专利名称：用于扫描通过离子束的工件的往复驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及半导体加工系统，更具体地涉及在半导体加工过程中，用于控制往复传送工件来提供精确工件扫描的系统、装置和方法。
背景技术：
在半导体产业中，通常在工件(例如半导体晶片)上实施各种不同的制造工艺，用以在工件上得到不同的结果。例如可以实施诸如离子植入的工艺，用以在工件上或工件内得到特定的性质，例如通过植入特定种类的离子限制工件上的电介质层的扩散率。常规上，离子植入工艺是以批次的方式或是以连续的方式加以施行，其中在批次的加工中，许多工件是同时被加工，而在连续的加工中，单一工件则是个别被加工。例如，传统的高能量或高电流批次离子植入机可被操作来得到离子束，其中若干个晶片可被安置在轮子或圆盘上，而且此轮子被旋转和沿着径向被移动通过离子束，因此，在整个加工的过程中，于不同的时间内，将工件的全部表面区域暴露至离子束。然而，以批次的方式来加工处理工件大体上会增加系统的成本，造成该离子植入机的尺寸变大，以及减少系统的灵活性。
另外一方面，在典型的连续加工工艺中，离子束或是沿着二个方向扫描经过固定的晶片，或是晶片相对于大体上固定的扇形离子束以一个方向移动。然而，扫描的过程是均匀离子束的成形一般需要复杂的光束，此项结果于低能量的状况下是无法得到。此外，离子束或晶片通常是需要均匀的移动或是扫描运动，用以提供均匀的离子植入作用经过该晶片。然而，至少一部分是由于与在加工过程中的传统装置和扫描机构有关的惯性作用力，上述的均匀移动和/或旋转运动是很难得到。
另外一方面，在美国专利申请公开案第2003/0192474号中所提示的一种已知扫描装置，其中晶片是沿着相对于一固定“点”离子束的二个直角方向而被加以扫描，其中晶片是以被称为是“快速扫描”方向而被加以快速扫描，接着，而以直角“慢速扫描”方向而被加以慢速扫描，因此，经由Z字形的方式来“涂布”该晶片。然而，此种二维扫描装置是使用直接驱动致动器，用以沿着该快速扫描方向来直线移动晶片，其中晶片在快速扫描方向上的传送速度受到限制，此乃因为(至少一部分是)随着快速扫描传送的方向定期被反向，该晶片于加速与减速过程中所产生的惯性作用力所导致。在传统装置中所产生的较大惯性作用力结合位于直接驱动致动器的较大反作用力，其中该较大反作用力最终导致该装置产生振动，因此，对于离子植入作用的工艺产生不良的影响。振动的现象亦是不利于其附近的设备，这些设备例如是一般对于振动很敏感的平版印刷设备。此外，当在快速扫描方向上的移动速度受到限制时，为了要避免出现振动情形，加工的产量则受到影响。
于是，对于在高速下，以相对于离子束的二个方向来往复扫描一工件的系统与装置仍是有需求，其中来自较大惯性作用力的振动情形被减小，而且其中工件的扫描被控制住，用以均匀地加工处理该工件。
发明内容
本发明提供一种用于克服现有技术的局限性的系统和装置，该系统和装置大体上将与往复扫描工件相关联的作用力限制到沿着单一轴线对准的不同元件上的，因此，实质上限制了振动，以便能够提高加工处理的速度。于是，下列内容表示出本发明的简要说明，用以提供对本发明的一些方面的理解。此简要说明并非是本发明的延伸概观。此简要说明既不是要界定出本发明的关键元件或主要元件，也不是要限定本发明的范围。其目的是以简化的方式来表示出本发明的一些概念作为后面的更详细描述的前序。
本发明大体上涉及一种用于往复扫描工件的系统、装置和方法。依照本发明的一个示范性方面，与离子束相关联的加工室被提供，其中马达被操作耦合至该加工室。此马达包含转子和定子，其中转子和定子相对于彼此围绕第一轴线动态地安装，使得转子和定子能够被操作成相对于彼此而个别地围绕第一轴线旋转。如同在具有定子和转子的典型马达的示例中，产生于定子与转子之间的电磁作用力通常被用来决定该转子围绕第一轴线的旋转位置。然而，考虑定子相对于转子的动态耦合作用，特别是当转子的旋转方向定期被反向时，该定子则被操作成为对应于转子的旋转状况的反应质量。
依照本发明的一个示范性实施例，主轴被固定连接至该转子，其中此主轴围绕第一轴线而延伸进入至加工室内。通常被安置于该加工室内的扫描臂被操作连接至位于一径向配置方式中的主轴，其中此扫描臂是包含末端作动器或是其他已知的工件支撑构件，用以接收工件和将工件保持于该扫描臂的末梢端处。因此，该主轴的旋转导致被固定连接至其上的扫描臂能够围绕第一轴线旋转。此外，该主轴的旋转被定期反向，用以造成该扫描臂产生如同钟摆形式的摇摆运动，其中工件沿着通常是弧形的第一扫描路径被往复传送，而且转子的旋转位置通常决定工件相对于离子束沿着第一扫描路径的位置。依照另一个例子，提供了控制器，其中此控制器可操作成通过控制在转子与定子之间的电磁作用力来控制工件沿着第一扫描路径的位置。
依照本发明的另一个示范性方面，上述的末端作动器的固定速度是能够被维持于沿着第一扫描路径的预先设定运动范围内，其中该末端作动器相对于一固定参考部位的移动速度被控制住，而且其中该末端作动器的加速和减速则是发生于该末端作动器的预先设定运动范围以外。
依照本发明的另一个示范性方面，惯性质量被耦合至该定子，其中此惯性质量是围绕第一轴线旋转，并且通常反转扫描臂的旋转方向，因此，工件沿着第一扫描路径的移动方向亦会被反向。此惯性质量还围绕第一轴线而得到平衡，其中与第一轴线有关的扭矩大体上被减至最小。但是，介于转子与定子之间的电磁作用力被操作成相对于转子的加速或减速旋转该定子，因此，通常可以限制住传送至第一轴线的惯性作用力。
依照另一个示例，转子、定子和扫描臂通常围绕第一轴线而得到平衡，其中与第一轴线有关的扭矩通常是最小。一个或多个配重可以结合定子和扫描臂，其中一个或多个配重通常可以围绕第一轴线来平衡个别不同的部件。此外，依照本发明的另一个示范性方面，定子是包含与其相耦合的惯性质量，其中此惯性质量是远大于该扫描臂的质量，而且其中由扫描臂振动所产生的位于定子上的作用力通常被惯性质量和定子的旋转所吸收。另外，介于转子与定子之间的电磁作用力则被操作用来精确地控制住转子的旋转。
依照本发明的另一个示范性方面，马达和相关的扫描臂还可以被操作用来沿着一第二扫描路径而被移动，此第二扫描路径通常被视为是低速扫描轴线，其中例如该第二扫描路径通常是与至少一部分的第一扫描路径保持垂直。
为了要完成以上所提及的相关内容，本发明包含在以下权利要求书中被完全描述和特别被指出的特征。下列描述内容和随附附图被用来详细说明本发明的实施例。然而，以上这些实施例是以一些不同的方式来说明本发明所采用的原理。当考虑与随附附图相结合时，从本发明的下列详细描述内容中，本发明的其他目的、优点和新颖特色将能够令人更加了解。
附图简单说明
图1为依照本发明一方面的往复驱动装置示例的简化立体图。
图2为依照本发明另一种方面的往复驱动系统示例的横剖面图。
图3为依照本发明另一个示范性方面的扫描臂示例的部分侧视图4为依照本发明另一种方面的另一往复驱动装置示例的简化立体图。
图5为依照本发明另一个示范性方面的用于往复传送工件的方法的方块图。
图6至图8为依照本发明另一个示范性方面的往复驱动装置示例的若干个视图。
发明的详细说明本发明大体上涉及一种用于沿着一个或多个方向往复传送工件的往复驱动系统、装置和方法。更具体地，该往复驱动装置可被操作成沿着分别相对于离子束的第一扫描路径和第二扫描路径，以二个大体上垂直的方向来移动工件，其中当工件承受到离子束时，该工件可以以大体上恒定的移动速度或直线速度而被移动。此外，“往复驱动装置”一词是表示出本发明的装置和方法使得沿着第一扫描路径的工件往复地或可选择性反向地被传送，而且有利地是能够被操作成限制振动情形的发生，以及能够将沿着第一扫描路径的工件往复运动或振动传送运动的控制结果予以最佳化。本发明的往复驱动装置特别是包含反应质量，其中此反应质量通常限制住由该往复驱动装置所施加的作用力，并且此反应质量围绕单一轴线旋转。
在更进一步的详细内容中，此往复驱动装置是包含具有转子和定子的马达，其中每个转子和定子是相对于彼此而动态地安装成围绕单一轴线，并且被操作成能够沿着此单一轴线旋转。介于定子与转子之间的上述动态安装配置方式和关系容许工件在扫描路径的对置末端处产生快速加速和减速，其中在一预先设定的范围内，工件可以得到均匀的移动状况(例如是恒定加速/减速或是固定速度)，而且其中与移动运动相关的惯性作用力，特别是与该往复驱动装置的往复运动相关的扫描方向反转作用力实质上被限制于旋转轴线上。因此，本发明将在此结合附图加以描述，其中相同的元件符号用来代表相类似的元件。值得注意之处是以上这些方面的描述内容仅是作为说明，而非被解释成具有限制的用途。在下列的描述内容中，为了解释的目的，许多项特定的详细内容已被提出，用以提供对于本发明的整体性了解。然而，熟悉此项技术的人士显然亦可以不采用上述这些特定的详细内容而能够施行本发明。
在此参考下列附图，依照本发明的一个示范性方面，图1表示出示例性的往复驱动装置100的简化立体图，其中此往复驱动装置100被操作用来沿着预先设定的第一扫描路径104往复移动或振动工件102。值得注意之处是如图1所示的往复驱动装置100被用来提供本发明的较高层次了解，并且无须符合比例尺寸。于是，不同的部件可以被详加说明。值得注意之处是在此所说明的不同特色可以是不同形状和尺寸，而且所有以上的这些形状和尺寸均已被考虑纳入本发明的范畴内。
通过采用“往复驱动装置”一词，在一个示例中，本发明的驱动装置被操作用来往复移动或是振动工件102，使得此工件102能够沿着该第一扫描路径104产生反向运动，于是，此工件相对于固定离子束105而交替地前后移动，如同以下将详细讨论的内容，其中此装置是能够被使用于离子植入工艺中。另外一方面，此往复驱动装置100可以结合不同的其他加工系统一起被应用，这些其他的工艺可以包含例如是一种步进-重复平版印刷系统(图中未表示)的其他半导体制造工艺。在另一种替代实施例中，此装置100可以被使用于与半导体制造技术无关的不同加工系统中，而且所有的以上这些系统与施行方式均已被考虑纳入本发明的范畴内。
依照本发明的另一种方面，往复驱动装置100是包含被操作连接至扫描臂108的马达106，其中此扫描臂被操作用来支撑住位于其上的工件102。例如，马达106是包含转子110和定子112，其中转子和定子被动态地耦合住，并且被操作分别围绕第一轴线114旋转。转子110进一步被操作耦合至主轴116，其中此主轴通常围绕第一轴线114而延伸和被操作耦合至扫描臂108。在现有的示例中，转子110、主轴116和扫描臂108通常彼此相互固定耦合，其中围绕第一轴线114旋转的转子通常驱动主轴和扫描臂沿着此第一轴线旋转，因此，能够移动工件102沿着第一扫描路径104。另外一方面，转子110、主轴116和扫描臂108亦彼此相互耦合，如同以下将更进一步描述的内容，其中转子和/或主轴的旋转可以驱动扫描臂相对于第一轴线114而产生直线移动。
在此参考图2和图6至图8，以剖面图表示的示例性往复驱动系统200包含往复驱动装置201，此往复驱动装置201例如是如图1所示的往复驱动装置100，其中此往复驱动装置可以被使用于离子植入工艺中。值得了解之处是如同将于下文中详加讨论的内容，如图2所示的示例性往复驱动系统200是以二个方向而被操作用来扫描通过离子束205的工件202。依照本发明的一个示范性方面，此往复驱动系统200包含与如图1所示的马达106相类似的马达206，其中此马达被操作耦合至加工室208，而且其中此加工室结合该离子束205。例如，此离子束205可以包含一群沿着接近、实质上保持平行的轨迹而一起行进的离子，此行进轨迹的形式则是一点或被称为“光束”，此离子束亦可以是以由在此项技术中所已知的任何适宜离子植入系统(图中未表示)所组成，相关的详细内容则不在此加以讨论。
依照本发明，加工室208可以包含通常被密闭的真空室210，其中位于加工室内的内部环境212被操作用来从位于加工室外侧的外部环境保护14中隔离出来。例如，真空室210能够被配置和安装用来将内部环境212维持于低压的状况(例如真空)。此加工室208进一步可以被耦合至一个或多个负载锁匣室(图中未表示)，其中位于加工室内，在不损失真空的状况下，工件可以被传送于加工室的内部环境212与外部环境214之间。此加工室208亦可以是由通常并未被封闭的加工空间(图中未表示)所组成，其中此加工空间一般结合该外部环境214。
在一个示例中，加工室208被用来作为一固定参考部位216，其中此加工室通常是相对于外部环境214而被固定住。在另一个示例中，例如是离子束205的加工介质218被用来作为固定参考部位216，其中此加工室208被操作成相对于该加工介质而被移动。例如，此加工介质218可以另外被结合至其他半导体加工技术。例如此加工介质218可以另外被结合至其他半导体加工技术。例如此加工介质218可以包含与一平版印刷工艺相结合的光源(图中未表示)。于是，不论加工室是否被密封、被固定住，本发明考虑任何加工室208和加工介质218均可以被操作用来加工上述的工件202，并且所有的以上加工室和加工介质均已被考虑纳入本发明的范畴内。
依照本发明的另一个示范性方面，马达206是包含转子220和定子222，其中转子和定子被操作成分别围绕第一轴线224旋转，并且其中介于转子与定子之间的电磁作用力(图中未表示)通常会驱动转子围绕第一轴线旋转。例如，如同以上将讨论的内容，介于转子220与定子222之间的电磁作用力控制方式被操作用来有选择性地驱动转子，造成转子能够围绕第一轴线224而以顺时针或逆时针方向旋转。在另一个示例中，马达206进一步包含马达外壳226，其中此马达外壳通常相对于该第一轴线224而保持固定不动。在现有的示例中，上述的马达外壳226通常包覆住转子220和定子222，而且进一步被用来作为用于转子和定子的旋转运动所需的固定参考部位216。然而，至少有一部分的转子220和定子222被安置于马达外壳226内，此马达外壳则无须全部包覆住转子和定子。于是，转子220和定子222被操作成分别相对于此马达外壳226旋转，其中此马达外壳进一步被操作用来支撑住位于其内的转子和定子。值得注意之处是虽然本发明描述此马达外壳226可以是固定参考部位216，但是其他的固定参考部位亦可以另外被界定。
在一个示例中，马达206是包含无刷直流马达(例如是三相无刷直流伺服马达)。例如，马达206的尺寸大小使得该马达的较大直径(例如是定子222和/或转子220的个别不同直径)能够提供较大扭矩，同时，维持被操作用来快速控制转子的旋转状况的惯性矩。上述的往复驱动系统200进一步包含被操作耦合至马达206的主轴228，其中在一个示例中，此主轴被固定耦合至转子220和围绕第一轴线224而延伸进入至加工室208内。不同于是经由一个或多个齿轮(图中未表示)而被耦合，转子220则是直接被耦合至主轴228，其中此种直接耦合作用是能够维持住该转子所具有的较低惯性矩，同时，更进一步减小与一个或多个齿轮相结合的磨耗和/或振动。
依照另一个示例，加工室208是包含穿过其中的孔229，其中主轴228通常延伸穿过孔而从外部环境214到达内部环境212，而且其中马达206通常被安置于外部环境内。于是，主轴228被操作成结合转子220的旋转而一起围绕第一轴线224旋转，其中主轴的旋转运动通常是由定期改变作动方向的转子所驱动。在现有的示例中，主轴228实质上是空心的，因此，提供了较小的惯性质量。同样地，转子220亦可以是空心的，用以提供较小的旋转惯性质量。
例如，一个或多个低摩擦轴承230结合马达206和主轴228，其中此一个或多个低摩擦轴承是以可旋转的方式而将转子220、定子222和主轴228中的一个或多个元件耦合至一固定参考部位(例如是马达外壳226或是加工室208)。一个或多个低摩擦轴承230通常是于个别不同的转子220、定子222、主轴228与马达外壳226之间提供低摩擦系数。在另一个示例中，至少有低摩擦轴承230可以包含在本技术中所已知的种类的空气轴承(图中未表示)。
依照本发明的另一个示范性方面，往复驱动装置210是从加工室208中被隔离出来，使得于内部环境212中仅产生最少的摩耗污染。例如，主轴228通常是通过与主轴和加工室相结合实际旋转密封件而能够被密封于加工室208与外部环境214之间，其中位于加工室内的该内部环境212通常是从外部环境214中被隔离出来。
上述的往复驱动系统200进一步包含被操作耦合至主轴228的扫描臂232，其中此扫描臂被操作用来支撑住位于其上的工件202。依照另一个示例，扫描臂232是包含沿着径向而从第一轴线224延伸出去的长形臂234，其中主轴绕着第一轴线的旋转运动通常造成工件202以一弧形扫描路径而绕着第一轴线旋转。在一个示例中，扫描臂232是在其重心中央处而被耦合至主轴228，其中此扫描臂实质上是绕着第一轴线224而保持平衡地旋转。在另一个示例中，此扫描臂232是由例如是镁或铝的轻量材料所组成。
此扫描臂232进一步包含被操作耦合至其上的末端作动器236，其中工件202通常被支撑于此末端作动器上。例如，此末端作动器236是包含静电夹头(ESC)，或是其他被操作用来有选择性地夹持或维持工件202相对于该末端作动器的工件夹持用装置。此末端作动器236可以包含用于保持紧握住工件202的其他不同装置，以上这些装置例如是在本技术中所已知的机械式夹子或是其他不同的保持用机构(图中未表示)，并且所有的以上装置均已被考虑纳入本发明的范畴内。
在另一个示例中，该扫描臂232进一步包含被操作耦合至其上的配重238，其中配重通常被用来平衡掉扫描臂、末端作动器236和工件202围绕第一轴线的质量。此种配重238有利地是能够载助扫描臂232围绕第一灿心224的质量惯性矩集中于中央，因此，能够以动态的方式平衡掉围绕第一轴线的该扫描臂。于是，扫描臂232、主轴228、转子220和定子222通常围绕第一轴线224而得到动态平衡，因此，通常是能够减少除了重力以外的侧向负载作用力。例如，此配重238可以是由此扫描臂232还要更重的金属(例如是钢)所组成。
在本发明的往复驱动装置被使用于一离子植入系统的示例中，此往复驱动装置201进一步包含与加工室208相结合的负载锁匣室(图中未表示)，其中扫描臂232进一步会被操作用来将末端作动器236旋转和/或移动至此负载锁匣室，用以将工件202插入至加工室内，或是从加工室内移除工件202。此外，感应电流杯237被提供于加工室208内和被安置于离子束205的路径中，其中此感应电流杯通常被操作用来感测到与离子束相结合的离子束电流。于是，被感测得到的离子束电流可以被使用于后续的加工控制中。
依照另一个示范性方面，末端作动器236可以旋转的方式而围绕第二轴线240被耦合至扫描臂232，其中此末端作动器则被操作成围绕第二轴线旋转。末端作用致动器242可以被操作耦合至扫描臂232和末端作动器236，其中此末端作用致动器被操作用来旋转此末端作动器围绕第二轴线240。例如，此第二轴线240通常是与第一轴线224保持平行，如同熟悉离子植入技术的人士所已知的内容，其中此末端作用致动器242可以被操作用来有选择性地将晶片相对于离子束而加以旋转，用以改变离子植入作用的所谓“扭转角度”。另外一方面，通过连续控制末端作动器236围绕第二轴线240的旋转状况(此第二轴线本身则是相对于工件沿着弧形扫描路径的位置)，末端作动器与扫描臂的旋转耦合作用可以被用来维持住工件202相对于离子束205的旋转定位(例如是如图3所示的旋转定位250)。图2所示的末端作用致动器242可以包含被操作用来维持住工件202相对于离子束205的旋转定位的马达(图中未表示)，或是与该扫描臂232相结合的机械连杆(图中未表示)。另外一方面，此末端作用致动器242可以包含与第二轴线相结合的枢轴安装架(图中未表示)，其中与工件202相结合的惯性作用力被操作用来维持住工件202相对于离子束205的旋转定位。当离子束是以非直角(图中未表示)撞击到工件上时，以及/或是当与工件相结合的结晶或其他构造(亦即是半导体基材，或是具有成形于其上的构造的基材)于离子植入作用的均匀度担任重要角色时，如何维持住工件202相对于离子束205的旋转定位则是很重要。
在此参考图3，主轴228围绕如图2所示的第一轴线224的示例性旋转244被加以说明，其中扫描臂232、末端作动器236和工件202进一步会围绕第一轴线旋转。于是，工件202是能够相对于离子束205而沿着第一扫描路径246被往复移动(亦即是经由一个或多个围绕第一轴线224而以反向旋转的主轴228)，其中如图2所示的离子束的行进方向是进入至图3的页面。主轴228围绕第一轴线224的定期弧形旋转244是能够被有利地控制住，用以导致末端作动器236能够以一均匀的方式而沿着第一扫描路径246产生振动或是往复运动，此项结果将于下文中加以讨论。如同以上所讨论的内容，图3更进一步说明末端作动器236围绕第二轴线240所产生的旋转248，其中末端作动器和随后工件202的围绕第二轴线的旋转状况被控制住，用以维持住工件相对于第一轴线224或是离子束205的旋转定位250(亦即是工件相对于离子束的旋转定位是以三角形252来表示，此三角形并且是相对于工件而被固定住)。
当工件正承受到离子束205，同时沿着第一扫描路径246移动时，为了要均匀地加工此工件202(例如是将来自离子束的离子均匀地植入至工件内)，维持住末端作动器236具有固定的速度则是非常重要。将末端作动器236的速度维持固定，同时移动工件202通过离子束205，其结果是能够提供均匀的离子数量予工件，因此，当工件以一钟摆形式的运动而沿着第一扫描路径246移动时，此工件则被均匀地加工。
于是，在一个实施例中，与工件202通过离子束205的运动相结合的预先设定扫描范围254必须是具有固定速度。此预先设定扫描范围254通常结合工件202的物理尺寸(亦即大于工件的直径D)。在现有的示例中，此预先设定扫描范围254通常是由工件202经过大于工件直径D再加工离子束205的宽度的全部距离来界定，其中工件沿着第一扫描路径246而通过该离子束，而且其中离子束被扫描于工件的对置末端256之间。
依照另一种实施例，工件202于该预先设定扫描范围254内的所需速度可以被界定，其中此所需速度通常是依据该往复驱动装置201的配置方式。例如，依据工件202被固定住或是相对于扫描臂232而产生旋转，扫描臂的旋转244所产生的固定速度或是可变化速度(因此，工件亦沿着第一扫描路径246而具有固定速度或是可变化速度)是有其需要。例如，倘若工件202相对于扫描臂232旋转，用以维持住沿着第一扫描路径246的旋转定位250，当离子束205靠近此预先设定扫描范围254的末端255(亦即是将接近此预先设定扫描范围的末端的速度增加大约10％)时，扫描臂围绕第一轴线224的旋转速度可以被改变，用以沿着一曲线的路径，提供均匀的离子数量预工件。除了改变扫描臂232的速度以外，离子束205的性质(例如是离子束电流)亦可以被改变，用以产生均匀的离子数量予工件202。
如同在以上实施例中的一个实施例所说明的内容，工件202于预先设定扫描范围254内的沿着第一扫描路径246的速度必须要维持固定，用以将工件202均匀地曝露至离子束205。然而，由于工件202沿着第一扫描路径246而产生的往复、反向运动，工件必须加速和减速，例如是介于主轴228围绕第一轴线224的顺时针方向旋转与逆时针方向旋转(亦即是反向旋转)之间。于是，为了配合扫描臂232、末端作动器236和工件202的加速与减速现象，由工件202的对置末端256沿着第一扫描路径246而进行于最大位置260、262之间所得到的最大扫描距离258是能够被界定，其中当离子束并未与工件相接触时，或是当至少有一部分离子束并未与工件相接触时，上述的加速和减速现象可以发生于超越区域264内。
值得注意之处是在传统式二次元扫描系统中，当工件的运动方向被反转时所容许产生的加速与减速值受到限制，用以将惯性作用力和被传送至传统式扫描系统的其余部位中的相关反应作用力减到最小。然而，本发明是能够排除上述的限制，使得惯性作用力通常被限制作动于第一轴线224上，此项结果将于下文中被详加讨论。
依照本发明，工件202于超越区域264内的快速加速和减速现象是通过将与一个或多个工件、末端作动器236、扫描臂232、主轴228、转子200和定子222相结合的惯性作用力限制在第一轴线224而得到。依照本发明的一个示范性方面，如图2所示的被操作成围绕第一轴线224旋转的定子222被操作成为对应如图3所示扫描臂232的旋转244的反应质量266。例如，如图2所示的反应质量266被操作用来提供快速的加速和减速结果予转子220、主轴228、扫描臂232、末端作动器236和工件202，其中与转子、主轴、扫描臂、末端作动器和工件的旋转和/或移动相结合的惯性作用力是通过一介于转子与定子之间的电磁作用力而能够导致定子222围绕第一轴线224旋转，而且其中此惯性作用力通常被平衡掉和被限制于第一轴线。于是，与定子222的旋转相结合的扭矩通常被限制于第一轴线224，因此，能够沿着第一扫描路径246而从固定参考部位216中隔离出或是分开与工件202的往复传送相结合的作用力。
上述的将惯性作用力限制于第一轴线224的结果实质上降低在传统式扫描系统中所已知的振动。于是，被用来作为反应质量266的定子222被操作用来加速和减速位于如图3所示的超越区域264内的扫描臂232，其中介于马达206的定子222与转子220中间的电磁作用力通常决定出转子和定子围绕第一轴线的个别不同旋转位置。于是，转子220围绕第一轴线224的旋转位置通常决定出主轴228、扫描臂232、末端作动器236和工件202围绕第一轴线的旋转位置，其中通过控制介于转子与定子之间的电磁作用力而能够有效地控制住转子的旋转位置。
依照本发明的另一个示范性方面，定子222(亦即是其中作为反应质量266的定子)的质量惯性矩大于一个或多个转子220、主轴228、扫描臂232、末端作动器236和工件202的质量惯性矩。依照另一示例，惯性质量268(亦即是“飞轮”)被操作耦合至定子222，其中此惯性质量进一步会被操作成为反应质量266，用以更进一步限制住定子对应于转子220、扫描臂232、末端作动器236和工件202围绕第一轴线224的旋转状况所产生的旋转动作(亦即是反向旋转)。例如，惯性质量268通常是大于或等于一个或多个转子220、主轴228、扫描臂232、末端作动器236和工件202的全部质量惯性矩。在一个示例中，与反应质量266相结合的质量惯性矩概略是要比转子220、主轴228、扫描臂232(和配重238)、末端作动器236和工件202的全部质量惯性矩大10倍，其中当转子每一次旋转10度时，定子222仅须围绕第一轴线224旋转1度。以上所提供的较大惯性质量268是能够更进一步地减少与转子220相对于定子222的速度相结合的反电磁作用力，因此，降低驱动马达206所需的能量。
依照本发明的另一个示范性方面，例如，如图2的示的马达206被操作用来依照转子220相对于定子222的旋转位置来改变主轴228的旋转速度(以及随后变工件202的移动速度)。依照另一个示例，上述的往复驱动装置201进一步包含一个或多个感测元件270，其中工件202沿着第一扫描路径246的旋转位置244能够被更进一步决定。例如，如图2所示的一个或多个感测元件270被操作用来感测出一个或多个扫描臂232、主轴228、转子220和定子222围绕第一轴线224的旋转位置，如同在下文中将描述的内容，其中感测得到的旋转位置可以被用来作为工件202的移动位置所需的回馈控制。例如，一个或多个感测元件270可以包含一个或多个高分辨率编码器，此编码器被操作用来连续或是定期提供围绕第一轴线的个别不同旋转位置的回馈控制。在另一个示例中，一个或多个感测元件270是包含被操作用来感测转子220相对于定子222的旋转定位的第一编码器272，以及包含被操作用来感测转子相对于固定参考部位216的旋转定位的第二编码器274，上述的固定参考部位例如是加工室208、马达外壳226、离子束205，或是相对于转子的其他固定参考部位。
依照另一个示范性方面，此往复驱动装置201进一步包含一个或多个止动件276，其中此一个或多个止动件通常被用来限制住定子222相对于马达外壳226的旋转状况。此一个或多个止动件276通常提供定子222的可变化旋转量，用以防止“失控”事故的发生，其中此定子会变成无法被控制。例如，一个或多个止动件276是包含一个或多个被操作耦合至马达外壳226的可调整机械式限制件或是电子式限制件(图中未表示)，其中定子222的旋转量则通常受限于该止动件之间。
在本发明的另一种方面中，往复驱动装置201进一步被操作用来移动工件202沿着第二扫描路径278，其中此第二扫描路径实质上是与至少一部分如图3所示的第一扫描路径246保持垂直。例如，此第二扫描路径278实质上是与如图3所示的第一扫描路径246的中间点保持垂直。此第二扫描路径278的产生是通过被操作耦合至马达206的慢速扫描致动器280的作用，其中此慢速扫描致动器被操作用来移动一个或多个马达和加工室208沿着与固定参考部位216相对应的第三轴线282。例如，第三轴线282通常是与第一轴线224保持垂直，而且通常与相对离子束205的工件202的第二扫描路径278保持平行。
因此，值得了解之处是依照本发明的一个示范性方面，第一扫描路径246结合工件202的“快速扫描”，而且第二扫描路径278结合工件202之“慢速扫描”，其中随着工件被往复移动沿着第一扫描路径，此工件可以被连续传送沿着该第二扫描路径。另外一方面，对于每一次工件沿着第一扫描路径而被移动于最大位置260、262之间(亦即是如图3所示的内容)，此工件可以沿着第二扫描路径而被连续地标示出预先设定长度的增加量。例如，针对工件202沿着第一扫描路径246的全部往后和向前振动循环或是往复运动，慢速扫描致动器280将会沿着第二扫描路径278而以二个预先设定长度的增加量来移动工件。马达280沿着第二扫描路径278的全部移动距离则大约是如图3所示的工件202的直径D，再加上离子束205的高度。
例如，如图2所示的慢速扫描致动器280可以包含伺服马达、滚珠螺丝，或是其他系统(图中未表示)，其中马达外壳226和相关的马达206，以及随后的工件202均是能够被平顺地移动沿着第二扫描路径278。上述的慢速扫描致动器280是通过将工件移动通过离子束205，同时，末端作动器亦是以圆形反向旋转(亦即是振动)的方式而沿着一弧形扫描路径移动，使得此慢速扫描致动器能够被操作用来容许固定的离子束“涂布”被安置于末端作动器236上的工件202，因此，离子能够被均匀地植入至整个工件。
上述的往复驱动装置201可以进一步包含动力滑动密封件284(亦即是滑动轴承密封件)，其中滑动密封件实质上被用来从外部环境214(亦即是大气环境)中，将加工室208的内部环境212予以密封。例如，加工室208可以界定出穿过其中和平行于第三轴线282而延伸的细缝形状孔286，其中主轴228通常延伸穿过该细缝。例如，一个或多个线性轴承288可以被用来以可滑动的方式而将马达外壳226耦合至加工室208。于是，主轴228被操作用来于该细缝286内移动，并且是结合马达206围绕第三轴线282的移动状况。上述的滑动密封件284进一步会围绕着该细缝形状孔286，并且通常从外部环境214中隔离出位于加工室208内的内部环境212。此种滑种密封件284通常进一步会隔离出扫描臂232和末端作动器236，并且容许在加工室208内的末端作动器能够沿着第二扫描路径278而产生移动，同时，限制住由与马达206相结合的移动中部件所导致产生的有害作用。另外一方面，任何或是所有的往复驱动装置201可以被安置于加工室208内。
依照本发明的另一个示范性方面，框架290被提供，其中此框架290通常是相对于离子束205而被固定住。例如，此框架290是能够被视为是一固定参考部位216。在目前的示例中，加工室208可以围绕第四轴线292而被旋转耦合至此框架290，此第四轴线292则是与离子束205保持垂直，其中加工室围绕第四轴线的旋转位置通常界定出介于离子束与工件202的表面294中间的倾斜角度(图中未表示)。在另一个示例中，扫描臂232是以可旋转的方式而经由一轮壳295被耦合至主轴228，其中此扫描臂进一步被操作用来围绕第五轴线296旋转。此第五轴线296通常与第一轴线224保持垂直，其中扫描臂232围绕第五轴线的旋转动作另外提供先前所讨论过的倾斜角度(图中未表示)。当扫描臂232围绕第一轴线224旋转时，采用第四轴线292来将加工室208定位成与工件202围绕第二轴线240旋转的运动相结合的作用通常将工件扫过离子束205，同时，维持住工件相对于此离子束的固定倾斜和扭转角度。此外，上述的组合结果通常维持住离子束205与大略被固定于空间内的工件202的撞击位置点，因此，确保位于工件上的全部位置点均能够被具有相同角度和相同光束大小的离子束所植入。
依照本发明的另一个示范性方面，主要驱动致动器(图中未表示)被操作耦合至主轴228，其中此主要驱动致动器被操作用来提供一主要旋转作用力予主轴。例如，此主要驱动致动器被操作用来改变主轴228的旋转速度，连同马达206，其中工件沿着第一扫描路径246的位置是能够被控制住。于是，当马达206并未被作动用来控制住工件202在如图3所示的预先设定扫描范围254内的移动状态时，此马达206通常被用来作为主轴228的旋转所需的加速器和减速器。
依照本发明的另一个方面，控制器298被提供，其中此控制器是通过控制介于转子220与定子222之间的电磁作用力而被操作用来控制住工件202沿着第一扫描路径246的位置。例如，此控制器进一步通过控制末端作用致动器242而被操作用来控制住工件202围绕第二轴线240的旋转状况。此外，此控制器298是通过控制慢速扫描致动器280而被操作用来控制住马达206围绕第三轴线282的位置。例如，此控制器298被操作用来控制住工件202沿着第一扫描路径和第二扫描路径的旋转位置和/或移动位置，其中上述的控制作用是依据至少一部分是来自一个或多个感测元件270的回馈结果。
此外，依照本发明的另一个示范性方面，此控制器298(亦即是运动控制器)被操作耦合至一个或多个电源、与往复扫描装置201(例如是马达201)相结合的驱动器和/或放大器(图中未表示)、一个或多个感测元件270、末端作用致动器242，以及慢速扫描致动器280，其中此控制器是能够有效率地控制住该往复扫描装置。
依照本发明的另一个示范性方面，于本发明中所提示的一般运动控制方式通常提供平顺的运动状况予末端作动器236(亦即是在如图3所示的预先设定扫描范围254内具有固定的速度)，并且将相关的速度误差值减低到最小。依照另一个示例，如图2所示的控制器298是包含能够被此控制器所采用的比例积分微分(PID)控制装置，其中一个或多个感测元件270提供回馈控制。
当如图1至图3所提示的构造和系统涉及于一种钟摆形式的运动，本发明亦可考虑被应用于一种线性运动系统，其中工件是沿着第一扫描路径而以直线做移动。例如，图4说明另外往复驱动装置300的简化视图，此往复驱动装置300被操作用来沿着线性的第一扫描路径304往复移动或振动工件302。在一个示例中，此往复驱动装置300被操作用来往复移动或振动工件302沿着与一固定离子束305相对应的线性第一扫描路径304，其中此往复驱动装置可以被使用于一离子植入工艺中。另外一方面，此往复驱动装置300可以结合其他不同的半导体加工系统(例如是一种图中未表示的步进-重复平版印刷系统)一起被采用。在另一个示例中，此往复驱动装置300可以被应用于与半导体产业无关的加工系统中，并且所有的以上系统和施行方式均已被考虑纳入本发明的范畴内。
依照本发明的一种方面，上述的往复驱动装置300是包含被操作耦合至一扫描臂308的马达306，其中此扫描臂被操作用来支撑住位于其上的工件302。例如，马达306是包含转子310和定子312，其中转子和定子被操作成分别围绕第一轴线314旋转，其旋转的方式则是类似于先前所描述的内容。转子310进一步被操作耦合至一主轴316，其中此主轴通常围绕第一轴线314而延伸和被操作耦合至扫描臂308。在现有的示例中，转子310和主轴316通常彼此相互固定耦合，而且其中主轴与扫描臂308彼此相互匹配接合，其中主轴的旋转被操作用来驱动扫描臂的直线移动，其中该第一扫描路径304实质上是直线。依照一个示例，扫描臂308是包含接合部位320，而且其中主轴316是包含驱动器部位322，而且其中扫描臂的接合部位被操作耦合至主轴的驱动器部位322。例如，此接合部位320包含齿条324，而且此驱动器部位322是包含小齿轮326。另外一方面，接合部位320可以包含平坦表面(图中未表示)，其中驱动器部位是包含被操作成接合至此接合部位的滚子(图中未表示)，值得了解之处是任何能够被操作用来以直线方向移动扫描臂308的接合部位320和驱动器部位322均可以被采用，并且所有以上的接合部位和驱动器部位均已被考虑纳入本发明的范畴内。
依照本发明的另一个示范性方面，上述的往复驱动装置300进一步包含配重臂328，其中主轴316与配重臂328彼此相互匹配接合。例如，此配重臂328是沿着主轴316而被安置成与该扫描臂308保持相对，其中主轴的旋转被操作用来驱动此配重臂沿着与扫描臂对置之不理的方向而做直线运动。例如，此种配重臂328进一步包含惯性质量330，而且更进一步将惯性作用力限制于第一轴线314。依照另一个示例，此往复驱动装置进一步包含一个或多个线性移动轴承(图中未表示)，其中此一个或多个线性移动轴承通常是全将扫描臂308和配重臂328的移动限制于一直线路径。
依照本发明的另一个示范性方面，图5为说明如图1到图4所示的示例性往复驱动装置如何被整合与被操作的示例性方法400的概略方块图。虽然在此所说明和描述的示例性方法为一连串动作或是事件，但是值得了解之处为本发明不限于是在此所说明的动作或事件顺序，依照本发明，其中的一些步骤可以依照不同顺序发生和/或结合与在所描述的内容以外的其他步骤一起发生。此外，并非所有在此所说明的步骤是需要被用来施行依照本发明的方法论。另外，值得了解之处是本方法可以结合在此所说明和描述的系统，以及结合并未说明的其他系统一起被施行。
如图5所示，在动作305中，方法400一开始是提供位于扫描臂上的工件，此扫描臂例如是如图2所示的扫描臂232。此扫描臂被操作耦合至包含转子和定子的马达，而且其中转子和定子被操作成能够分别围绕第一轴线而做正面旋转与反向旋转。在动作310中，电磁作用力施加于转子与定子之间，此电磁作用力则是在此被用来移动工件沿着第一扫描路径而通过离子束。在动作315中，工件的所在位置被感测到，例如是感测到一个或多个主轴、转子和定子围绕第一轴线的旋转位置。在动作320中，介于转子与定子之间的电磁作用力被控制成沿着第一扫描路径，而且其中定子对应于工件的往复运动而围绕第一轴线做正向旋转和反向旋转。例如，在动作320中的控制作用是依据至少一部分是工件的感测位置。
依照本发明的另一个示范性方面，此往复驱动装置可以被应用于在高度真空状态之下的加工室(图中未表示)内，其中例如是润滑式轴承或致动器的机械元件是无法直接曝露于此真空环境中。为了要得到所需的结果，该往复驱动装置的接头是额外被提供有真空密封件(例如是含铁流体密封件)。值得了解之处是任何种类的能够提供工艺所需洁净度要求的可移动式真空密封件均已被考虑纳入本发明的范畴内。于是，本发明进一步被操作用来在洁净、真空的环境下，提供运动产生和晶片扫描作用。
虽然本发明是相对于特定较佳实施例或实施例而已被加以表示和描述，对于已知本项技术的其他人士而言，在阅读和了解本申请说明书与随附附图之后，显然可以针对本发明做修改和更正。特别是关于通过以上所描述的部件(组件、装置、电路等)来施行的不同功能，这些名称(包含“机构”)被用来描述上述的部件意欲对应任何能够施行所描述的部件特定功能的其他部件(亦即是其他功能性一致)，纵然能够施行在此所说明的本发明示例性功能的构造是具有不同结构。此外，虽然本发明的特点已被描述成是仅对应于若干实施例中的一种实施例，此种特点可以结合已被描述的其他实施例的一个或更多项其他特点，以及有利于任何已知的应用方式或是特定应用方式。
权利要求
1.一种用于扫描通过离子束的工件的往复驱动系统，所述往复驱动系统包括与所述离子束相关联的处理室；可操作地连接到所述处理室的马达，所述马达包括转子和定子，其中所述转子和所述定子可操作以便各自围绕第一轴线旋转，其中在所述转子和所述定子之间的电磁力大体上确定了所述转子围绕所述第一轴线的旋转位置，和其中所述定子可操作，以便作为对所述转子的所述旋转的反作用质量；固定地连接到所述转子上的轴，其中所述轴沿着所述第一轴线延伸到所述处理室中；大体上位于所述处理室内的和可操作地连接到所述轴上的扫描臂，其中所述扫描臂包括可操作以支撑其上的工件的末端作动器，以及其中所述转子的所述旋转位置大体上确定了所述工件相对于所述离子束沿着第一扫描路径的位置；和控制器，其是可操作的，以便通过控制所述转子和所述定子之间的所述电磁力来控制所述工件沿着所述第一扫描路径的所述位置。
2.如权利要求1所述的往复驱动系统，其特征在于，所述扫描臂包括自所述第一轴线径向地延伸的长形臂，其中所述末端作动器位于所述长形臂的远端处。
3.如权利要求1所述的往复驱动系统，其特征在于，在所述扫描臂的重心处将所述扫描臂连接到所述轴上，其中所述扫描臂围绕所述第一轴线是旋转平衡的。
4.如权利要求3所述的往复驱动系统，其特征在于，所述扫描臂还包括配重，其中所述配重大体上平衡所述扫描臂、末端作动器和工件围绕所述第一轴线的质量。
5.如权利要求1所述的往复驱动系统，其特征在于，所述末端作动器包括静电夹头。
6.如权利要求1所述的往复驱动系统，其特征在于，所述马达大体上位于所述处理室的外部，和其中所述处理室大体上限定了从其通过的孔，其中所述轴大体上在所述孔中延伸，和其中与所述轴和所述孔相关联的旋转密封大体上将所述处理室外的外部环境与所述处理室内的内部环境隔开。
7.如权利要求1所述的往复驱动系统，其特征在于，所述末端作动器围绕第二轴线可转动地连接到所述扫描臂上。
8.如权利要求7所述的往复驱动系统，其特征在于，还包括末端作动器的致动器，其可操作地连接到所述扫描臂和所述末端作动器，其中所述末端作动器的致动器可操作以便围绕所述第二轴线转动所述末端作动器，和其中所述控制器还进一步可操作，以便通过控制所述末端作动器的致动器来保持所述工件相对于所述处理室的旋转方向。
9.如权利要求8所述的往复驱动系统，其特征在于，还包括末端作动器的致动器电源，其中所述末端作动器的致动器包括伺服马达，其中所述控制器可操作，以便通过控制从所述末端作动器的致动器电源提供给所述末端作动器的致动器的功率量来控制所述工件相对于所述处理室的所述旋转方向。
10.如权利要求7所述的往复驱动系统，其特征在于，所述第二轴线大体上平行于所述第一轴线。
11.如权利要求1所述的往复驱动系统，其特征在于，还包括可操作地连接到所述马达和所述处理室上的低速扫描致动器，其中所述低速扫描致动器可操作以便相对于所述处理室沿着大体上垂直于所述第一轴线的第三轴线平移所述马达，由此大体上确定了所述工件沿着相对于所述离子束的低速扫描路径的位置，其中所述控制器还进一步可操作，以便通过控制所述低速扫描致动器来控制所述工件沿着所述低速扫描路径的所述位置。
12.如权利要求11所述的往复驱动系统，其特征在于，还包括低速扫描致动器电源，其中所述低速扫描致动器包括伺服马达，其中所述控制器可操作，以便通过控制从所述低速扫描致动器电源提供给所述低速扫描致动器的功率量来控制所述工件沿着所述低速扫描路径的所述位置。
13.如权利要求11所述的往复驱动系统，其特征在于，还包括一个或多个线性轴承，其中所述一个或多个线性轴承滑动地连接。
全文摘要
提供一种用于扫描通过离子束的工件的往复驱动系统和装置，其中包括可操作成单独围绕第一轴线旋转的转子和定子的马达可被操作成相对于离子束往复移动工件。由转子可转动地驱动的轴沿着第一轴线延伸并且扫描臂可操作地连接到该轴上，其中扫描臂可操作成支撑位于其上的工件。马达引起的该轴的圆形反向旋转可操作成使扫描臂转动，由此沿着第一扫描路径扫描通过离子束的工件，其中定子作为转子旋转的反应质量。控制器还可操作成控制转子和定子之间的电磁作用力，由此大体上确定转子和定子的旋转位置。
文档编号H01L21/00GK1961401SQ200580017437
公开日2007年5月9日 申请日期2005年4月5日 优先权日2004年4月5日
发明者J·范德波特, J·波拉克, D·W·伯里恩 申请人:艾克塞利斯技术公司