注入系统，还包括控制器，所述控制器被配置以控制所 述机器人构造，其中所述工件以预定方式被扫描通过所述离子束。
27.一种用于通过离子束扫描工件的工件扫描系统，所述工件扫描系统包括处理腔，所述处理腔与所述离子束相关联；多个电机，所述电机被可操作地连接至所述处理腔，其中所述多个电机中的每个电机 具有与之关联的旋转轴，其中每个旋转轴的至少一部分大致位于所述处理腔内；连杆组件，所述连杆组件与所述多个电机中的每个电机相关联，其中每个连杆组件分 别包括被固定地连接至所述旋转轴的所述至少一部分的曲轴臂和枢转地连接至所述曲柄 轴的支柱；末端执行器，所述末端执行器被可操作地连接至每个连杆组件的支柱；和控制器，所述控制器是可操作的以经由对所述多个电机的控制对所述工件相对于所述 离子束的位置进行控制。
28.根据权利要求27所述的工件扫描系统，其中，所述末端执行器包括可操作的用于 支撑位于其上的所述工件的静电夹盘。
29.根据权利要求观所述的工件扫描系统，还包括多个静电夹盘和静电夹盘基底站， 其中所述末端执行器包括中心结构，所述中心结构被配置以选择性地将所述多个静电夹盘 中的每一个与所述静电夹盘基底站接合和分离。
30.根据权利要求四所述的工件扫描系统，其中，所述静电夹盘被配置以在所述静电 夹盘基底站处被加热和/或冷却。
31.一种将离子注入工件的方法，所述方法包括提供离子束；提供工件扫描系统，所述工件扫描系统包括多个电机，所述电机被可操作地连接至末 端站，其中所述多个电机中的每个电机具有与之相关联的旋转轴，其中每个旋转轴的至少 一部分大致位于所述末端站内，并且其中所述多个电机中的每个电机具有分别与之相关联 的连杆组件，其中每个连杆组件分别包括曲轴臂和支柱，其中每个连杆组件的曲轴臂被固 定地连接至所述各自的旋转轴，并且其中每个连杆组件的支柱在第一接头处被枢转地连接 至所述各自的曲轴臂，并且其中每个支柱也在第二接头处被枢转地连接至末端执行器；经由所述末端执行器抓紧所述工件；和经由对所述多个电机的控制来控制所述末端执行器和工件相对于所述离子束的空间 位置和方位，其中所述工件被沿预定的扫描路径通过离子束进行扫描。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，当从所述工件的平面观看时，所述预定扫描路 径包括多个大致多边形的离子束扫描。
33.根据权利要求31所述的方法，其中，当从所述工件的平面观看时，所述预定扫描路 径包括多个大致八边形的离子束扫描。
34.根据权利要求31所述的方法，其中，当从所述工件的平面观看时，所述预定扫描路 径包括多个向量、光栅、弓形和圆形的离子束扫描中的一个或更多个。
35.根据权利要求31所述的方法，其中，所述多个电机包括各自的多个编码器，其中对 所述多个电机的控制基于来自所述多个编码器的反馈。
36.根据权利要求31所述的方法，还包括提供多个静电夹盘，其中所述多个静电夹盘中的每个静电夹盘是可操作的以选择性地 抓紧所述工件，并且其中所述末端执行器包括与所述多个静电夹盘相关联的中心结构；经由所述中心结构选择性地接合所述多个静电夹盘中的一个静电夹盘；和经由所述多个静电夹盘中的所述一个静电夹盘选择性地接合所述工件。
37.根据权利要求36所述的方法，还包括在静电夹盘基底站处对所述多个静电夹盘进 行加热和/或冷却，其中所述中心结构被配置以在静电夹盘基底站处，基于所述多个静电 夹盘中的每个静电夹盘的期望的处理温度和条件中的一个或更多个，选择性地与所述多个 静电夹盘中的一个静电夹盘接合和分离。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述多个静电夹盘中的每个静电夹盘的条件 包括所述多个静电夹盘中的每个静电夹盘的温度。
全文摘要
提供了一种被配置用于制造离子束(210)的离子注入系统(100)，其中，末端站(216)具有机器人构造(250)，所述机器人构造(250)具有至少四个自由度。被可操作地连接至机器人构造的末端执行器(229)选择性地抓紧工件(228)以及使工件(228)平移通过离子束。机器人构造具有可操作地连接至末端站的多个电机(254)，每个电机具有旋转轴(256)。每个旋转轴的至少一部分通常位于末端站内，多个电机中的每个电机具有分别与之相关联的连杆组件(252)，其中每个连杆组件分别具有曲轴臂(258)和支柱(260)。每个连杆组件的曲轴臂被固定地连接至各自的旋转轴，以及每个连杆组件的支柱在第一接头(262)处被枢转地连接至各自的曲轴臂，并且在第二接头(264)处被枢转地连接至末端执行器。
文档编号F16M11/18GK102067270SQ200980123733
公开日2011年5月18日 申请日期2009年6月23日 优先权日2008年6月25日
发明者保罗·艾德, 杰弗里·莱丁, 织田简, 罗纳德·霍纳, 西奥多·斯米克, 马文·法利 申请人:艾克塞利斯科技公司