CN100423183C - 用于离子束植入器之脐带线设备连接 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种离子束植入器，其包括离子束源，用以产生沿着一束线运动的离子束，以及一个真空或是植入腔体，在其中一个工件放置于与离子束相交的位置，以离子束进行工件表面的离子植入。离子束植入器进一步包括耦合于植入腔体且支撑工件的一个工件支撑架构。工件支撑架构包括一个夹盘，其包括用来支撑工件的可旋转基座。工件支撑架构进一步包括第一可旋转滚动条，其耦合于并且与基座一起旋转，以及一个空心柔性线，其运送设备例如冷却剂线以及耦合于第一可旋转滚动条的电导体，因此当基座以第一方向旋转时，柔性线包住第一滚动条的长度增加，当基座以相反方向旋转时，柔性线包住第一滚动条的长度减少。

Description

用于离子束植入器之脐带线设备连接
技术领域
本发明是有关于用于离子束植入器的一个工件支撑架构，更特别地，是有关于用于离子束植入器的一个工件支撑架构，其包括一条空心的脐带线用来导入冷却剂以及电力于一个真空植入室之内的静电夹盘之基座或可旋转之工件支撑座在大气压下的植入器外部之间。
背景技术
离子束植入器在半导体芯片搀杂处理中广泛地使用。离子束植入器产生离子束，其包含要求种类之带正电离子。离子束撞击工件例如半导体芯片、基板或是面板的暴露表面，因此以要求的离子″搀杂″或是植入工件表面。可以以相对于离子束撞击工件的工件植入角度而倾斜基座以调整工件植入角度。零度(0°)的植入角度表示工件的植入表面与离子束路径垂直。为了使通道效应的不良影响减到最小，在植入时通常使用很小的正以及负植入角度。
一些离子植入器使用序列植入，其中一相对大的芯片工件置于真空之植入室中的工件支撑或是静电夹盘基座，然后以要求的离子进行植入或是搀杂。在植入完成之后，工件从基座移除，然后置放其它工件在基座上。在一个四分植入里，工件受到四次植入。通常，在每一个四次植入中工件旋转90度(90°)。
基座以及静电夹盘由工件支撑架构支撑，该架构延伸进入一个真空植入腔体。特别地，静电夹盘支撑在一个扫描手臂上支撑。包括冷却流体、气体以及电力之特定设备必须经由扫描手臂之内部区域导入至静电夹盘基座。扫描手臂的内部区域与在大气压下的外部环境保持连通，既然基座相对于扫描手臂旋转，将设备经由固定扫描手臂到旋转的基座、同时维持在基座(在真空植入腔体内)以及扫描手臂内部区域(在大气压)之间的真空密封是有困难的。
一种提供设备至基座，同时保持在基座以及扫描手臂内部区域之间的真空密封的方法，系在扫描手臂以及静电夹盘基座之间提供一滑环以及滑动密封组件，并且经由滑环导入设备。但是，因为马达(用来旋转基座)、滑环以及滑动的密封的堆栈高度，这种滑环以及滑动密封组件是很庞大的。不论基座是否由附着于基座的直流驱动马达来驱动，或是由马达及带状驱动系统驱动由扫描手臂支撑在一个与基座分开的位置，这种滑环/滑动密封组件的堆栈高度是相当大的。滑环/滑动密封组件也很重并且容易散落。另外，这种组件经常造成电力故障或是电弧并且对转动基座的机械驱动系统产生过度的拉引。
需要的是一种体积较小的工件支撑架构，其提供经过扫描手臂的内部区域到静电夹盘基座的设备路径，该扫描手臂系支撑静电夹盘，该架构具有比基座驱动马达、滑环/滑动密封组件组合堆栈高度要短的堆栈高度。同样需要的是比滑环/滑动密封组件更耐用之一种工件支撑架构，其提供经由扫描手臂的内部区域到静电夹盘基座的设备路线，该扫描手臂支撑静电夹盘组件。
发明内容
本发明是有关一个具有工件支撑架构的离子束植入器，以在真空或是植入腔体内支撑一个工件。离子束植入器包括一个离子束源以产生沿着一个行进路径移动的离子束，并且沿着一个轴扫描。晶圆工件由植入腔体内的工件支撑架构支撑，使得工件被定位成与扫描离子束的行进路径相交，以离子束植入工件之植入表面。
在本发明的一个较佳实施例中，工件支撑架构包括一个工件固定组件，其包括一个支撑工件的可旋转基座以及一个静电夹盘或是夹盘。工件支撑架构更进一步包括一个驱动系统或是组件以旋转基座以及在其上耦合的工件。驱动组件包括一个驱动马达、一个驱动轮、一个从动轮以及一条在驱动轮以及从动轮之间延伸的驱动皮带，从动轮耦合于基座。当驱动马达旋转时驱动轮被旋转，使驱动皮带旋转从动轮并且因此也旋转基座。工件支撑架构更进一步包括一个耦合于驱动轮的第一可旋转滚动条、耦合于并且与基座一起旋转的第二可旋转滚动条，以及一条柔性、空心路线设备缆线，该缆线在第一以及第二可旋转滚动条之间延伸，并且部分包住第一以及第二滚动条的至少一个，因此当基座在一个第一方向旋转时，柔性线包住第一滚动条的长度增加并且柔性线包住第二滚动条的长度减少，当基座在一个相反方向旋转时，柔性线包住第一滚动条的长度减少并且柔性线包住第二滚动条的长度增加。
设备包括一个或更多的水以及气体冷却剂线，把冷却剂带到静电夹，以及一个或更多的电导体其传导电力到该夹，这些都在线内并且经由线安排路径。冷却剂线包括供水系统以及进行气体冷却的供气系统。最好是，第一连接器组件放置在线的末端附近，该线附着于第一滚动条上，第一连接器组件提供固定连接，以安排冷却剂线以及电导体经由线之路径；以及第二连接器组件放置在附着于第二滚动条上的线末端附近，第二连接器也提供冷却剂线以及电导体的固定连接。
工件支撑架构最好进一步包括支撑夹盘的支架或是定义在大气压下一个内部区域的扫描手臂、第一以及第二可旋转滚动条，线、驱动轮及从动轮放置在扫描手臂的内部区域。具优点地，空心的真空密封放置在驱动轮以及基座之间，以提供在离子植入腔体内部区域以及扫描手臂内部区域之间的密封，真空密封定义一个中心开口，经由其开口安排一部分设备到基座以及静电夹的路径。
本发明工件支撑架构的设备(冷却剂以及电力)线路经由空心的设备路径线，并且在驱动轮以及基座之间使用一个平坦的空心真空密封。因为柔性线的耐久性比滑环组件要好，此安排提供从在植入腔体外边(在大气压)到植入腔体里面(在真空)之基座非常耐用的设备路线，并且同时具优点地与马达加滑环/滑动密封安排比较时堆栈高度减到最小，因为基座驱动马达与基座轮真空密封以及基座轴承组件有一个距离，并且在驱动轮以及基座之间使用平的真空密封。本发明的工件支撑架构也允许一个更细的扫描手臂，并且因为基座驱动马达不定位于扫描手臂的末端而平衡得更好，否则它将在扫描手臂上产生一个额外的力矩量。本发明之工件支撑架构的其它优点是，允许监视离子束安排在极接近工件植入位置的独立剂量测定系统。
在本发明的第二较佳实施例里，工件支撑架构利用耦合于基座的单一滚动条。一条安排设备到基座以及基座静电夹盘的空心设备路线，围绕在单一滚动条的周围，非常像一个时钟弹簧。当基座在第一方向旋转时，脐带线被打开或是从滚动条放出。当基座在一个相反的方向旋转时，脐带被包住或是进入滚动条。如同在第一较佳实施例里，平坦的、空心的真空密封被安置在驱动轮以及基座之间。一个从动轮耦合于基座。一个可旋转驱动构件操作上透过一条驱动皮带连接于从动轮。当可旋转驱动构件旋转时，从动轮、脐带线滚动条以及基座一起旋转。
在本发明的第三较佳实施例里，工件支撑架构也利用耦合于基座的单一滚动条。第二以及第三实施例之间的差别是直流驱动马达耦合于基座以及单一滚动条，消除驱动皮带的需要。如在第二较佳实施例，当基座以及滚动条一起旋转时，一个运载设备的空心线卷入滚动条以及从滚动条卷出。平的、空心的真空密封安排在滚动条以及基座之间。在这个实施例中，位于基座附近的直流驱动马达的确稍微地增加堆栈高度并且加入额外的力矩量到扫描手臂的远程，其消除传动皮带以及从动轮的需要而简化驱动系统。
本发明范例实施例的该些以及其它的目的、优点以及特征将与伴随的附图一起详细描述。
附图说明
图1是本发明的离子束植入器的概要平面图；
图2是概要上截面视图，其显示一个植入腔体以及图1离子束植入器的工件支撑架构的第一较佳实施例，其具有在芯片支撑位置的芯片支撑架构；
图2A是在图2以虚线环绕并且标示为图2A之工件支撑架构一部分的概要上截面视图；
图3是植入腔体以及图2工件支撑架构的概要前截面视图，其具有在植入位置的工件支撑架构；
图4是图2工件支撑架构平移构件的侧面上视概要图，其具有移动的工件固定组件；
图5是本发明工件支撑架构的第二较佳实施例的概要上平面图；
图6是图5工件支撑架构的滚动条以及设备线的概要侧视图，其具有在完全打开位置的线；
图7是图5工件支撑架构的滚动条以及设备线的概要侧视图，其具有在完全包住位置的线；
图8是本发明工件支撑架构第三较佳实施例的概要上截面图；
图8A是在图8以虚线环绕并且标示为图8A的工件支撑架构一部分的概要上截面视图。
具体实施方式
参考附图，离子束植入器在图1中整体地以10显示。植入器包括离子源12以产生离子形成离子束14，其横贯一束线路径16到一个末端或是植入站20。植入站包括一个定义内部区域22e的真空或是植入腔体22，其中放置工件24例如半导体芯片或是面板或是基板，以离子束14植入。提供控制电子(以26示意地显示)以监视以及控制工件24收到的离子剂量。操作员之控制电子26输入由使用者控制仪表板27执行。离子源12产生撞击工件24的离子束14。当束线沿着在离子源12以及植入腔体22之间的束线路径16横贯一段距离时，在离子束14里的离子倾向于发散。离子源12包括一个定义电内部区域的电浆腔体28，在其中注入源材料。源材料可以包括一种可离子化气体或是蒸发源材料。
沿着束线路径16放置一个分析磁铁30，其弯曲离子束14并且导引它穿过一个束线开关32。在束线开关32之后，束线14穿过一个将束线14聚焦的四极透镜系统36。束线路径16延伸穿过偏转电极38，在其中离子束14反复地偏转或是扫描以产生缎带离子束，因此离子束14在植入腔体22内的一部分是缎带离子束14a。缎带离子束14a穿过腔体22前面墙22b里的一开口22a进入植入腔体22。缎带离子束14a基本上是很狭窄之长方形离子束，也就是朝一个方向延伸的束线，例如水平或是x方向延伸(在图2以W表示)，而在垂直方向例如在垂直的y方向有很有限的延伸。
通常，缎带离子束14a的延伸足够植入工件24的整个植入表面25，也就是，如果缎带离子束14a横贯植入腔体22在水平或是x方向(图1)延伸并且工件24具有300毫米的水平尺寸(或是300毫米直径)。控制电子26将适当地提供电极38能量，因此缎带离子束14a的水平延伸W，在撞击植入腔体22内工件24的植入表面24时将至少300毫米。电极38偏转束线14，并且一个平行化透镜39沿着束线16放置以校正由电极38引起的束线角度偏转，使得当它植入工件24时缎带离子束14a是平行的。离子束剂量由一台独立剂量测定仪40监控，其定位于靠近缎带离子束14a的位置并且极接近于工件24。
如将在下面解释的，工件支撑架构100在植入期间同时支撑并且相对缎带离子束14移动工件24，因此工件24的整个植入表面25以离子均匀地植入。除了上述的扫描技术之外，熟悉习知技术的人将认识到在植入腔体22内的缎带离子束14a的缎带形状可以由许多模式产生。例如，可以由电浆腔体28的电弧裂缝形成，使得产生的离子束具有由开端产生的缎带形式。本发明不局限于使用任何特定的技术或是架构以成形或是形成离子束。
用来序列地植入工件的离子植入器的更详细描述在1990年12月4日发行给Ray等人的美国专利4,975,586号以及在1988年8月2日发行给麦伦的4,761,559号中揭露。’586以及’599专利分让与本发明的受让人并且在此以他们的各别整体作为参考来整合。
植入腔体的内部区域22e抽真空。在植入腔体22内装载两机器人手臂42、44以自动装卸芯片工件，在一个工件固定组件或是架构100往返。
图1工件在水平装载位置24显示。在植入之前，工件支撑架构100旋转工件24到一个垂直或是近于垂直的植入位置。如果工件24是垂直的，也就是，对于离子束14垂直，植入角度或是入射角是0度。已经发现要将不受欢迎的通道效应减到最小，通常选择一个很小但是非零的植入角度。
在典型的植入操作里，穿梭器52从第一卡匣50取得未搀杂的工件，其将工件24带到机器手臂54的附近，手臂把工件移到定向器56，旋转工件24到一特定的晶体方向。手臂54取得已定向工件24并且将它移动到靠近于植入腔体22的装载站58。装载站58关闭，抽到要求的真空，然后开启进入植入腔体22。在植入站22的第一机器手臂42固定工件24，将它带进植入腔体22内并且将它放于工件支撑架构100的一个静电夹或是夹盘202上。静电夹是工件固定组件200的一部分，其依次是工件支撑架构100的次组件。提供静电夹202能量以在植入期间保持工件24在应有的位置。合适的静电夹在1995年7月25日对布莱克等人发行的美国专利5,436,790号，以及在1995年8月22日对布莱克等人发行的5,444,597号里揭露。其中两者都让与本发明的受让人。在此以’790以及’597两个专利的各别整体整合作为参考。
在工件24的离子植入之后，工件支撑架构100让工件24返回水平位置并且静电夹202去除能量以释放工件。植入站20的第二机器手臂44固定植入工件24并且从植入腔体22移动到一卸料站60。从卸料站60，机器手臂62移动植入工件24到穿梭器64中，其将工件放进第二卡匣66。
如在工业中的习惯，当离子束14与工件24的植入表面25垂直时，植入角度IA定义为零度。相对于在图2显示的缎带离子束14a，工件24的位置具有一个等于0度的植入角度，也就是，工件24的植入表面25是与离子束的方向垂直。为了使有害的通道效应减到最小，经常选择一个非零的植入角度以植入工件24。
在生产营运期间，半导体芯片工件或是面板工件序列地进行植入。也就是，当完成一个工件植入时，静电夹202去除能量以释放工件并且已植入工件自动地从植入腔体22移除，然后另一工件放置于支撑表面或是静电夹202的基座204上(图2)，并且静电夹适当地加能量以稳固地固定工件基座204上的工件24。
工件支撑架构100由控制电子26操作。在植入期间工件支撑架构100支撑工件24，并且具优点地允许：
1)工件24对一个轴GC(图2)的旋转运动，该轴对在植入腔体22内的缎带离子束14a为垂直的方向；
2)在一个横贯植入腔体22内缎带离子束14a方向的工件24平移或是线性运动，沿着一个平行于一个要求植入角度的路径行进；并且
3)工件24沿着轴DD(图2)的旋转运动，其中轴D-D是静电夹盘基座204的旋转轴，而工件24装在上面以进行植入，并且垂直于旋转轴GC。
另外，基于轴GC的旋转容量，工件支撑架构100具优点地允许想要植入角度或是入射角度的选择，这些角度在离子束14以及工件24的植入表面25之间。
基于平移或是线性运动容量，工件支撑架构100允许工件24的植入表面沿着一个平面移动，该平面在植入期间与被要求的植入角度一致，因此不仅保持要求的植入角度并且额外地保持相当固定的距离d(图2)，该距离为缎带离子束14a从它进入植入腔体内部区域22e的入口行进到工件24植入表面25的撞击点(实际上为一条线，因为离子束为缎带离子束)。在植入表面25的整个植入期间这距离实质上保持固定。也就是，当工件25在一个与被要求的植入角度一致的平面、相对缎带离子束14a横向移动时保持实质上固定的距离，使得从植入表面25之一个末端25a到相对末端25b(图2)的整个植入表面被植入。离子束14a在植入腔体22及离子束14a在工件24上碰撞点之间行进的距离或是路径实质上维持固定是非常需要的，因为这可以在整个工件24的植入表面25得到均匀离子植入的特性。观看工件支撑架构100的其它方式是，它允许离子束14从离子源12到它撞击工件植入表面25点之间的行进为实质上固定的路径。
最后，基于工件24对于轴DD以及轴C-C的旋转，工件24的四分植入变得容易(在不同的植入角度工件需要进行连续植入的任何其它植入方式都是如此)。
第一较佳实施例
本发明工件支撑架构100的一个第一较佳实施例在图2-4中最佳地显示。图1显示静电夹202在工件装卸位置的上平面图。当工件24装载到静电夹202的基座204之后，提供静电夹能量以把工件24固定在基座204上，工件支撑架构100相对轴GC旋转到一个植入位置，例如在图2(植入角度＝0度)显示的位置，图2系显示静电夹202将工件24支撑在植入位置的上平面图。图1虚线显示工件24所在的植入位置。在工件24的植入期间，工件支撑架构100在一个对缎带离子束14a为横向的方向移动，使得适当地撞击整个植入表面25并且以要求的离子进行植入。如在图2的概要图可以看见的，缎带离子束14a在与工件24的撞击点在水平轴有一个宽度W，其比工件24的直径大，因此工件不需要在x方向平移以进行充分的工件植入。
如在图2以及3中可以看见的，工件支撑架构100附着于植入腔体22的一个侧壁22c，并且穿过一个在植入腔体侧壁22c中的开口22d，延伸进到植入腔体22的内部区域22e。工件支撑架构100包括旋转构件110以及一个整合平移构件150。
旋转构件110以及平移构件150的特定细节在2003年2月21日建檔的美国专利申请序号10/371,606中阐述，并且分让与本发明的受让人。’606申请在此以它的整体整合作为参考。旋转构件110将工件24相对倾斜轴CC(图2)旋转。平移构件150提供工件24沿着与选定植入角度一致之平面的线性平移运动。
平移构件150包括滑架154，其在植入期间以往复线性运动进行移动。滑架154的行进路径是垂直于工件植入表面25的垂直向量。以另一种方法说明，滑架154的线性运动造成工件24在一个与选定植入角度一致的平面内运动。多个独立的自由度或是运动具优点地以一个组合完成，这个组合为平移构件150相对旋转构件110的往复线性运动组合。这允许在离子束14前面的工件24扫描具有固定焦距。换句话说，从离子束在工件植入表面25之碰撞点到离子束14进入植入腔体22的入口的距离，对于旋转构件110的所有旋转角，也就是所有植入角度总是固定的。
如在图2-4可以最佳地看见，平移构件150包括支撑架152，其附着于旋转构件110的可旋转倾斜轴架123上。滑架154透过线性轴承组件160机械地耦合于支撑框架152以进行相对于支撑框架152的线性运动。如在图2可以看见的，滑架154包括法兰155，其支撑工件固定组件200。一个支撑或是扫描手臂206附着于滑架154的法兰155(图2)。扫描手臂206的远程末端支撑工件固定组件200。工件固定组件200包括静电夹202，其依次包括可旋转基座204。工件24以静电吸引力装在基座204上产生在缎带离子束14a前面的运动。
支撑滑架154以透过线性轴承组件160相对支撑框架152进行线性运动。相对于支撑框架152的滑架154线性运动，在图3以及4标示为″SD″的垂直或是″y″″扫描″方向，由包括线性伺服马达180的线性马达组件完成，伺服马达安排在滑架154之向内面阶梯部分182以及支撑框架152之间。
平移构件150更进一步包括一个线刹车组件190(在图2A最佳地看见)以及一个真空兼容线性回读编码器192，两者都固定于滑架154的向内表面176，以方便滑架154位置的精确控制，也因此方便工件24相对于离子束14a的位置控制。线性刹车组件190包括可移动活塞组件，其可以气动地驱动或是透过一个线圈使得活塞与支撑框架152接触，因此提供固定滑架154在一个固定位置的方法。
平移构件150也包括一线性运动线束系统194。线束系统194的一个末端198(图2A以及4)附着在滑架154并且与其一起移动，并且线束系统的相反末端196是静止且附着在支撑框架152上。线束系统194提供电源线以及冷却线的支撑，例如线性运动通讯信息线、水以及气体冷却线、刹车控制线(气动或是电动)、编码器回读信号信息线、静电夹控制线、工件旋转马达动力及控制信号线以及工件扫描手臂压力通讯以使工件支撑内部区域208或是扫描手臂206可以在大气压下维护。
线束系统194的水以及气体冷却线提供工件24以及线性伺服马达180之电磁线圈184(图2A)的冷却，工件位于静电夹盘202之基座204。水以及气体冷却剂线包括供水系统以及气冷供气系统。当植入芯片工件24时产生热能。气体用来帮助从工件24传递热能到基座204。在工件24的背表面以及基座204之间引入冷却气体，以帮助热能从工件24传递到基座204。基座204依次包括一个三通以安排冷却水穿过基座204，以移除从工件24到基座204传递的热。
可以旋转基座204(因此旋转工件24)以经由驱动系统进行例如四分植入，驱动系统包括电驱动马达210，驱动马达210装在滑架154的法兰155上。一个第一或是驱动轮250装载在驱动马达210的空心轴252上。第二或是从动轮254装在组合真空密封/轴承组件220(在下面描述)的空心轴222上。
在驱动以及从动轮250、254之间延伸的一个传动皮带258驱动从动轮254而且因此旋转基座204。驱动皮带258最好是聚合物封装的钢榄线，并且轮250、254具有1∶1的驱动比率。在图2以D-D虚线显示的静电夹202的旋转中心线与工件24的中心线对准。
如在图2A可以看见的，第一空心滚动条260装载在驱动轮250上并且与其一起转动。在第一以及第二滚动条260、262之间延伸的是通常为矩形、空心、传送设备的线或是榄线264。空心传送设备线或是″脐带″线264安排通过线264之空心内部的设备路线。第一以及第二滚动条260、262各别包括第一以及第二连接器组件270、272，其耦合于脐带线264的末端以提供介于基座204以及来源之间用来固定的连接，基座204在植入腔体22的真空中，来源在植入腔之外部设备体的大气压中。连接器组件270、272包括第一以及第二电力连接器274、276，第一以及第二冷却流体连接器278、280以及第一以及第二气体冷却流体连接器282、284。
第一以及第二电力连接器274、276最好是圆型多脚连接器。合适的连接器包括Rohnert Park，CA 94927-2408之LEMO USA股份有限公司(网站为www.lemo.com)出售的E系列多脚连接器。第一电力连接器274附着在电导体上，电导体在靠近脐带线264末端处离开脐带线，脐带线附着在第一滚动条260上。第一连接器274可塞入第一滚动条260的空心轴。第二电力连接器276附着在电导体上，电导体在靠近脐带线264末端处离开脐带线，脐带线附着在第二滚动条262上。第二连接器276可塞入组合真空密封/轴承组件220的空心轴222。
第一以及第二冷却流体连接器278、280以及第一以及第二气体冷却连接器282、284包括芒刺状接头，其耦合于流体传送管的各别末端，传送管延伸穿过脐带线264。每个芒刺状接头在它远程的末端包含一根外牙钉。外牙钉穿入各别的穿孔，穿孔钻入驱动马达210的轴252以及组合真空密封/轴承组件220的轴222。安排各别流体路线的穿孔平行于第一以及第二滚动条260，262的各别旋转轴。合适的管状连接器可以从Greenland，NH03840-2442的贝丝维克工程股份有限公司(网站www.beswk.com)中获得。具优点地，脐带线264非常耐用并且可以禁得住多次包住以及打开的循环，而没有断裂或是失效。合适的脐带线可以从Papermill路555号，纽瓦克，DE19711的W.L Gore & Associates股份有限公司中获得(网站www.goreelectron.com)。
如在上面提到的，线束系统194包括一个固定末端196，其耦合于支撑框架152以及附着于滑架154的一个移动末端198。耦合于线束系统固定末端198之线束系统194的电导体以及冷却线(不显示)穿过真空馈通，到达支撑框架152的内部区域158(图2A)，支撑框架在大气压力下并且接续地穿过倾斜轴架123的中央钻孔124(在图2以及3以虚线显示)。
线束系统194更进一步包括电导体以及流体线(在图2以及2A以199概要地显示)，其从线束系统194的移动末端198延伸，并且延伸穿过扫描手臂206之侧壁209中的真空馈通(不显示)，然后进入扫描手臂内部区域208。线束系统连接器耦合于第一连接器组件270的流体以及电力连接器。
延伸到静电夹202的设备透过线束系统294安排路线，然后穿过第一连接器组件270，然后经由脐带线264并且最后经过第二连接器组件272到静电夹202。这些设备包括用于移除热的水冷却线，用于传递从工件中热的气冷管、静电夹盘的电力、用于感知静电夹盘上之工件的电子信号导体以及将基座电性接地的接地导体。因此，冷却剂线延伸穿过线264的空心内部，提供电力以起动基座来产生必要的静电吸引力将工件24固定在基座204上，以及一条电控制线用来安排编码器以及控制信号从基座到控制电子26的路线，因此例如基座204的精确旋转位置可以确定并且控制。
在本发明的一个较佳实施例内，轮250、254以及因此第一以及第二空心滚动条260、262允许旋转+/-270°，这是四分植入所需要的。但是，应理解取决于脐带线的长度，大于270°的旋转当然是可能的且是本发明所考虑的。双滚动条实施例具优点地提供脐带线264同时以″滚动条到滚动条″的方式包住以及打开，也就是，如果驱动马达210由控制电子26启动以旋转基座204，例如在一个顺时针方向的90°(在图3中以CW标记)，附着到从动轮254的第二滚动条262以及附着到驱动轮250的第一滚动条260，两者都朝着顺时针的方向旋转。
从图3可以很清楚，因为第一以及第二滚动条260、262都朝着顺时针方向旋转，这造成线264额外的长度在第一滚动条260包住，并且从第二滚动条262打开与线264相同的长度。
类似地，如果驱动马达210由控制电子26启动而朝着逆时针方向90°旋转基座204(在图3以CCW标记)，第一以及第二滚动条260、262朝着逆时针方向旋转，造成线264额外的长度在第二滚动条262包住，并且从第一滚动条260打开与线264相同的长度。
具优点地，因为扫描手臂206的内部区域208在大气压，工件固定组件200的驱动马达210旋转静电夹202以及在其上放置的工件24以进行四分或是八分植入，直流驱动马达不需要冷却水。另外，因为驱动马达210在大气压，可以使用一个标准无刷式伺服马达以及一个标准编码器。
基座204由组合真空密封/轴承组件220装在扫描手臂206上。最好是，真空密封/轴承组件220是空心轴磁性流体密封及基座组件。组件220同时包括一个轴承组件以允许基座204的旋转以及在工件支撑组件扫描手臂206的内部区域208(图2以及2A)与基座204之间的一个磁性流体真空密封，扫描手臂在大气压下，而基座在植入腔体内部区域22e的真空中。基座204附着于真空密封/轴承组件220的可旋转空心轴221。
一个合适的空心轴磁性流体密封组件可以从日本Toyko的Rgaku国际公司/MSC中获得(网站www.rigaku.com/vacuurl)。磁性流体真空密封/轴承组件在标题为″真空产品理论″的文章中阐述并且在此整合做为参考，其位于Rigaku/MSC网站(http://www.msc.com/vacuum/abouttech.html)。磁性流体真空密封组件也在申请序号10/’31,066里揭露，在上面引用并且在此整合做为参考。
本质上，磁性流体真空密封/轴承组件220包括可旋转地支撑真空馈通轴222的轴承组件。组件220更进一步包括一个磁性流体真空密封组件，其包括一个支撑环形永久磁铁的外壳、放置在永久磁铁两边的两个环形极块，以及安置在各别径向间隙的磁性流体，该间隙向内面对极块的表面以及空心轴222。磁性流体是在运载液体中的超微磁性粒子的悬胶体，并且位于轴向槽沟内，轴向槽沟机械加工进入极块或是空心轴222。为了使真空密封/轴承组件220正确地工作，空心轴222必须是磁性可渗透的。
在磁性流体真空密封/轴承组件220内，磁路由静止极块以及轴222完成。磁路将磁通量聚集在每个极块以及轴222之间的径向间隙里。在各别径向间隙里的磁性流体呈现液态O环的形状并且在环形极块以及轴222之间产生一个气封。如有必要，环形永久磁铁以及环形极块可以用来增加真空密封/轴承组件220的压力能量。
真空密封的磁性流体密封/轴承组件220提供一个气封，在静态以及动态状况下防止气体、蒸汽以及其它污染物。更进一步，因为密封介质是一种流体，在空心轴221以及密封组件220的静止部分之间实际上没有磨擦，一个磁性流体密封系统在1981年10月6日让与Ezekiel的美国专利4,293,137号中揭露。’137专利权在此以其整体整合做为参考。
替代地，真空密封/轴承组件220可以包括分离真空密封以及基座组件。例如差分帮浦、接触型真空密封系统可以用来维持真空，或是其它熟悉习知技术技的人所知道的合适密封系统。差分地抽真空的接触型真空型密封系统可以在2002年7月10日建檔的美国专利申请序号10/192,344中发现，并且受让于本发明的受让人。344号申请在此以其整体整合做为参考。
类似地，分离轴承组件可以是一个球或是滚珠轴承组件，该组件具有在轴承栅栏内支撑的球或是滚珠轴承，并且放置在一个拱形内环以及外环之间，内外环附着于或是在轴222的相应表面中形成，轴222支撑基座204以及扫描手臂206。替代地，轴承组件可以是非接触t气体轴承。
滚动条到滚动条之脐带线系统允许基座驱动马达210的位置与基座204错开。其与平的、空心的真空密封系统220一起，造成当与滑环/滑动密封安排比较时更低堆高的工件固定组件200。因为堆高的降低，监控离子束14a的独立剂量测定系统40可以放置于工件24的附近，使用系统40更精密地量测。
另外，基座驱动马达210的错距位置也因为减低动量的手臂，提供了在滑架154以及扫描手臂206上施加较低的力矩。这允许扫描手臂206以较低的强度或是更薄的材料生产。
第二较佳实施例
图5-7显示本发明的工件支撑架构第二较佳实施例。除了在下面讨论的特征，第二较佳实施例的工件支撑架构100’在架构以及功能上与第一实施例的工件支撑架构100相同。
在第二实施例中，工件支撑架构100’包括一个类似于第一实施例滚动条262的单一滚动条262’。不使用第二滚动条。一个通常为矩形的设备运载空心线或是脐带线264’耦合于并且绕着滚动条262’，滚动条依次耦合于可旋转基座204’。
如在第一实施例，使用一个驱动系统以旋转基座204’并且同时将脐带线264’卷入以及卷开单一滚动条262’。驱动系统包括远离基座204’的驱动马达210’，其装载在工件支撑架构100’之滑架154’的法兰155’上。一个第一或是驱动轮250’装载在驱动马达210’的空心轴252’上。一个第二或是从动轮254’装在组合真空密封/轴承组件220’的空心轴222’上。
一条在驱动以及从动轮250’、254’之间延伸的传动皮带258’将从动轮254’驱动，因此旋转基座204’。单一滚动条262’附着于一个类似于第一实施例从动轮254的从动轮254’。类似于第一实施例的脐带线264，部分设备路线由脐带线264’安排，其包住滚动条262’。脐带线264’的一个末端附着于滚动条262’，而脐带线264’的相反末端耦合于并且在扫描手臂206’侧壁209’开口停止。由脐带线264’运送的设备在脐带末端附近离开脐带线264’，而脐带线耦合于扫描手臂侧壁209’。从线束系统194移动末端198延伸的设备流体线以及电导体199’延伸通过不透气馈通并且耦合于电导体以及流体线，馈通穿过扫描手臂206’的侧壁209’，而电导体以及流体线经由脐带线264’穿过流体以及电连接器组件272’安排路线，连接器组件耦合于滚动条262’。
图7显示在一个包住滚动条262’位置的脐带线264’，如图6以及7清楚显示的，当马达210’旋转从动轮254’及基座204’时，包住滚动条262’的线264’的长度减少，并且脐带线264松开滚动条262’。从图6可以看见，脐带线264’具有围绕滚动条262的多层或是回转。脐带线264’的多重回转倾向于将线264’的张力展开，该张力起因于滚动条262’的开始及停止旋转。不过，本发明可以在线对滚动条具有或没有多重旋转的情况下实现。
电导体以及冷却线路线安排经过脐带线264’的空心中心，脐带线耦合于流体以及电连接器组件272’的一个末端，电连接器组件耦合于滚动条262’(如在第一实施例中针对第一实施例之第二滚动条262描述的)。如上面表示，脐带线264’的另一端附着在扫描手臂209’侧壁上。
基座204以组合真空密封/轴承组件220’的方式装载在扫描手臂206’上。如第一实施例的磁性流体真空密封/轴承组件220，真空密封/轴承组件220’包括一个将分开之轴承支撑的外壳、由轴承支撑的一根可旋转空心轴、一个在外壳以及轴之间的磁性流体密封。真空密封/轴承组件220’是需要的，因为如在第一实施例，当基座204’在植入腔体的内部区域22e’时，工件支撑组件扫瞄手臂206’的内部区域208’在大气压力中。
基座驱动马达210’的位于置从基座204’错开，并且平的空心真空密封/轴承系统220’
提供工件固定组件200很低的堆高度，并且因此具有如第一实施例有关于低堆高方面之讨论的相同优点。另外，如在第一实施例中，基座驱动马达210’的错距位置也提供在滑架154’以及扫描手臂206’上因为手臂动量减少而施加较少的力矩，因此允许扫描手臂206’更细的架构。
第三较佳实施例
本发明的工件支撑架构的第三较佳实施例用图8以及8A显示。除了在下面讨论的特征，第三较佳实施例的工件支撑架构100″在架构以及功能方面，与第二实施例的工件支撑架构100’相同。
在第三实施例中，工件支撑架构100″与第二实施例相同，除了不是使用包含远离基座204’以及单一滚动条262’之电驱动马达210’的驱动系统，第三实施例使用直流驱动马达210″，该马达装载在扫描手臂206″的远程的末端部分。直流驱动马达210″可旋转地驱动真空密封/轴承组件220’的真空馈通轴222″。轴222″耦合于基座204″以及滚动条262″，以同时旋转基座204’以及滚动条262″。
如在第二实施例，当基座204旋转时，那些空心设备运送脐带线264″卷入或是放松滚动条262″。就像在第二实施例的情况一样，脐带线264″的一个末端耦合于滚动条262″，而脐带线的一个相反末端耦合于扫描手臂206″的侧壁209″。
如第二实施例一样，电导体以及冷却线穿过脐带线264的空心中心安排路线。
组合真空密封/轴承组件220″最好是平的，空心磁性流体真空密封/基座组件，像是第二实施例的真空密封/轴承组件220一样。组件229’在基座204’以及工件支撑组件扫描手臂206’之间放置。需要真空密封/轴承组件220’，因为如在第一以及第二实施例里，扫描手臂206的内部区域208在大气压，而基座204″在植入腔体内部区域22d中的真空。
磁性流体真空密封/轴承组件220″提供工件固定组件200的低堆高高度。当驱动马达在扫描手臂的远程末端确实增加一些堆高度并且增加施加于扫描手臂的力矩，直流驱动马达的优点是简化的驱动系统，消除对一个驱动轮，一个从动轮以及一条传动皮带的需要。
虽然本发明已经以一定程度的特定方式描述，本发明打算包括在所附申请专利范围的精神或是范围内所揭露之设计的所有修改以及替代。
【主要组件符号说明】
10.离子束植入器    52.穿梭器
12.离子源          54.机器手臂
14.离子束          56.定向器
14a.缎带离子束     58.装载站
16.束线路径        60.卸料站
20.植入站          64.穿梭器
22.植入腔体        66.第二卡匣
25a、25b.末端      100、100’、100″.工件支撑
22a.开口           架构
22b.前面墙         110.旋转构件
22c.侧壁           123.倾斜轴架
22d.开口           124.中央钻孔
22e.内部区域       150.平移构件
24.工件            152.支撑架
25.植入表而        154、154’、154″.滑架
26.控制电子        155、155’.法兰
27.仪表板执行      160.线性轴承组件
28.电浆腔体        176.表面
30.分析磁铁        180.线性伺服马达
32.束线开关        182.阶梯部分
36.四极透镜系统    184.电磁线圈
38.偏转电极        190.线刹车组件
39.透镜            194.线束系统
40.剂量测定仪      196.末端
42、44.机器人手臂  198.移动末端
50.第一卡匣        199’.电导体
200.工件固定组件              258、258’.传动皮带
200.工件固定组件              260.第一空心
202.夹盘                      262、262’、262″.滚动条
202.静电夹                    264、264’.脐带线
204、204’、204″.基座        269.滚动条
206、206’、206″.扫描手臂    270.第一连接器组件
208、208’.扫描手臂内部区     272、272’.第二连接器组件
域                            274.第一电力连接器
209、209’、209″.侧壁        276.第二电力连接器
210、210’、210″.电驱动马    278.第一冷却流体连接器
达                            280.第二冷却流体连接器
220、220’、220″.真空密封    282.第一冷却气体连接器
/基座系统                     284.第二冷却气体连接器
222、222’、222″.空心轴      294.线束系统
250、250’.驱动轮             22d.植入腔体内部区域
252、252’.空心轴             22e’.内部区域
254、254’.从动轮

Claims (26)

1. 一种离子束植入器，其包括：
a)用来产生沿着一条束线移动之离子束的离子束源；
b)一个具有真空内部区域的植入腔体，其中工件定位于与离子束相交的位置，经由离子束进行工件植入表面的离子植入；以及
c)耦合于植入腔体并且支撑工件的工件支撑架构，该工件支撑架构包括：
1)用来固定工件的夹盘，该夹盘包括一个支撑工件的可旋转基座；
2)一个耦合至基座并且对基座可旋转的第一可旋转滚动条；
3)一条耦合于第一可旋转滚动条的柔性空心线，其耦合方式使当基座在一个第一方向旋转时，该柔性线包住第一滚动条的长度增加，并且当基座在一个相反的方向旋转时，该柔性线包住第一滚动条的长度减少；
4)设备包括运送冷却剂到夹盘的冷却剂线，以及一个电导体以将电力或是控制信号传导到夹盘，冷却剂线以及电导体的至少一部分布置成穿过柔性线的内部而安排路线。
2. 如权利要求1所述的离子束植入器，其中工件支撑架构进一步包括一个驱动器，其包括一个操作上耦合于夹盘的用以旋转基座的可旋转构件。
3. 如权利要求2的离子束植入器，其中工件支撑架构进一步包括一个耦合于驱动器之可旋转构件，并且与其一起旋转的第二可旋转滚动条，所述柔性线在第一以及第二可旋转滚动条之间延伸并耦合于第二可旋转滚动条，使得当基座以第一方向旋转时，柔性线包住第二滚动条的长度增加，并且当基座以相反方向旋转时，柔性线包住第二滚动条的长度减少。
4. 如权利要求3的离子束植入器，其中驱动器的可旋转构件包括一个驱动轮，并且该夹盘包括一个耦合于基座的从动轮以及一个在驱动轮及从动轮之间延伸的传动皮带，当驱动器旋转驱动轮时传动皮带旋转基座。
5. 如权利要求4的离子束植入器，其中第一滚动条耦合于从动轮并且第二滚动条耦合于驱动轮。
6. 如权利要求1的离子束植入器，其中该设备包括运送冷却剂到夹盘的冷却剂线以及导引电力或是控制信号到夹盘的电导体，并且进一步包括一个第一连接器组件，该第一连接器组件靠近附着于第一滚动条之柔性线的末端，第一连接器组件包括一个冷却剂线耦合于其上的第一流体连接器，以允许流体流到夹盘，以及一个电导体耦合于其上的第一电力连接器，以允许电力或是控制信号传导到夹盘。
7. 如权利要求3的离子束植入器，其中该设备同时包括运送冷却剂到夹盘的冷却剂线以及导引电力到夹盘的电导体，并且进一步包括一个第二连接器组件，该第二连接器组件靠近附着于第二滚动条的柔性线的末端，第二连接器组件包括一个所述冷却剂线耦合于其上的第一流体连接器，以允许液体流到夹盘，以及一个电导体耦合于其上的第一电力连接器，以允许电力或是控制信号传导到夹盘。
8. 如权利要求6的离子束植入器，其中冷却剂线包括第一流体冷却剂线以将冷却流体导入至夹盘，以及第二气体冷却剂线以将热传输气体导入至夹盘，并且第一连接器组件包括第一以及第二流体。
9. 如权利要求4的离子束植入器，其中工件支撑架构包括一个支撑夹盘的扫描手臂，该扫描手臂限定一个在大气压下的内部区域，第一与第二可旋转滚动条、该柔性线、驱动轮及从动轮放置在扫描手臂的内部区域之中。
10. 如权利要求4的离子束植入器，其中一空心真空密封设置在从动轮以及夹盘之间，以提供在离子植入腔体之内部区域与扫描手臂之内部区域之间的密封，该真空密封限定一个中心开口，设备的一部分经由该中心开口安排路线到夹盘。
11. 如权利要求1的离子束植入器，其中该夹盘是静电夹盘，并且该工件以静电力保持在基座上。
12. 如权利要求1的离子束植入器，其中该工件支撑架构包括耦合于植入腔体的旋转构件，以改变工件相对于植入腔体内之一部分离子束的植入角度，以及配置在植入腔体内并且可移动地耦合于旋转构件的平移构件，该平移构件支撑夹盘以及工件以沿着一条线性移动路径而移动。
13. 一种用于离子束植入器的工件支撑组件，该离子束植入器产生沿着一条束线移动之离子束并包括一植入腔体，在其中工件放置于与进行工件表面之离子植入之离子束相交的位置，
工件支撑组件包括：
a)用来支撑工件的夹盘，该夹盘包括一个支撑工件的可旋转基座；
b)一个耦合于基座并且可与基座一起旋转的第一可旋转滚动条；
c)一条耦合于第一可旋转滚动条的空心柔性线，当基座以第一方向旋转时，该柔性线包住第一滚动条的长度增加，并且当基座以相反的方向旋转时，该柔性线包住第一滚动条的长度减少；以及
d)设备包括把冷却剂运送至夹盘的冷却剂线以及将电力传导到夹盘之电导体，冷却剂线以及电导体的至少一部分系经由该柔性线安排路线。
14. 如权利要求13的工件支撑组件，其进一步包括一个驱动器，该驱动器包括操作上耦合于夹盘以旋转基座的一个可旋转构件。
15. 如权利要求14的工件支撑组件，其进一步包括一个耦合于驱动器之可旋转构件并与其一起旋转的第二可旋转滚动条，该柔性线在第一以及第二可旋转滚动条之间延伸，并且耦合于第二可旋转滚动条，因此当基座以第一方向旋转时，该柔性线包住第二滚动条的长度增加，并且当基座以相反方向旋转时，该柔性线包住第二滚动条的长度减少。
16. 如权利要求15的工件支撑组件，其中该驱动器的可旋转构件包括一个驱动轮，并且该夹盘包括一个耦合于基座的从动轮以及一个在驱动轮及从动轮之间延伸的传动皮带，以在驱动器旋转驱动轮时旋转该基座。
17. 如权利要求16的工件支撑组件，其中第一滚动条耦合于从动轮并且第二滚动条耦合于驱动轮。
18. 如权利要求14的工件支撑组件，其进一步包括靠近附着于第一滚动条的该柔性线末端的第一连接器，该第一连接器提供了经由该柔性线安排线路的所述冷却剂线以及电导体的部份，与从夹盘延伸至第一连接器之冷却剂线的部份和从夹盘延伸至第一连接器的电导体之部份其中至少一者之间的固定连接。
19. 如权利要求15的工件支撑组件，其进一步包括一个靠近附着于第二滚动条的该柔性线末端的第二连接器，该第二连接器提供了经由该柔性线安排线路的所述冷却剂线以及电导体的部份，与从植入腔室外部延伸至第二连接器之冷却剂线的一部份和从植入腔室外部延伸至第二连接器的电导体之一部份其中至少一者之间的固定连接。
20. 如权利要求19的工件支撑组件，其中该驱动器的可旋转构件包括一个空心轴，以及从植入腔体外部延伸到第二连接器之冷却剂线的一部分和从植入腔体外部延伸到第二连接器的电导体之一部份的其中至少一者系延伸通过空心轴并且耦合于第二连接器。
21. 如权利要求16的工件支撑组件，其进一步包括一个支撑该夹盘的扫描手臂，该扫描手臂限定一个在大气压下的内部区域，第一以及第二可旋转滚动条、该柔性线以及驱动轮与从动轮系放置在该扫描手臂的内部区域中。
22. 如权利要求21的工件支撑组件，其中一空心真空密封系放置在驱动轮以及夹盘之间，以提供在离子植入腔体内部区域以及扫描手臂内部区域之间的密封，该真空密封系定义一个中心开口，经由其将设备的一部分布线到该夹盘。
23. 如权利要求13的工件支撑组件，其中该夹盘是静电夹盘，并且该工件以静电力支撑在基座上。
24. 如权利要求13的工件支撑组件，其进一步包括耦合于植入腔体的旋转构件，以改变工件相对于在植入腔体以及平移构件内之一部分离子束的植入角度，平移构件配置在植入腔体内并且可移动地耦合于旋转构件，平移构件支撑夹盘以及工件以沿着一条行进线性路径的运动。
25. 如权利要求2的离子束植入器，其中该驱动器系耦合于基座的直流伺服马达。
26. 如权利要求14的工件支撑组件，其中该驱动器系耦合于基座的直流伺服马达。
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