專利名稱：可移動(dòng)元件的多向掃描和其離子束監(jiān)測(cè)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于諸如半導(dǎo)體晶片夾持器的可移動(dòng)單元在相對(duì)于離子束的多個(gè)不同方向上的掃描方法和裝置。本發(fā)明還涉及一種用于使用這種裝置的離子束監(jiān)測(cè)設(shè)備。
背景技術(shù)：
在通常的離子注入器中，相對(duì)于硅晶片來(lái)說(shuō)，橫截面相對(duì)較小的摻雜離子束被掃描。這主要能夠以下面三種途徑中的一種來(lái)進(jìn)行相對(duì)于靜止的晶片在兩個(gè)方向上掃描射束，相對(duì)于靜止的射束在兩個(gè)方向上掃描晶片，或者一種混合方法，其中射束在一個(gè)方向上掃描，同時(shí)晶片在通常正交的第二方向機(jī)械掃描。
每種技術(shù)都有優(yōu)缺點(diǎn)。在更小硅晶片的情況下，傳統(tǒng)方法是在旋轉(zhuǎn)輪的輪輻末端安裝一批晶片。然后，輪被來(lái)回地掃描以使固定方向的離子束來(lái)輪流撞擊每個(gè)晶片。
對(duì)于注入更大(300mm)晶片來(lái)說(shuō)，成批處理當(dāng)前是不可取的。這一個(gè)原因是每個(gè)晶片的單個(gè)成本在注入過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)將引起了巨大的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。在相對(duì)于靜止晶片的正交方向上的離子束的靜電或磁性掃描易于造成更低質(zhì)量的射束，并且目前單晶片掃描技術(shù)傾向于采用如上文略述的混合機(jī)械/靜電掃描。我們共同受讓的美國(guó)專利No.5,898,179描述了適合于實(shí)現(xiàn)這種掃描的設(shè)備，該專利的內(nèi)容被全文引用而結(jié)合于此。這里，離子束在垂直于離子注入器中射束線軸的第一方向進(jìn)行磁掃描，同時(shí)，晶片在通常為正交軸的第二方向上進(jìn)行機(jī)械移動(dòng)。
盡管如此，在保持靜止射束方向上(在射束的分布、射束的穩(wěn)定性以及射束線長(zhǎng)度的最小化方面)具有優(yōu)點(diǎn)。反過(guò)來(lái)，這要求雙向掃描晶片。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供實(shí)現(xiàn)這種掃描的設(shè)備。
尤其是當(dāng)射束相對(duì)于注入室是固定方向的時(shí)候，確定射束分布(即，射束密度作為在給定方向上橫過(guò)射束的距離的函數(shù))通常是希望的。這是因?yàn)榫瑱M過(guò)射束的遷移速度比混合掃描的慢。因此，對(duì)于合理吞吐量的晶片來(lái)說(shuō)，最小化光柵間距是必需的。于是，例如，這有助于在離子注入之前以及在其過(guò)程中確定射束分布(就是說(shuō)，橫過(guò)射束區(qū)域的射束流密度)。注入之前確定射束的分布允許在注入過(guò)程中控制晶片的掃描，以便于確保在晶片上的離子密度接近均勻，而不是或高或低的“條紋”。
在本領(lǐng)域中已知道多種不同的途徑來(lái)確定射束分布。例如，在我們共同受讓的PCT專利申請(qǐng)WO-A-00/05744中，從射束光闌(位于批處理晶片夾持器的下游)輸出的信號(hào)被用來(lái)獲取注入過(guò)程中射束的寬度、高度和連續(xù)性方面的信息。這些信號(hào)處理依靠旋轉(zhuǎn)晶片夾持器上晶片之間的間隙，因此不適于單晶片。
其他確定射束分布的技術(shù)包括移動(dòng)法拉第和保持在一個(gè)固定位置但沿著射束線間隔分布的一對(duì)法拉第，如上面引用的美國(guó)專利No.5,898,179中所描述的。
本發(fā)明還尋求提供一種改善確定離子束分布的設(shè)備，因此，特別適用于在注入之前的設(shè)置過(guò)程中。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種半導(dǎo)體處理裝置，該半導(dǎo)體處理裝置提供諸如襯底或晶片夾持器的臂的長(zhǎng)形元件在至少兩個(gè)通常正交的方向(所謂X-Y掃描)上的移動(dòng)。在第一方向上的掃描縱向穿過(guò)在真空室壁上的開口。例如，長(zhǎng)形元件通過(guò)諸如一對(duì)直線式電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)形元件驅(qū)動(dòng)器來(lái)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。長(zhǎng)形元件和驅(qū)動(dòng)器每個(gè)優(yōu)選地安裝在托架上，該托架又在通常正交于第一方向的第二方向上被驅(qū)動(dòng)。
為了獲得長(zhǎng)形元件在縱向上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，托架優(yōu)選地包括導(dǎo)引板。長(zhǎng)形元件相對(duì)于導(dǎo)引板被支撐，導(dǎo)引板又優(yōu)選地懸臂狀伸展于托架的一個(gè)部件。應(yīng)當(dāng)理解的是，術(shù)語(yǔ)“懸臂狀伸展”不僅指代水平支撐，而且指代垂直或其他方向的支撐。
在本發(fā)明具體優(yōu)選特征中，長(zhǎng)形元件通過(guò)位于朝向長(zhǎng)形元件的第一端的一個(gè)或多個(gè)萬(wàn)向軸承與導(dǎo)引板間隔開。這些軸承當(dāng)長(zhǎng)形元件沿導(dǎo)引板往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)為其提供懸臂支撐。使用這種技術(shù)，可以為長(zhǎng)形元件進(jìn)入真空室中提供穿通裝置(feedthrough)，該穿通裝置作為真空密封，但其自身不需要提供軸承支撐。穿通裝置優(yōu)選地是適應(yīng)性的(compliant)，并且本發(fā)明的另一方面提供了多個(gè)彈性墊圈等，以作為真空密封并允許穿通裝置相對(duì)于托架或真空室壁的適應(yīng)性。
穿通裝置自身還優(yōu)選地是一個(gè)旋轉(zhuǎn)穿通裝置。這允許長(zhǎng)形元件圍繞平行于所述縱向的軸旋轉(zhuǎn)。
在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，法拉第(Faraday)被連接到長(zhǎng)形元件鄰近襯底支撐。這允許射束分布的確定(離子束相對(duì)于真空室具有固定方向)能夠在待注入襯底的平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)。不但射束分布的確定可以在注入之前實(shí)現(xiàn)，(例如)以允許射束線的被“調(diào)諧”，而且法拉第鄰近于襯底前面的存在同樣允許在注入循環(huán)的一部分期間確定射束的分布。
在長(zhǎng)形元件可圍繞其自己軸線旋轉(zhuǎn)的地方，于是法拉第可以替代或另外被安裝在鄰近襯底支撐后部的地方。射束分布的確定可以在襯底支撐反轉(zhuǎn)(即，旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)180°)的情況下實(shí)現(xiàn)。通過(guò)用半導(dǎo)體材料(即，硅)涂覆襯底支撐的反面，可以在不需要固定到襯底“前部”的測(cè)試晶片的情況下實(shí)現(xiàn)射束分布的確定。作為一種選擇，或另外地，法拉第可以被安裝成使得其進(jìn)口與襯底支撐的前后表面中的所述平面成90°。
本發(fā)明在第一個(gè)方面相應(yīng)地提供一種半導(dǎo)體處理裝置，包括真空室，具有在其上確定開口的室壁；長(zhǎng)形元件，延伸穿過(guò)所述室壁上的所述開口，并在縱向上可移動(dòng)地穿過(guò)所述室壁；長(zhǎng)形元件驅(qū)動(dòng)器，被布置來(lái)使所述長(zhǎng)形元件在所述縱向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述真空室外部的托架，用來(lái)支撐所述長(zhǎng)形元件和驅(qū)動(dòng)器；以及托架驅(qū)動(dòng)器，被布置來(lái)使所述托架在通常垂直于所述可移動(dòng)的長(zhǎng)形元件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向的方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體處理裝置，其包括真空處理室，其具有室壁；長(zhǎng)形元件，其水平延伸穿過(guò)所述室壁，并在縱向上可移動(dòng)地穿過(guò)所述室壁；長(zhǎng)形元件驅(qū)動(dòng)器，被布置來(lái)在所述縱向上驅(qū)動(dòng)所述長(zhǎng)形元件；托架，用來(lái)支撐所述長(zhǎng)形元件和驅(qū)動(dòng)器，所述托架位于所述真空室的外部并為所述長(zhǎng)形元件的外端提供懸臂支撐；以及進(jìn)入真空室中的穿通裝置，所述穿通裝置容納所述長(zhǎng)形元件并包括用來(lái)密封所述長(zhǎng)形元件的真空密封。
在另一個(gè)方面中，提供了一種安裝往復(fù)移動(dòng)進(jìn)入和離開半導(dǎo)體片理裝置的真空室的長(zhǎng)形元件的方法，該方法包括(a)相對(duì)于托架支撐長(zhǎng)形元件，所述長(zhǎng)形元件通過(guò)位于朝向所述長(zhǎng)形元件的第一端的至少一個(gè)負(fù)載軸承器件被支撐，其中所述第一端在所述真空室的外部；以及(b)安裝所述長(zhǎng)形元件穿過(guò)位于所述真空室的內(nèi)部和其外部之間的真空密封；其中，由所述長(zhǎng)形元件造成的負(fù)載基本上由所述或每個(gè)負(fù)載軸承器件承載，使得真空密封作為所述長(zhǎng)形元件在往復(fù)移動(dòng)過(guò)程中的無(wú)負(fù)載軸承引導(dǎo)。
在另一個(gè)方面，提供了一種用于長(zhǎng)形元件進(jìn)入半導(dǎo)體處理裝置的真空室中的穿通裝置的旋轉(zhuǎn)和直線式真空密封，所述真空室具有室壁元件，所述真空密封包括外安裝件，固定在所述壁元件上并具有在穿過(guò)所述室壁元件的方向上延伸的縱軸；內(nèi)軸承，徑向地安裝在所述外安裝件的內(nèi)部，所述內(nèi)軸承相對(duì)于外安裝件可移動(dòng)，其大小可容納穿過(guò)其的所述長(zhǎng)形元件，并且同樣具有在穿過(guò)所述室壁的方向上延伸的縱軸；以及多個(gè)適應(yīng)性襯墊，其布置在所述內(nèi)軸承和所述外安裝件之間，所述適應(yīng)性襯墊軸向地沿所述內(nèi)軸承和外安裝件的所述縱軸間隔開。
本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種半導(dǎo)體處理裝置，其包括真空室，具有在其上有開口的室壁；襯底掃描設(shè)備，包括延伸穿過(guò)所述室壁中所述開口的長(zhǎng)形臂，和連接到所述長(zhǎng)形臂的第一端并位于所述真空室內(nèi)部的襯底支撐，所述襯底支撐包括用于容納待處理的襯底的正面，和相對(duì)于所述正面的背面；掃描設(shè)備驅(qū)動(dòng)裝置，用來(lái)在通?？v向穿過(guò)所述室壁的第一方向上和正交于所述第一方向的第二方向上移動(dòng)所述襯底掃描設(shè)備；以及法拉第，其被安裝得鄰近所述襯底支撐并與其處于固定關(guān)系。
在另一個(gè)方面中，提供了一種在半導(dǎo)體處理裝置中確定離子束分布的方法，所述裝置包括真空室和射束掃描設(shè)備，其中所述真空室具有在其上有開口的室壁，所述射束掃描設(shè)備包括延伸穿過(guò)所述室壁上的所述開口的長(zhǎng)形臂和連接到所述長(zhǎng)形臂的第一端并位于所述真空室內(nèi)部的襯底支撐，所述襯底支撐包括用于容納待處理襯底的正面，和相對(duì)于所述正面的背面；所述方法包括安裝法拉第鄰近所述襯底支撐并與其處于固定關(guān)系；在通?？v向地穿過(guò)所述室壁的第一方向和通常正交于所述第一方向的第二方向中一個(gè)移動(dòng)所述射束掃描設(shè)備，直到所述離子束分別在所述第一或第二方向上與法拉第通常對(duì)齊；在所述第一方向和第二方向的另一個(gè)掃描所述射束掃描設(shè)備，使得所述離子束經(jīng)過(guò)所述法拉第；當(dāng)所述射束掃描設(shè)備被掃描橫過(guò)所述法拉第時(shí)，獲取法拉第輸出信號(hào)；以及在所述第一和第二方向的所述另一個(gè)上從所述法拉第輸出信號(hào)獲取所述離子束的分布。
本發(fā)明還涉及到一種離子注入器，其包括所述半導(dǎo)體處理裝置和/或在上文概述的所述真空穿通裝置。還應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的不同方面的每方面完全不是相互排斥的，并且，實(shí)際上，本發(fā)明的不同方面的結(jié)合提供一些好處。


本發(fā)明可以用多種方法實(shí)現(xiàn)，而實(shí)施例現(xiàn)在將僅通過(guò)舉例并參考附圖來(lái)描述，其中圖1a示出了根據(jù)本發(fā)明的離子注入器的示意側(cè)視圖，其中離子注入器包括在其上面安裝有包括掃描臂支撐結(jié)構(gòu)的襯底掃描裝置的處理室；圖1b示出了沿圖1a中的線A-A的部分剖面；圖2示出了圖1a和圖1b中襯底掃描裝置的更詳細(xì)的第三角度投影；圖3示出了圖2的襯底掃描裝置的側(cè)面剖視圖；圖4示出了圖3中區(qū)域A的特寫視圖；圖5示出了連接到圖1到圖4的襯底掃描裝置的襯底支撐，并包括法拉第的第三角度投影；圖6示出了圖5的法拉第當(dāng)其穿越離子束時(shí)的一部分的示意圖；圖7示出了圖5的襯底支撐和法拉第的示意側(cè)視圖；圖8示出了襯底支撐和法拉第的另一種布置的示意主視圖；以及圖9示出了穿過(guò)圖5和圖8的法拉第的部分剖面。
具體實(shí)施例方式
在圖1a中示出了離子注入器的示意側(cè)視圖。在圖1b中示出了沿圖1a中線A-A的局部剖示圖。如最好在圖1a中看到的，離子注入器包括被布置來(lái)產(chǎn)生離子束15的離子源10。離子束15被引導(dǎo)至質(zhì)量分析器20，在其中電磁地選擇所希望的質(zhì)量/電荷比。這種技術(shù)是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，所以不再繼續(xù)詳述。應(yīng)該注意，為了方便起見，質(zhì)量分析器20在圖1a中被圖示為在紙平面內(nèi)彎曲從源10出來(lái)的離子束，其中紙平面在所圖示的注入器的其他部件的情況下是垂直平面。實(shí)際上，分析器20常常被布置在水平面中彎曲離子束。
根據(jù)要注入的離子類型和所希望注入的深度，離開質(zhì)量分析器20的離子束15可以經(jīng)離子的電磁加速或減速。
質(zhì)量分析器的下游是包含待注入的晶片180的處理或真空室40，如在圖1b中可以看到的。在本實(shí)施例中，晶片是單晶片，例如直徑是200mm或300mm。
離開質(zhì)量分析器20的離子束通常具有基本小于被注入晶片的直徑的射束寬度和高度。圖1a和圖1b(在下文詳細(xì)解釋)中的掃描設(shè)備允許在多個(gè)方向上掃描晶片，使得離子束在注入過(guò)程中可以沿著相對(duì)于真空室40的固定方向上被維持。具體地，晶片被固定在襯底支撐上，該襯底支撐由板以及連接到板上的長(zhǎng)形臂60構(gòu)成，晶片在真空室40內(nèi)部固定在該板上。
長(zhǎng)形臂60在通常垂直于離子束方向的方向上穿過(guò)處理室的壁延伸出來(lái)。臂經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)片50中的槽55(圖1b)，轉(zhuǎn)片50鄰近于處理室40的側(cè)壁固定。掃描臂60的末端穿過(guò)滑片70固定。如圖1a和1b所示，掃描臂60相對(duì)于在Y方向的滑片70而基本固定，掃描平面還可以如下面進(jìn)一步描述的那樣在方向R(圖1a)上旋轉(zhuǎn)?；?0相對(duì)于轉(zhuǎn)片50在圖1a和圖1b中所示出的Y方向上的能以往復(fù)方式移動(dòng)。這允許處理室40中的襯底也以往復(fù)方式的移動(dòng)。
為了影響在正交的X方向(即，在圖1a中的紙平面的進(jìn)出以及在圖1b中的左右)的掃描，掃描臂60被固定在掃描臂支撐結(jié)構(gòu)30內(nèi)部。掃描臂支撐結(jié)構(gòu)30包括一對(duì)直線式電動(dòng)機(jī)90A、90B，如在圖1a中所示出的，這一對(duì)直線式電動(dòng)機(jī)90A、90B由掃描臂60的縱軸間隔開，并位于在其上方和下方。優(yōu)選地，電動(dòng)機(jī)環(huán)繞縱軸固定，以使得力與掃描臂支撐結(jié)構(gòu)30的重心一致。然而，這不是必需的，當(dāng)然可以理解的是，可以用單個(gè)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行替換，以減輕重量和/或成本。
支撐結(jié)構(gòu)30還包括相對(duì)滑片70固定而安裝的導(dǎo)引板100。直線式電動(dòng)機(jī)沿圖1b中從左到右排列的軌跡(在圖1a和1b中未示出)移動(dòng)而引起掃描臂60同樣如圖1b中所示出的從左到右的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，掃描臂60依靠一系列軸承相對(duì)于導(dǎo)引板100往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
在采用這種設(shè)備的情況下，襯底在兩個(gè)正交方向(X和Y)上相對(duì)于離子束15的軸線是可移動(dòng)的，使得整個(gè)襯底可以橫過(guò)固定方向的離子束。
圖1a中的滑片70被示出在豎直位置，使得晶片的表面垂直于入射離子束的軸線。然而，還可以希望將離子束的離子以一個(gè)角度注入到襯底。因?yàn)檫@個(gè)原因，轉(zhuǎn)片50可圍繞穿過(guò)其中心所定義的軸線相對(duì)于真空室40的固定壁旋轉(zhuǎn)。換句話說(shuō)，轉(zhuǎn)片50能夠在圖1a中所示的箭頭R的方向上旋轉(zhuǎn)。
轉(zhuǎn)片50的表面和滑片70的表面之間的空氣軸承便利于滑片70相對(duì)于轉(zhuǎn)片50的運(yùn)動(dòng)。同樣，轉(zhuǎn)片50的表面和定子(未示出)的表面之間的空氣軸承便利于轉(zhuǎn)片50相對(duì)于處理室40的運(yùn)動(dòng)，其中定子固定在從處理室40的壁上相鄰于穿過(guò)壁的開口而徑向延伸的凸緣上。轉(zhuǎn)片的徑向運(yùn)動(dòng)被一系列圍繞著轉(zhuǎn)片50周圍布置的導(dǎo)引輪80所限制。轉(zhuǎn)片不需要的徑向運(yùn)動(dòng)在使用中通過(guò)轉(zhuǎn)片的兩個(gè)面之間的壓差來(lái)阻止；向外一面在空氣側(cè)，而朝內(nèi)一面在真空側(cè)，使得存在顯著壓力作用于圖1a中的紙平面，以將轉(zhuǎn)片維持在適當(dāng)位置。同樣，滑片70通過(guò)滑片向內(nèi)一面和滑片朝外一面之間的壓差頂住轉(zhuǎn)片，在此處其蓋住穿過(guò)轉(zhuǎn)片的開口和處理室壁。
轉(zhuǎn)片50的細(xì)節(jié)和其相對(duì)于處理室壁(包括液壓軸承)上的定子的安裝方法在US-A-5,898,179中被全部詳細(xì)描述，US-A-5,898,179的全部?jī)?nèi)容被結(jié)合于此。同樣，該專利中詳細(xì)描述了安裝滑片70以在Y方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)的方法。在我們的正在審查中的申請(qǐng)No.USSN 09/527,029(相對(duì)應(yīng)于公開的英國(guó)專利申請(qǐng)No.GB-A-2,360,332)中給出了轉(zhuǎn)片和定子之間，以及滑片和轉(zhuǎn)片之間的具體的合適空氣軸承的詳述，該空氣軸承包括多孔石墨材料和差別式抽氣真空密封，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容也被結(jié)合于此。環(huán)形活塞元件可以被用來(lái)相對(duì)于定子支撐轉(zhuǎn)片50，從而阻止轉(zhuǎn)片50的“彎曲”或“凹陷”，這在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利No.US-B1-6,271,530中已描述。該專利的內(nèi)容同樣通過(guò)引用而被結(jié)合于此。
參考圖2和圖3，現(xiàn)在詳細(xì)描述掃描臂支撐結(jié)構(gòu)。圖2示出了圖1a和1b中包括掃描臂支撐結(jié)構(gòu)30的襯底掃描設(shè)備的更詳細(xì)優(yōu)選角度的投影。圖3示出了圖2中所圖示的特征的側(cè)面剖視圖。
如可以在圖2和圖3中所看到的，掃描臂支撐結(jié)構(gòu)30從滑片70如懸臂似的伸展。用于滑片70的空氣軸承110在圖2中可以看到(部分隱藏)。對(duì)該差別式抽氣空氣軸承110的進(jìn)一步詳述在上文引用的US-A-5,898,179中進(jìn)行了闡述，所以在此不再提供襯底掃描設(shè)備的這部分的更詳細(xì)的描述。
掃描臂60在水平面上往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗哂胁豢珊雎缘闹亓?，所以在其上具有彎矩。更具體地，當(dāng)掃描臂60在最初縮進(jìn)的位置時(shí)，如圖3中所示，掃描臂的重量可以由掃描臂支撐結(jié)構(gòu)30、滑片70和轉(zhuǎn)片50來(lái)支撐。然而，當(dāng)其位于通常的延伸位置時(shí)(即，又如圖3中所觀察，掃描臂60移到右邊)，掃描臂60的重心相對(duì)于室壁水平地移動(dòng)。因此，對(duì)于掃描臂的不同伸長(zhǎng)存在負(fù)載上的變化。此外，掃描臂60最好可圍繞其自己的縱向軸線S-S(圖3)旋轉(zhuǎn)，而這個(gè)在必要時(shí)仍進(jìn)一步需要從空氣到真空的任何穿通裝置。也很重要的是，掃描臂60的表面不依靠在真空穿通裝置上，因?yàn)檫@引起磨損。另外，將這種圓柱形穿通裝置制造到適當(dāng)?shù)墓钍抢щy的，這尤其是考慮到負(fù)載變化時(shí)。
為解決這些問(wèn)題，替代使用了用于掃描臂60的懸臂支撐。使用一組懸臂軸承120A、120B、120C和120D在遠(yuǎn)離真空室40的末端相對(duì)于導(dǎo)引板100支撐掃描臂60。在使用這個(gè)裝置的情況下，掃描臂60可以穿過(guò)適用性的真空穿通裝置130進(jìn)入真空室40。穿通裝置130安裝在滑片70的開口140的內(nèi)部。通過(guò)將掃描臂60的末端60A固定在懸臂軸承120上，穿通裝置130不需要提供軸承支撐，而是僅作為掃描臂60的真空密閉的密封。穿通裝置130的適應(yīng)性調(diào)節(jié)穿通裝置和懸臂軸承120之間的任何較小的錯(cuò)位。
穿通裝置還允許掃描臂60圍繞其自己的軸線S-S的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這可以通過(guò)在末端60A提供用來(lái)驅(qū)動(dòng)臂60的電動(dòng)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。提供臂60的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的目的將在下文結(jié)合圖5到圖7進(jìn)行描述。
適應(yīng)性真空穿通裝置130的進(jìn)一步詳述將在下文結(jié)合圖4進(jìn)行提供。
為了通常沿軸線S-S向后和向前驅(qū)動(dòng)掃描臂60，提供了一對(duì)直線式電動(dòng)機(jī)90A、90B。如從圖3中最好看到的，這些直線式電動(dòng)機(jī)分別等間距地間隔在軸線S-S的上方和下方。直線式電動(dòng)機(jī)通過(guò)連接支架150被連接到掃描臂60的末端。在這樣裝置的情況下，直線式電動(dòng)機(jī)施加在掃描臂上力的方向基本上沿著軸線S-S，將在僅單個(gè)、偏移的直線電動(dòng)機(jī)可能產(chǎn)生的任何彎矩的危險(xiǎn)最小化。
使用彈性保護(hù)罩160將掃描臂60封閉在滑片70的空氣側(cè)。保護(hù)罩160被提供有干燥空氣并阻止空氣污染物在臂從左向右移動(dòng)時(shí)被傳遞到真空室40中。
掃描臂支撐結(jié)構(gòu)具有顯著的重量，這意味著相對(duì)于在Y方向上的滑片70驅(qū)動(dòng)掃描臂支撐結(jié)構(gòu)30的直線式電動(dòng)機(jī)的控制可能會(huì)困難。為了解決這個(gè)問(wèn)題，提供了真空活塞平衡件170，在圖2中僅能看見一個(gè)。真空活塞平衡件170每個(gè)都具有通常平行于Y方向的軸線。在共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)No.09/293/956和該申請(qǐng)?jiān)?001年9月20日申請(qǐng)的部分接續(xù)案進(jìn)一步詳細(xì)地描述了這個(gè)設(shè)備，每一個(gè)申請(qǐng)的內(nèi)容被全文引用而結(jié)合于此。公開的歐洲專利申請(qǐng)No.EP-A-1,047,102對(duì)應(yīng)于USSN 09/293,956。
因?yàn)閽呙璞?0的末端60A保持在大氣壓下，同時(shí)，連接有襯底支撐180的掃描臂60的軸向相反一端被保持在真空室40中，因此在使用中沿掃描臂60的軸線S-S(在圖3中從左向右的方向上)還存在顯著的力。此外，由此，掃描臂真空活塞平衡件190被安裝在掃描臂支撐結(jié)構(gòu)30的固定和運(yùn)動(dòng)部分之間，如可在圖2中最好看到的。
現(xiàn)在將更詳細(xì)地描述懸臂軸承120以及它們相對(duì)于滑100的安裝方法。每個(gè)懸臂軸承120包括軸承頭和彈性軸承支撐210。下懸臂軸承120B、120D的彈性軸承支撐210被安裝在下直線式電動(dòng)機(jī)90B上。上彈性軸承支撐210被安裝在掃描臂的末端60A；然而，掃描臂60通過(guò)連接支架的方法被限制與上直線式電動(dòng)機(jī)90A一起運(yùn)動(dòng)。
下懸臂軸承120B、120D的軸承頭200被安裝成抵靠于導(dǎo)引板100的下表面220上。上懸臂軸承120A、120C的軸承頭200抵靠在導(dǎo)引板100的上表面230。
軸承頭200優(yōu)選地包括由石墨或其它多孔材料形成的軸承襯墊。如在上文引用的USSN 09/527,029中闡明的那樣，石墨的使用為橫過(guò)軸承表面的區(qū)域的空氣提供了通常均勻的流動(dòng)速率。這又允許獲得低的“裝載高度(ride height)”。導(dǎo)引板100用諸如氧化鋁的陶瓷材料形成或涂覆，以使得即使軸承頭接觸到導(dǎo)引板100的表面，兩個(gè)軸承表面之間也存在最小的摩擦力。
在懸臂軸承120的動(dòng)作中，軸承頭200向?qū)б?00的表面220、230延伸直到它們抵靠在軸承頭200上。這個(gè)過(guò)程被彈性軸承支撐影響?？梢岳斫獾氖?，懸臂軸承120的特殊布置指的是軸承頭是萬(wàn)向的，因此相對(duì)于導(dǎo)引板100的表面220、230進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)。
一旦軸承頭200已經(jīng)緊靠導(dǎo)引板100的軸承表面220、230，提供空氣或其它液體源以流經(jīng)每個(gè)軸承頭200的石墨。每個(gè)軸承頭200具有鄰近石墨軸承表面的小的壓力通風(fēng)系統(tǒng)(未示出)，該小的壓力通風(fēng)系統(tǒng)通過(guò)管子(未示出)被提供有壓縮氣體源。這個(gè)管子從壓力通風(fēng)系統(tǒng)穿過(guò)，經(jīng)過(guò)每個(gè)彈性軸承支撐210，然后延伸出掃描支撐結(jié)構(gòu)230，以沿著電纜和管配送管道240提供壓縮空氣。
當(dāng)來(lái)自空氣源的空氣的流動(dòng)速度增加時(shí)，軸承頭200從導(dǎo)引板100的表面220、230上升離開，并允許掃描臂60相對(duì)于導(dǎo)引板運(yùn)動(dòng)。當(dāng)掃描臂運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)引板相對(duì)于掃描臂60至少在X方向上固定；優(yōu)選地，導(dǎo)引板直接安裝到滑片70上。
電纜和管配送管道240(支持管以向各個(gè)空氣軸承提供壓縮空氣)是易彎的。這允許配送管道240的第一端連接到襯底掃描裝置的相對(duì)固定部分，而另一端連接到其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部分。例如，電纜和管配送管道240的端240A(在圖2中最好看見)相對(duì)于掃描臂支撐結(jié)構(gòu)30不運(yùn)動(dòng)，然而另一端240B當(dāng)其在X方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)與掃描臂60串聯(lián)地運(yùn)動(dòng)。
上文所描述的支撐結(jié)構(gòu)允許快速、機(jī)械X-Y掃描。僅作為一個(gè)示例，掃描臂60可以具有大約470mm的行程。在縱向(X)方向上的掃描頻率可以是1.5Hz左右。在縱向掃描運(yùn)動(dòng)的每一端78ms的周轉(zhuǎn)時(shí)間引入4G級(jí)的加速度和減速度。在每個(gè)行程中主要部分的過(guò)程中線速度大約是2m/sec。每個(gè)Y步幅(在每個(gè)縱向行程中的一端)可以是在0和30cm之間的任何一個(gè)，而這里的加速度可以是2G左右。
現(xiàn)將參考圖4，對(duì)適應(yīng)性真空穿通裝置130的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行描述，圖4示出了圖3中區(qū)域A的特寫圖示。穿通裝置130通常是圓柱形，而且具體地具有圓柱形鉆孔250，該圓柱形鉆孔250的直徑大小可以容納穿過(guò)其的圓柱形掃描臂60。真空穿通裝置包括通常以260指示的外護(hù)套以及通常以270指示的內(nèi)護(hù)套，該內(nèi)護(hù)套270在徑向上是在外護(hù)套260的內(nèi)部，但通常與其共軸。外護(hù)套260固定到滑片70(在圖4的橫截面中示出其一部分)上，鄰近滑片中的開口140(圖3)。相反地，內(nèi)護(hù)套270通過(guò)若干環(huán)形薄膜密封件280懸浮在固定的外護(hù)套上。這種設(shè)置允許內(nèi)護(hù)套270浮動(dòng)在外護(hù)套內(nèi)。如聯(lián)系圖2和圖3所說(shuō)明的，這允許輕微的錯(cuò)位，尤其是掃描臂60的S-S軸和穿通裝置60的軸線S′-S′之間的任何微小的角度，以使掃描臂60在掃描臂60不接觸穿通裝置130的內(nèi)軸承表面的情況下被穿通裝置60容納。
適應(yīng)性真空穿通裝置130不僅在掃描臂60和內(nèi)護(hù)套270的內(nèi)表面之間提供空氣軸承，而且還在穿通裝置的大氣壓側(cè)(在圖4中左側(cè))和穿通裝置的真空的一側(cè)(在圖4中右側(cè))之間提供真空密封。
真空穿通裝置130的空氣軸承部件通常用290指示，并通過(guò)一系列徑向穿過(guò)內(nèi)護(hù)套270而形成的通孔300提供。內(nèi)護(hù)套270其自身從外圓柱310和內(nèi)圓柱320形成，后者壓配合在外圓柱310的內(nèi)部。內(nèi)圓柱320由諸如石墨的多孔材料形成。通孔300形成為正好完全穿過(guò)外圓柱310的壁，并進(jìn)入但不穿過(guò)內(nèi)圓柱320的壁。在軸向上穿過(guò)外圓柱310的壁的是壓力通風(fēng)系統(tǒng)，壓力通風(fēng)系統(tǒng)一端封閉，而在另一端向連接器340開口。在使用中壓縮空氣源被連接到連接器340。
為了簡(jiǎn)易生產(chǎn)，直接穿過(guò)內(nèi)護(hù)套270的外圓柱310的壁(在后者被懸浮到外護(hù)套260之前)機(jī)械加工通孔300。從壓力通風(fēng)系統(tǒng)330徑向朝外的通孔300的部分用平頭螺釘或其他來(lái)沖切。
因?yàn)閽呙璞?0和內(nèi)護(hù)套270的內(nèi)圓柱320的內(nèi)徑每個(gè)都是圓柱形的，空氣軸承290沿著圓周分布在內(nèi)護(hù)套270的內(nèi)部，向壓力通風(fēng)系統(tǒng)330提供壓縮空氣引起掃描臂60相對(duì)于使用中的內(nèi)圓柱320的內(nèi)徑對(duì)中。
沿圓周分布的大氣壓出口355允許掃描臂60的軸承表面和內(nèi)圓柱320之間的高壓氣體排到空氣中。第一出口在軸向上位于沿空氣軸承290長(zhǎng)度方向的中間，第二出口位于鄰近空氣軸承290的最里面一端。這阻止真空穿通裝置在空氣軸承290的真空側(cè)產(chǎn)生高于大氣壓的壓強(qiáng)。
真空穿通裝置130的第二部件是通常以360示出的差別式抽氣真空密封。這包括一系列泵環(huán)370A、370B，其上徑向貫穿分布有泵孔。如可以看到的，薄膜密封件280軸向分布在內(nèi)外護(hù)套之間。相鄰薄膜密封件280之間的區(qū)域285a、285b形成適應(yīng)性真空室。泵環(huán)370A、370B連接到這些壓力通風(fēng)系統(tǒng)室。抽氣裝置(易彎的真空軟管和旋轉(zhuǎn)式泵或其他元件，未示出)被連接到外護(hù)套，而且適應(yīng)性穿通裝置連接到內(nèi)護(hù)套上，其中外護(hù)套被固定并且也在穿通裝置的空氣一側(cè)。另外，在圖4中只示出了兩個(gè)泵環(huán)370，但可以意識(shí)到，根據(jù)密封設(shè)備的效率——特別是連接到真空管(并因此連接到泵環(huán))的真空泵的效率，最好有更多的泵環(huán)。其他因素，諸如懸浮高度(即，掃描臂60的外軸承表面和內(nèi)圓柱的內(nèi)面之間的間距)也會(huì)影響在差別式抽氣真空密封中的差動(dòng)階段的數(shù)量。
差別式抽氣真空密封的原理在上文參考的USSN09/527/029已進(jìn)行了說(shuō)明。
如圖4中所示的，穿通裝置結(jié)構(gòu)130的右手側(cè)是在真空室40的減小壓強(qiáng)中，左側(cè)位于大氣中。這對(duì)外護(hù)套260沒(méi)有影響，外護(hù)套260固定地安裝到滑片上。然而，內(nèi)護(hù)套270浮動(dòng)于外護(hù)套260內(nèi)部，并且由于壓差引起的顯著壓力(在圖4中從左向右)要求內(nèi)護(hù)套270被軸向支撐以阻止薄膜密封件280的剪斷。
為提供這樣的軸向支撐，同時(shí)仍允許內(nèi)護(hù)套至少在其徑向上的適應(yīng)性，在穿通裝置130的真空端提供推力軸承組件390。推力軸承組件390包括螺接、鉚接或其他固定連接到外護(hù)套260上并因此不可動(dòng)的環(huán)形反沖(reaction)墊圈。一對(duì)推力墊圈410、420被提供在徑向上位于阻力墊圈400的內(nèi)部。第一推力墊圈410位于內(nèi)護(hù)套270的真空端的軸環(huán)上。
第一推力墊圈410具有安裝在第一推力墊圈的面上的一對(duì)直接對(duì)置的止推軸頸430b(在圖4中僅一個(gè)可見)。在使用中，第一推力墊圈的止推軸頸430b支撐第二推力墊圈的相對(duì)表面。因此，第一推力墊圈410能夠圍繞由在X-Y平面內(nèi)兩個(gè)直接對(duì)置的止推軸頸430b所提供的樞軸擺動(dòng)。
第二推力墊圈420也具有支撐阻力墊圈400的一個(gè)面的一對(duì)直接對(duì)置的止推軸頸430a。第二推力墊圈430b被被布置為與第一推力墊圈410的止推軸頸430b正交，因此允許第二推力墊圈在正交(X-Z)平面內(nèi)擺動(dòng)。
通過(guò)將第一推力墊片420上直接對(duì)置的止堆軸頸430b布置為與第二推力墊圈420上的直接對(duì)置的止推軸頸430a正交，內(nèi)護(hù)套270因此用萬(wàn)向支撐在推力承軸組件390的阻力墊圈400上，同時(shí)推力墊圈組件390對(duì)大氣壓產(chǎn)生的力提供了相反的阻力。此力迫使第一和第二推力墊圈互相依靠并依靠阻力墊圈400，使得他們?cè)谡婵帐页榭諘r(shí)徑向定位在適當(dāng)位置而不需要進(jìn)一步固定。
作為推力承軸組件390的一個(gè)選擇，或除此之外，舉例來(lái)說(shuō)，內(nèi)護(hù)套270通過(guò)連接在例如真空穿通裝置的內(nèi)護(hù)套270的大氣壓端和滑片70上的固定安裝點(diǎn)之間的鋼絲可以被支撐逆著從大氣壓的軸向力。雖然這種布置比萬(wàn)向推力軸承組件390簡(jiǎn)單，但是它可能魯棒性不足(not as robust)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，其示出了襯底支撐180和連接其的掃描臂60的一個(gè)末端的第三角度的投影。襯底支撐180包括吸盤，以靜電夾持300mm或其他直徑的半導(dǎo)體晶片。吸盤440以現(xiàn)有技術(shù)中公知的方式靜電夾持半導(dǎo)體晶片。鄰近吸盤440固定的是第一法拉第450，其細(xì)節(jié)將在下文結(jié)合圖9進(jìn)行描述。第一法拉第450通常直線的，并具有通常與安裝有晶片的吸盤440的面平行且共面的正面455。法拉第開口460形成在第一法拉第450的正面455內(nèi)。通常地，該開口具有大約1cm2的面積。
第一法拉第450在晶片注入之前被用來(lái)確定射束分布，即，它被用來(lái)測(cè)量在X和Y方向(正交于離子束的方向的兩個(gè)笛卡爾方向)上橫過(guò)入射離子束的流密度。這些信息希望用來(lái)保證待注入的晶片的精確劑量，以避免在注入過(guò)程中產(chǎn)生晶片帶電損壞，因?yàn)樯涫臋M向位置(重心)限定了晶片角度對(duì)準(zhǔn)。
如前面所說(shuō)明的，離子束在注入過(guò)程中被保持在固定方向。然而，離子束的方向和尺寸在注入之前可以例如通過(guò)調(diào)節(jié)產(chǎn)生離子束的離子源的物理和電參數(shù)來(lái)“調(diào)諧”。使用圖5的裝置以在注入之前測(cè)量離子束的流密度，采用以下的程序。首先，將一個(gè)測(cè)試晶片安裝到吸盤440上。這通常通過(guò)沿著滑板70(圖1-3)垂直延伸掃描臂60到它在Y方向上行程的范圍來(lái)實(shí)現(xiàn)。吸盤440的面通過(guò)驅(qū)動(dòng)掃描臂60的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)而從垂直旋轉(zhuǎn)到水平，使得掃描臂圍繞其自己的軸在圖5中示出的方向P旋轉(zhuǎn)直到水平。測(cè)試晶片通過(guò)負(fù)載閘中的機(jī)械臂裝載，其中負(fù)載閘可以向大氣開口，而不需要在真空室40上開口。
一旦測(cè)試晶片被裝載，襯底支撐180旋轉(zhuǎn)回去，使得吸盤440在垂直位置(即，進(jìn)入X-Y平面)，然后掃描臂支撐結(jié)構(gòu)30在Y方向上沿著滑片70移動(dòng)直到固定方向的離子束與法拉第中的開口460相齊。為確定射束的分布，直線式電動(dòng)機(jī)90A、90B然后被驅(qū)動(dòng)，使得法拉第450和襯底支撐180在X方向上一起運(yùn)動(dòng)。
在實(shí)踐中，離子的流密度在離子束的邊緣(即，不垂直地)緩慢下降。了解射束特別是Y方向上的分布是什么樣子是很重要的，因?yàn)槭褂弥械木ǔＲ怨鈻欧绞綑M過(guò)射束被掃描。換句話說(shuō)，掃描臂60從左向右往復(fù)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)掃描臂支撐結(jié)構(gòu)30相對(duì)于滑片70保持在固定位置，直到整個(gè)襯底支撐已經(jīng)在X方向上橫穿離子束。就是說(shuō)，掃描臂支撐結(jié)構(gòu)30然后垂直移動(dòng)，即在Y方向上移動(dòng)一段與在Y方向上的射束的高度相關(guān)的距離，于是，掃描臂60再次從右向左反向運(yùn)動(dòng)，并且掃描臂支撐結(jié)構(gòu)30再一次相對(duì)于滑片70保持固定。通過(guò)重復(fù)這個(gè)程序，整個(gè)晶片可以被注入。為了保證在Y方向上不產(chǎn)生或高或低離子密度條紋，在注入之前測(cè)量射束的分布是很重要的。分布測(cè)量結(jié)果被輸入在Y方向上控制步幅大小的處理器，使得在Y方向上橫過(guò)晶片的離子有效注入密度被保持得相對(duì)均勻。
因此，在注入之前，法拉第450在測(cè)試晶片位于適當(dāng)位置時(shí)通過(guò)相對(duì)于滑片70移動(dòng)掃描臂支撐結(jié)構(gòu)30使得法拉第450上的開口460在Y方向上橫過(guò)離子束移動(dòng)而被離子束橫過(guò)掃描。法拉第所收集的電荷被測(cè)量作為距離(或時(shí)間)的函數(shù)，并且由這個(gè)可以確定離子束在Y方向上的分布，并用來(lái)為待注入晶片的掃描設(shè)置參數(shù)。
一旦已經(jīng)獲得Y方向上的分布，還可以通過(guò)掃描臂支撐結(jié)構(gòu)30相對(duì)于滑片70保持在固定位置，然后使用移動(dòng)法拉第450的開口460橫過(guò)離子束的直線式電動(dòng)機(jī)90A和90B來(lái)延伸掃描臂60，獲得X方向上的分布。這在圖6中示意性示出的。通常應(yīng)該注意的是，離子束的面積大于開口460；對(duì)于(1-5kev級(jí)的)低離子注入能量，離子束具有比較大的面積，其隨著離子能量的增加而減小。
盡管離子束在Y方向上的分布在注入過(guò)程中對(duì)確保正確的劑量特別有用，但是在X方向和Y方向上的分布在注入之前對(duì)于射束的調(diào)諧也是有用的。如果在X方向和Y方向上測(cè)得的分布被操作者(或被適當(dāng)編程的處理器)認(rèn)為不是最優(yōu)的，那么射束線可以被調(diào)整并且在注入之前使用上文描述的技術(shù)重新測(cè)量分布。
作為上文描述的(需要測(cè)試晶片的安裝和卸下的)程序的一個(gè)替換方案，可替代使用雙法拉第裝置，現(xiàn)在將參考圖7進(jìn)行描述，圖7示出了沿圖5中線B-B的示意剖視圖。圖7的裝置使用如前面所描述使用的第一法拉第450以及在掃描臂60上直接相對(duì)于第一法蘭第450安裝的第二法蘭第470。第二法拉第470包括其自己的孔480。當(dāng)吸盤440如圖5中面向離子束時(shí)，第二法拉第470和其上的孔480朝向“后面”。然而，通過(guò)圍繞掃描臂60自己的軸P(圖5)將其旋轉(zhuǎn)180°，然后第二法拉第可以替代地朝向入射的離子束，如圖7中看到的那樣，吸盤440然后沿著第一法拉第450朝向后面。
襯底支撐180具有一個(gè)主體490，主體490的至少后部可以涂覆有半導(dǎo)體材料，以形成半導(dǎo)體層500。鄰近襯底支撐180的掃描臂60的部分同樣優(yōu)選地涂覆有半導(dǎo)體材料。不濺射的其他合適材料或不污染射束線的濺射材料，比如石墨，可以被用來(lái)在襯底支撐和/或掃描臂上形成層。在這種裝置的情況下，不需要測(cè)試晶片，因?yàn)閷?00代替地提供這種功能。然后射束分布的確定可以如上面結(jié)合第一法蘭450所述的完全相同的方式來(lái)使用第二法拉第470實(shí)現(xiàn)。
為了保持在襯底支撐上固定一個(gè)或多個(gè)法蘭的優(yōu)點(diǎn)，在第二法拉第中電荷的聚集點(diǎn)和掃描臂60的縱軸之間的距離與第一法拉第450中電荷聚集的點(diǎn)和縱軸之間的距離相同是需要的。假設(shè)這個(gè)幾何形狀被保持，當(dāng)襯底支撐180被旋轉(zhuǎn)使得吸盤440再次向前朝向離子束時(shí)，第二法拉第470中的電荷收集器與待注入的晶片位于同一個(gè)平面中。
雖然在圖7中示出了兩個(gè)分開的法拉第450、470，但是可以理解，可以同樣使用一個(gè)包括在相對(duì)面上的開口和共同(或鄰近的)隔離元件的單一物理結(jié)構(gòu)。
當(dāng)然，交叉污染(就是說(shuō)，在前的射束的核素濺射進(jìn)入后繼的晶片中)的可能性指的是它可以事實(shí)上優(yōu)選地在襯底支撐180的反面上只使用單個(gè)法拉第，就是說(shuō)，在圖7中只具有第二法拉第470，使得單個(gè)法拉第的開口在注入過(guò)程中對(duì)射束隱藏。
當(dāng)使用朝向遠(yuǎn)離襯底支撐正面的法拉第(例如，圖7的法拉第470)時(shí)，當(dāng)這個(gè)法拉第朝向射束時(shí)，襯底支撐的正面朝后。然后，正面可能變得涂覆有污染材料，這是起因于襯底支撐的射束光闌下游的離子的背部濺射。為了避免如此，希望包括下降至襯底支撐的前表面上的屏蔽。這個(gè)屏蔽可以安裝到掃描臂60或者例如可以懸掛在室壁上。
圖8示出了襯底支撐或掃描臂法拉第的另一種布置。圖8示出了沿射束線朝向觀察的一個(gè)視圖。這里，法拉第490以90°角固定到吸盤440的面和襯底支撐的背面。在這種情況下，當(dāng)開口460朝向離子束時(shí)，吸盤440朝上并因此遠(yuǎn)離射束和任何背部濺射材料。雖然法拉第開口的平面和吸盤的平面之間呈90°是優(yōu)選的，但是可以使用諸如大約120°的其他角度(使得吸盤440從入射離子束稍微朝后)。
圖9中示出了法拉第450的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖視圖。法拉第包括三面封閉并在其正面455上具有開口460的磁性不銹鋼殼體510。確定開口460的正面455的邊緣被形成作為刀口520，其作用將在下文描寫。
在殼體510內(nèi)部的是連接到外不銹鋼屏540和內(nèi)石墨杯550的靜電計(jì)530。一對(duì)永久磁鐵560位于殼體510的內(nèi)壁和石墨杯550的外壁之間。
在圖1a和圖1b中具體看到的轉(zhuǎn)片50的目的是為了允許在不同于垂直的平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)Y方向的掃描。在圖9中示出的法拉第450的刀口520適應(yīng)這么高的注入角度。特別希望離子束的分布用吸盤以及因此在后續(xù)希望注入的角度的法拉第進(jìn)行測(cè)量是尤其需要的。
可以理解，參考第一法拉第描述的圖9的裝置同樣可應(yīng)用到第二法拉第470(圖7)。具體地，即使射束分布的確定用襯底支撐170的后部朝向離子束來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖7中所示，刀口520仍是需要的。
此外，雖然在注入之前確定射束分布的方面已經(jīng)描述了使用安裝在掃描臂和/或鄰近襯底支撐的法拉第，在(其中一個(gè))法拉第的表面中的開口朝前(即，同吸盤在相同方向上)的這種情況下，法拉第還可以在注入過(guò)程中同樣被用來(lái)進(jìn)行射束分布的確定。更具體地，當(dāng)法拉第接近吸盤上的晶片安裝時(shí)，使得法拉第開口同樣接近晶片的邊緣并在注入過(guò)程中朝向入射束，還可以安排晶片和法拉第都從射束前經(jīng)過(guò)，至少經(jīng)過(guò)與法拉第孔一致的光柵掃描(在Y方向上的)的部分。因此，全部晶片掃描(全部Y位置和全部Y位置掃描)至少一次可以獲得完整的射束的分布。實(shí)際上，通過(guò)安裝兩個(gè)或多個(gè)法拉第，且每個(gè)均朝前并且每個(gè)在Y方向上間隔開，全部晶片掃描可以獲得多于一個(gè)射束的分布。
同時(shí)已經(jīng)描述了不同具體實(shí)施例，但應(yīng)懂得這些僅作為解釋的目的，而可以在不偏離根據(jù)本發(fā)明后附權(quán)利要求所確定的本發(fā)明范圍的情況下做出不同修改。此外，還應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的不同特征可以一起或分開使用。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體處理裝置，包括真空室，具有在其上確定開口的室壁；長(zhǎng)形元件，延伸穿過(guò)所述室壁上的所述開口，并在縱向上可移動(dòng)地穿過(guò)所述室壁；長(zhǎng)形元件驅(qū)動(dòng)器，被布置來(lái)使所述長(zhǎng)形元件在所述縱向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)；所述真空室外部的托架，用來(lái)支撐所述長(zhǎng)形元件和驅(qū)動(dòng)器；以及托架驅(qū)動(dòng)器，被布置來(lái)使所述托架在通常垂直于所述可移動(dòng)的長(zhǎng)形元件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向的方向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述長(zhǎng)形元件驅(qū)動(dòng)器是所述長(zhǎng)形元件被連接于其上的直線式電動(dòng)機(jī)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，所述托架驅(qū)動(dòng)器是直線式電動(dòng)機(jī)。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述可移動(dòng)長(zhǎng)形元件被安裝在導(dǎo)引板上，所述吸盤導(dǎo)引板從所述托架上懸臂狀伸展出來(lái)。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，還包括被布置來(lái)相對(duì)于所述導(dǎo)引板驅(qū)動(dòng)所述長(zhǎng)形元件的直線式電動(dòng)機(jī)。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述室壁確定開口，所述托架作為所述開口的可移動(dòng)蓋子，以及其中所述長(zhǎng)形元件延伸穿過(guò)所述托架和所述室壁的所述開口。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述托架包括用于所述長(zhǎng)形元件的穿通裝置，所述長(zhǎng)形元件和所述穿通裝置一起定義了真空密閉密封。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述穿通裝置包括適應(yīng)性密封結(jié)構(gòu)，所述長(zhǎng)形元件通過(guò)至少一個(gè)軸承相對(duì)于所述托架被支撐，所述至少一個(gè)軸承從所述穿通裝置中依次間隔開。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述適應(yīng)性密封結(jié)構(gòu)包括液壓軸承。
10.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，還包括力補(bǔ)償器，其被布置來(lái)平衡作用在所述可移動(dòng)的長(zhǎng)形元件上的固定力。
11.如權(quán)利要求6-9中任一項(xiàng)所述的裝置，還包括布置在所述室壁和所述托架之間的真空密閉液壓軸承，所述液壓軸承鄰近所述開口。
12.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述長(zhǎng)形元件還可圍繞平行于所述縱向的軸旋轉(zhuǎn)。
13.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述托架還可圍繞平行于所述縱向的軸旋轉(zhuǎn)。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，還包括由所述室壁支撐的基座，以及可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述基座上的環(huán)形轉(zhuǎn)子，所述環(huán)形轉(zhuǎn)子具有第一和第二通常平坦的面；其中，所述托架被固定在所述環(huán)形轉(zhuǎn)子的一個(gè)通常平坦的表面上，并被布置來(lái)橫過(guò)所述環(huán)形轉(zhuǎn)子的所述一個(gè)通常平坦的表面的往復(fù)移動(dòng)。
15.一種半導(dǎo)體處理裝置，包括真空處理室，具有室壁；長(zhǎng)形元件，其水平延伸穿過(guò)所述室壁，并在縱向上可移動(dòng)地穿過(guò)所述室壁；長(zhǎng)形元件驅(qū)動(dòng)器，被布置來(lái)在所述縱向上驅(qū)動(dòng)所述長(zhǎng)形元件；托架，用來(lái)支撐所述長(zhǎng)形元件和驅(qū)動(dòng)器，所述托架位于所述真空室的外部并為所述長(zhǎng)形元件的外端提供懸臂支撐；以及進(jìn)入真空室中的穿通裝置，所述穿通裝置容納所述長(zhǎng)形元件并包括用來(lái)密封所述長(zhǎng)形元件的真空密封。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述真空密封是適應(yīng)性的。
17.如權(quán)利要求15或16所述的裝置，其中，所述托架包括導(dǎo)引板，所述長(zhǎng)形元件被布置成沿所述導(dǎo)引板移動(dòng)，所述裝置還包括位于所述長(zhǎng)形元件和所述導(dǎo)引板之間的液壓軸承。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述液壓軸承包括被布置成相對(duì)于所述導(dǎo)引板支撐所述長(zhǎng)形元件的支撐元件，和形成第一液壓軸承表面的萬(wàn)向節(jié)頭，所述長(zhǎng)形元件形成第二液壓軸承表面。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述液壓軸承的所述支撐元件在通常垂直于所述第一和所述第二液壓軸承表面的方向上是適應(yīng)性。
20.如權(quán)利要求15-19中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述長(zhǎng)形元件驅(qū)動(dòng)器包括至少一個(gè)直線式電動(dòng)機(jī)。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述長(zhǎng)形元件插入在兩直線式電動(dòng)機(jī)之間。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中，所述托架包括其位置相對(duì)于所述托架固定的導(dǎo)引板，所述裝置還包括布置在所述導(dǎo)引板和所述第一直線式電動(dòng)機(jī)之間的第一軸承，和位于所述導(dǎo)引板和所述長(zhǎng)形元件之間的第二軸承。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述第一軸承包括被布置來(lái)朝著其所述端以支撐所述長(zhǎng)形元件的多個(gè)液壓軸承元件，每個(gè)液壓軸承包括在通常垂直于所述長(zhǎng)形元件的所述縱軸的方向上是適應(yīng)性的支撐元件，和形成第一液壓軸承表面的萬(wàn)向節(jié)頭，所述導(dǎo)引板為每個(gè)液壓軸承元件提供第二液壓軸承表面。
24.如權(quán)利要求15-23中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述穿通裝置在垂直于所述長(zhǎng)形元件的所述縱軸的方向上是適應(yīng)性，并且其中所述真空密封是差別式抽氣真空密封。
25.如權(quán)利要求15-24中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述長(zhǎng)形元件在橫截面上通常是圓環(huán)形的，所述裝置還包括可選擇地圍繞所述長(zhǎng)形元件的縱軸旋轉(zhuǎn)所述長(zhǎng)形元件的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置。
26.如權(quán)利要求15-26中任一項(xiàng)所述的裝置，還包括被布置來(lái)平衡作用在所述可移動(dòng)長(zhǎng)形元件的固定力的力補(bǔ)償器。
27.一種安裝往復(fù)移動(dòng)進(jìn)入和離開半導(dǎo)體處理裝置的真空室的長(zhǎng)形元件的方法，該方法包括(a)相對(duì)于托架支撐長(zhǎng)形元件，所述長(zhǎng)形元件通過(guò)位于朝向所述長(zhǎng)形元件第一端的至少一個(gè)負(fù)載軸承器件支撐，其中所述第一端在所述真空室的外部；以及(b)安裝所述長(zhǎng)形元件穿過(guò)位于所述真空室的內(nèi)部和其外部之間的真空密封；其中，由所述長(zhǎng)形元件造成的負(fù)載基本上由所述或每個(gè)負(fù)載軸承器件承載，使得真空密封作為所述長(zhǎng)形元件在往復(fù)移動(dòng)過(guò)程中的無(wú)負(fù)載軸承引導(dǎo)。
28.如權(quán)利要求27所述的裝置，其中，所述或每個(gè)負(fù)載軸承器件的長(zhǎng)度是可調(diào)節(jié)的，并包括在長(zhǎng)度調(diào)節(jié)的方向上適應(yīng)性的支撐和萬(wàn)向節(jié)頭，支撐所述長(zhǎng)形元件的步驟還包括調(diào)節(jié)所述或每個(gè)負(fù)載軸承器件的長(zhǎng)度直到萬(wàn)向節(jié)頭緊靠所述托架，以及向所述萬(wàn)向節(jié)頭的區(qū)域提供液體供應(yīng)，以便于從所述托架上舉起所述萬(wàn)向節(jié)頭，并由此在所述萬(wàn)向節(jié)頭和所述托架之間形成液壓軸承。
29.一種用于長(zhǎng)形元件進(jìn)入半導(dǎo)體處理裝置的真空室中的穿通裝置的真空密封，所述真空室具有室壁元件，所述真空密封包括外安裝件，固定在所述壁元件上并具有在穿過(guò)所述室壁元件的方向上延伸的縱軸；內(nèi)軸承，徑向地安裝在所述外安裝件的內(nèi)部，所述內(nèi)軸承相對(duì)于外安裝件可移動(dòng)，其大小可容納穿過(guò)其的所述長(zhǎng)形元件，并且同樣具有在穿過(guò)所述室壁的方向上延伸的縱軸；以及多個(gè)適應(yīng)性襯墊，布置在所述內(nèi)軸承和所述外安裝件之間，所述適應(yīng)性襯墊軸向地沿所述內(nèi)軸承和外安裝件的所述縱軸間隔開。
30.如權(quán)利要求29所述的真空密封，還包括平衡裝置，其被布置來(lái)提供逆著所述內(nèi)軸承上的軸向力的反作用力。
31.如權(quán)利要求30所述的直空密封，其中，所述平衡裝置包括相對(duì)于所述外安裝件固定的反作用板。
32.如權(quán)利要求31所述的真空密封，其中，所述平衡裝置還包括推動(dòng)所述反作用板的萬(wàn)向推力板裝置。
33.如權(quán)利要求32所述的真空密封，其中，所述萬(wàn)向推力板裝置包括第一和第二推力板，每個(gè)推力板包括兩個(gè)直接對(duì)置的止推軸頸，所述第一推力板上的所述止推軸頸與所述第二推力板上的所述止推軸頸正交地偏移，并且其中所述第一推力板的所述止推軸頸在使用中被所述第二推力板推動(dòng)，以及所述第二推力板的所述止推軸頸在使用中又被所述反作用板推動(dòng)。
34.如權(quán)利要求30所述的真空密封，其中，所述平衡裝置包括相對(duì)于所述內(nèi)軸承錨定的高拉伸強(qiáng)度的金屬絲。
35.如權(quán)利要求29-34中任一項(xiàng)所述的真空密封，其中，所述內(nèi)軸承提供第一旋轉(zhuǎn)軸承表面，所述長(zhǎng)形元件提供第二旋轉(zhuǎn)軸承表面，并且其中所述軸承密封提供有液體供應(yīng)，以便于在所述第一和第二旋轉(zhuǎn)軸承表面之間形成液壓軸承。
36.如權(quán)利要求35所述的真空密封，其中，所述真空密封包括在所述內(nèi)軸承內(nèi)部的差別式抽氣凹槽，以便于在真空密封的大氣壓側(cè)的所述長(zhǎng)形元件的第一部件和在所述真空室內(nèi)部的所述長(zhǎng)形元件的第二部件之間保持壓差。
37.一種半導(dǎo)體處理裝置，包括真空室，具有在其上有開口的室壁；襯底掃描設(shè)備，包括延伸穿過(guò)所述室壁中所述開口的長(zhǎng)形臂，和連接到所述長(zhǎng)形臂的第一端并位于所述真空室內(nèi)部的襯底支撐，所述襯底支撐包括用于容納待處理的襯底的正面，和相對(duì)于所述正面的背面；掃描設(shè)備驅(qū)動(dòng)裝置，用來(lái)在通?？v向穿過(guò)所述室壁的第一方向上和正交于所述第一方向的第二方向上移動(dòng)所述襯底掃描設(shè)備；以及法拉第，被安裝得鄰近所述襯底支撐并與其處于固定關(guān)系。
38.如權(quán)利要求37所述的裝置，還包括旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，用來(lái)圍繞平行于所述長(zhǎng)形臂在第一位置和第二位置之間移動(dòng)的所述第一方向的軸旋轉(zhuǎn)所述襯底支撐，其中，在所述第一位置所述襯底支撐的所述正面朝向入射離子束，在所述第二位置所述襯底支撐的所述背面朝向所述入射離子束。
39.如權(quán)利要求38所述的裝置，其中，所述法拉第被安裝得鄰近所述襯底支撐的所述正面，所述裝置還包括被安裝得鄰近所述襯底支撐并與其所述背面處于固定關(guān)系的第二法拉第，當(dāng)所述襯底支撐被旋轉(zhuǎn)到所述第一位置時(shí)，所述第二法拉第用來(lái)確定射束分布。
40.如權(quán)利要求38或39所述的裝置，其中，所述法拉第具有前開孔和后開孔，所述前開孔被布置得鄰近所述襯底支撐的所述正面，而所述后開孔被布置得鄰近所述襯底支撐的所述背面。
41.如權(quán)利要求38-40中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述襯底支撐的所述背面形成或涂覆有從包括半導(dǎo)體材料和石墨的清單中所選擇的材料。
42.如權(quán)利要求38-41中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述長(zhǎng)形元件涂覆有從包括半導(dǎo)體材料和石墨的清單中所選擇的材料。
43.一種在半導(dǎo)體處理裝置中確定離子束分布的方法，所述裝置包括真空室和射束掃描設(shè)備，其中所述真空室具有在其上有開口的室壁，所述射束掃描設(shè)備包括延伸穿過(guò)所述室壁上的所述開口的長(zhǎng)形臂和連接到所述長(zhǎng)形臂的第一端并位于所述真空室內(nèi)部的襯底支撐，所述襯底支撐包括用于容納待處理襯底的正面，和相對(duì)于所述正面的背面；所述方法包括安裝法拉第，所述法拉第鄰近所述襯底支撐并與其處于固定關(guān)系；在通?？v向地穿過(guò)所述室壁的第一方向和通常正交于所述第一方向的第二方向中一個(gè)移動(dòng)所述射束掃描設(shè)備，直到所述離子束分別在所述第一或第二方向上與法拉第通常對(duì)齊；在所述第一方向和第二方向的另一個(gè)掃描所述射束掃描設(shè)備，使得所述離子束經(jīng)過(guò)所述法拉第；當(dāng)所述射束掃描設(shè)備被掃描橫過(guò)所述法拉第時(shí)，獲取法拉第輸出信號(hào)；以及在所述第一和第二方向的所述另一個(gè)上從所述法拉第輸出信號(hào)獲取所述離子束的分布。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，還包括在移動(dòng)所述襯底掃描設(shè)備的步驟之前在所述襯底支撐上安裝假襯底的步驟。
45.如權(quán)利要求43或44所述的方法，其中所述法拉第具有在其面上的法拉第開口，所述法拉第開口朝向遠(yuǎn)離所述襯底支撐的所述正面并朝向其所述背面，所述方法還包括圍繞平行于所述第一方向的軸旋轉(zhuǎn)所述襯底支撐，直到所述法拉第開口朝向所述離子束。
46.如權(quán)利要求43-45中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述射束掃描設(shè)備還包括安裝鄰近所述襯底的所述背面的第二法拉第，所述方法還包括圍繞平行于所述第一方向的軸旋轉(zhuǎn)所述襯底支撐，直到所述襯底的所述背面比所述正面更接近于所述離子束的源；所述射束掃描設(shè)備在所述第一和第二方向中的所述一個(gè)移動(dòng)，直到所述離子束對(duì)齊于所述第二法拉第，并在所述第一和第二方向中的所述另一個(gè)被掃描橫過(guò)所述第二法拉第時(shí)，從所述第二法拉第的所述輸出獲取所述離子束的所述分布。
47.如權(quán)利要求43-46中任一項(xiàng)所述的方法，還包括在執(zhí)行移動(dòng)所述射束掃描設(shè)備的步驟之前，移動(dòng)屏蔽來(lái)覆蓋所述襯底支撐的所述正面。
48.如權(quán)利要求43-47中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述法拉第包括在其中每個(gè)上具有開口的第一和第二相對(duì)側(cè)面，所述法拉第被安裝使得其第一側(cè)面鄰近于所述襯底支撐的所述正面，而其第二側(cè)面鄰近于所述襯底支撐的所述背面；所述方法還包括，在移動(dòng)所述射束掃描設(shè)備的步驟之前圍繞平行于所述第一方向的軸旋轉(zhuǎn)所述襯底支撐，直到所述襯底的所述背面比所述正面更接近于所述離子束的源；其中所述離子束在掃描獲取所述離子束的分布的過(guò)程中與所述法拉第的所述第二側(cè)面對(duì)齊。
49.一種離子注入器包括離子束發(fā)生器，所述離子發(fā)生器產(chǎn)生待注入到安裝在如權(quán)利要求1-29或40-42中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體處理裝置內(nèi)的襯底上的離子束。
50.一種半導(dǎo)體處理裝置，包括真空室，具有其上確定室壁開口的室壁；基座，由所述室壁支撐；環(huán)形轉(zhuǎn)子，可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述基座上，所述環(huán)形轉(zhuǎn)子確定了與所述室壁開口一致的轉(zhuǎn)子開口，所述轉(zhuǎn)子具有第一和第二通常平坦的面；長(zhǎng)形元件，延伸穿過(guò)所述轉(zhuǎn)子和室壁開口，并在穿過(guò)所述轉(zhuǎn)子和所述室壁的縱向上可移動(dòng)；長(zhǎng)形元件驅(qū)動(dòng)器，被布置來(lái)在所述縱向上引起所述長(zhǎng)形元件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)；托架，被固定鄰近所述轉(zhuǎn)子的第一、外面，用來(lái)支撐所述長(zhǎng)形元件和驅(qū)動(dòng)器；以及托架驅(qū)動(dòng)器，被布置來(lái)在通常垂直于所述可移動(dòng)長(zhǎng)形元件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向的方向上使所述托架的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種半導(dǎo)體處理裝置，該裝置提供襯底或晶片夾持器(180)的掃描臂(60)在至少兩個(gè)通常正交方向(所謂X－Y掃描)上的移動(dòng)。在第一方向上的掃描是縱向穿過(guò)在真空室壁上開口(55)。臂(60)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)直線式電動(dòng)機(jī)(90A、90B)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。臂(60)使用萬(wàn)向空氣軸承相對(duì)于滑片(100)支撐，以便于為臂相對(duì)于滑片(100)提供懸臂支撐。用于臂(60)的進(jìn)入真空室的適應(yīng)性穿通裝置(130)然后作為真空密封和導(dǎo)引，但其自身不需要提供軸承支撐。法拉第(450)被連接到鄰近襯底夾持器(180)的臂(60)，以允許在注入之前和過(guò)程中實(shí)現(xiàn)射束分布的確定。法拉第(450)可以替代地或另外地被安裝鄰近所述襯底夾持器的后部或與其成90°，并且所述襯底支撐被顛倒或水平并脫離射束線，以允許在注入之前實(shí)現(xiàn)射束分布的確定。
文檔編號(hào)H01J37/18GK1647235SQ03808120
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月10日
發(fā)明者西奧多·H·斯米奇克, 逆瀨卓郎, 弗蘭克·D·羅伯茨, 杰弗里·呂丁, 馬文·法利, 阿德里安·默雷爾, 彼得·愛德華茲, 伯納德·哈里森 申請(qǐng)人:應(yīng)用材料公司