CN101336456A - 通过离子束扫描工件的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于将工件安装在长形构件上，控制工件通过离子束路径进行扫描的方法和装置。长形构件上的旋转机构能够对工件进行部分、反复的扫描。在连接处弯曲长形构件从而将工件移进和移出离子束路径。这便于单个工件的安装和移除。用于旋转的发动机可以悬置在部分真空的外壳内；上述发动机还可以用于升高和降低长形组件和工件用以垂直扫描。

Description

通过离子束扫描工件的方法和装置

发明领域

本发明总体上涉及通过离子束扫描工件来进行电子束处理的方法和装置，更具体的说，涉及用于高速机械扫描以获得改进的处理时间的方法和装置。

发明背景

用于处理表面的团簇离子束(cluster ion beam)的使用在本技术领域是公知的(例如，可参见Deguchi等人的5,814,194号美国专利)。在本说明书中，气体团簇(gas-clusters)是指在标准温度和压力条件下为气态的材料的纳米大小的聚集体(nano-sized aggregates)。这种气体团簇典型地由几到几千个分子松散地结合形成团簇的聚集体组成。团簇可以通过电子轰击或者其它手段电离，使其形成具有可控能量的定向射束。这种离子每个典型地携带有q·e的正电荷(其中，e是电子电荷，q是表示团簇离子电荷状态的一到几的整数)。非电离的团簇也可以存在于团簇离子束中。大号的团簇离子由于每个团簇离子能够携带实质能量，因此通常是最有用的，虽然每分子仅具有有限的能量。团簇在发生碰撞时分解，其中，每个单独的分子仅携带整个团簇离子能量的一小部分。因此，大的团簇离子的碰撞效应是有用的，但仅限于极其浅表的区域。这使得团簇离子对各种表面改性处理都是有效的，而不会产生传统的单离子束处理所具有的深层损坏的特点。

在之前引用的参考文献(专利号为US 5,814,194的美国专利)中描述了用于制造和加速气体团簇离子束(GCIB)的方法。目前，可利用的团簇离子源生成具有很宽的尺寸分布、N的团簇离子(其中，N＝每个团簇离子中分子的数目，在类似氩的单原子气体的情况中，单原子气体的原子将被称为分子，而这种单原子气体的电离原子将被称为分子离子，或者在本说明书中被简单地称为单体离子)。

通过用GCIB轰击表面可以达到许多有用的表面处理效果。这些处理效果包括但不一定仅限于：清洁、平整、蚀刻、掺杂以及薄膜的形成或增长。

在用气体团簇离子束处理工件时，通常需要使用扫描技术来对大于GCIB横截面的工件提供均衡的处理，现有技术中，有时使用静电射束扫描横穿工件扫描GCIB。由于可用的GCIB随着射束生成技术的提高已经取得增长，静电扫描已经变得很少应用，并且它已经变成通过固定的GCIB机械扫描工件以实现大工件的均衡处理的惯常方法。这样，工件(通常、但不一定是半导体晶片)被夹持在安装于X-Y型扫描平台的夹具中。这些X-Y型机械扫描器对于以离子束均衡处理工件是有效的，为了实现均衡处理，需要用离子束扫描光栅或其它在工件上形成完整处理图案的图案中的工件，其中，与离子束的大小相比或者与工件上入射离子束光的空间强度的任何非均衡性相比，扫描模式的间距是精细的。此外，如果执行对工件的多次、完全扫描，均衡性会有所改进，这样为离子束强度的少许暂时变化提供了补偿。因此，为了很快地实现完全覆盖，需要能执行对工件的快速扫描，并且需要时，执行多次完全扫描。然而，现有的X-Y型机械扫描装置由于在快速加速相关的质量所存在的实际困难，相对移动较慢。此外，通过强力技术尝试加快动作会致使过度振动传递到离子束处理设备的框架支撑构件，通常导致可靠性问题和/或其它实际问题的产生。

已公布的Vanderpot等人的公布号为US2005/0230643A1、US2005/0232748A1、以及US2005/0232749A1的美国专利申请中公开了使用一种新的反向旋转的定子发动机设计通过离子束扫描工件或者使工件往复运动、用以减少传递振动的方法和装置，同时提供了弓形扫描路径中的高扫描速度和加速度。这里以参考引用的方式将公布号为US2005/0230643A1、US2005/0232748A1以及US2005/0232749A1的美国专利申请中的所有内容结合于此。

因为沿着水平或者接近水平的轨道产生GCIB处理射束通常更为实际，所以需要这样处理象半导体晶片这样的工件，即，使得在处理过程中工件表面处于垂直的平面上(并且因此在与待处理的表面接近垂直的方向上截取离子束)。另一方面，象半导体晶片这样的平面工件通常在标准的容器中运输，在这样的容器中，工件被夹持着致使它们的平面表面实质上为水平面。通过使用使工件保持实质上水平方向移动工件的遥控设备或者自动化的处理系统，从工件的运输容器中移出平面工件装载到夹具上用于在离子束中处理通常更容易的并且更加可靠(或者是想要的)。

因此，本发明的目的在于提供通过离子束快速扫描工件以均衡处理的方法和装置。

本发明的另一个目的在于提供通过离子束快速扫描工件的方法和装置，其减少振动传输到GCIB处理设备的扫描器支撑构件以及GCIB处理设备的其它部分。

本发明的更进一步的目的在于提供将工件水平装载和卸载到扫描器工件夹具上、而同时允许在离子束处理过程中工件处于垂直方向上的方法和装置。

发明内容

在一实施例中，通过离子束路径扫描工件的方法包含下列步骤：在长形构件的一端将工件安装在离子束路径内；围绕长形构件上远离工件的旋转点部分、反复旋转长形构件，从而沿着弓形路径通过离子束路径对工件进行反复扫描；在位于一端和旋转点之间的接合处弯曲长形构件，将一端移出离子束路径，从而便于在一端安装和移除单个工件。

工件可以是半导体基片，弯曲长形构件的步骤使工件移动到实质上水平的位置。上述方法可以进一步包含下列步骤：在位于长形构件周围的外壳内维持部分真空；当长形构件被弯曲以及工件被处理成在实质上水平的位置时，通过外壳中可闭合的口在一端安装和移除单个工件。

部分、反复地旋转的步骤可以使用安装有长形构件的电动机，上述方法可以进一步包含维持位于长形构件和电动机周围的外壳内部分真空的步骤。上述方法可以进一步包含在反复扫描的过程中，向上或向下移动长形构件从而使工件的不同部分穿过离子束路径的步骤，其中，移动长形构件的步骤包括对抗重力悬置电动机和长形构件，并因此升高和降低电动机和长形构件。上述方法还可以进一步包含导引外壳内悬置的电动机和长形构件的升高和降低的步骤。部分、反复地旋转长形构件的步骤可以使用具有适于作为转子的反作用物的旋转定子的电动机。

弯曲步骤可以包括下列步骤：朝第一位置机械地靠置长形构件，其中，一端延伸到与离子束路径交叉；接合长形构件在一端和接合处之间的部分；以及在接合长形构件部分的步骤中，交替使用移动步骤从而对抗机械靠置弯曲长形构件。安装的步骤可以使用静电夹盘夹持半导体工件或者其它实质上为平面的工件。

在另一个实施例中，通过离子束路径扫描工件的装置包含长形构件，该长形构件用于在长形构件的一端将工件安装在离子束路径内；以及旋转机构，该旋转机构将长形构件安装在位于长形构件上远离一端的旋转点，并且更进一步用于通过旋转机构和长形构件的部分、反复旋转，沿着弓形路径通过离子束路径反复扫描安装在一端的工件，其中，长形构件包括接合处，该接合处位于一端和旋转点之间，并用于使长形构件弯曲从而将一端移出离子束路径，以便于在一端安装和移除单个构件。

当弯曲长形构件时，长形构件可以用于使平面工件朝向实质上水平的位置。上述装置可以进一步包含外壳，该外壳位于长形构件以及任何安装于一端的工件的周围，并用于保持其中部分真空，其中，上述外壳包括可闭合的口，该口便于在实质上水平位置的长形构件的一端安装和移除单个工件。

上述装置还可以进一步包含外壳，该外壳位于长形构件和旋转机构的周围并用于保持其中部分真空；机械装置，该机械装置对抗重力将长形构件和旋转机构悬置在外壳内，并且用于使旋转机构和长形构件向上和向下线性运动，以使安装在一端的工件的不同部分在反复扫描过程中穿过离子束。

上述装置还可以进一步包含一个或多个导引构件，该导引构件固定于外壳内并用于导引悬置的旋转机构的升降。悬置长形构件和旋转机构的机械装置可以包括弹性抗拉构件和可旋转的滚筒，其中，弹性抗拉构件被安装到旋转机构，并用于环绕滚筒以允许滚筒旋转升高和降低旋转机构和长形构件。上述装置甚至可以进一步包含电动机，该电动机优选位于外壳的外侧并用于控制滚筒的旋转。

长形构件可以包括静电夹盘，该静电夹盘位于一端并设置成用于将工件安装到长形构件。旋转机构可以包括电动机，该电动机具有用作转子的反作用物的旋转定子。

上述装置可以进一步包含靠置机构，该靠置机构用于将接合处周围的长形构件靠置到位于离子束路径内的一端的延伸位置；以及接合机构，该接合机构用于选择性地接合长形构件在一端和接合处之间的一部分，其中，长形构件的可选择性接合的部分用于使长形构件在通过接合机构选择性地接合时，响应长形构件的线性运动在接合处弯曲。

在另一个实施例中，通过离子束路径扫描工件的装置，包含长形构件，该长形构件用于在长形构件的一端将工件安装在离子束路径内；旋转机构，该旋转机构将长形构件安装在位于长形构件上远离一端的旋转点，并进一步用于通过旋转机构和长形构件的部分、反复旋转，沿着弓形路径通过离子束路径反复扫描安装在一端的工件；外壳，该外壳位于长形构件和旋转机构周围并用于维持其中的部分真空；以及机械装置，该机械装置对抗重力将长形构件和旋转机构悬置在外壳内，并且用于使旋转机构和长形构件向上和向下线性运动，以使安装在一端的工件的不同部分在反复扫描过程中穿过离子束。

旋转机构可以包括电动机，该电动机具有用作转子的反作用物的旋转定子。悬置长形构件和旋转机构的机械装置可以包括弹性抗拉构件和可旋转的滚筒，弹性抗拉构件可以在相对的一端安装到旋转机构和滚筒，并且用于环绕滚筒以允许滚筒的旋转升高和降低旋转机构和长形构件。上述装置可以进一步包含电动机，该电动机优选位于外壳的外侧并用于控制滚筒的旋转。

在另一个实施例中，通过离子束路径扫描工件的方法包含下列步骤：在长形构件的一端将工件安装在离子束路径内；围绕长形构件上远离工件的旋转点，用安装长形构件的电动机部分、反复地旋转长形构件，以沿着弓形路径通过离子束对工件进行反复扫描；维持位于长形构件和电动机周围的外壳内的部分真空；以及向上或向下移动长形构件以使工件的不同部分在反复扫描的过程中穿过离子束路径，其中，移动长形构件的步骤包括对抗重力悬置电动机和长形构件并因此升降电动机和长形构件。

移动长形构件的步骤可以包括通过弹性抗拉构件旋转安装到电动机上的滚筒的步骤，其中，抗拉构件的一端用于环绕随其旋转的滚筒。部分、反复旋转长形构件的步骤可以使用电动机，该电动机具有用作转子的反作用物的旋转定子。

附图的简要说明

为了更好地理解本发明，以及其它的和更多的目的，请参照附图和详细说明，其中：

图1是表示现有技术GCIB处理装置的基本部件的示意图；

图2表示使用根据本发明实施例的工件扫描器的GCIB处理装置的处理室300的示意图，其中，扫描器的工件夹具表示为处于工件装载/卸载位置；

图3表示根据本发明的实施例的GCIB处理装置的垂直扫描运动驱动系统400的详细视图；

图4表示根据本发明实施例的夹持工件的扫描臂500的详细视图；

图5表示使用根据本发明实施例的工件扫描器的GCIB处理装置的处理室300A的示意图，其中，扫描器的工件夹具表示为处于工件处理位置；

图6表示使用根据本发明实施例的工件扫描器的GCIB处理装置的处理室300B的示意图，其中，扫描器的工件夹具表示为处于工件装载/卸载位置，并说明工件装载/卸载过程的细节；

图7A和7B表示根据本发明的实施例的用于从扫描器的工件夹具放置或移走工件的装载和卸载过程的某些细节；

图8表示根据本发明的实施例的用于从扫描器的工件夹具放置或移走工件的装载和卸载过程的附加细节；

图9表示使用根据本发明实施例的工件扫描器的GCIB处理装置的处理室300D的示意图；以及

图10表示根据本发明实施例的扫描器600的一部分的示意图，并说明某些发动机和平衡装置的细节。

附图的详细说明

图1表示现有技术中公知形式的GCIB处理装置100的典型构造的基本部件的示意图，可以将其说明如下：真空容器102被分成三个相通的室，源极室104、离子化/加速室106以及处理室108。这三个室分别通过真空泵系统146a、146b和146c被抽空到合适的操作压力。可凝结的源极气体112，如氩，或阀113以及气体流入管114进入停滞室116并通过适当形状的喷嘴110被喷射到实质上低压的真空内。形成超声波气体射流118。喷口的扩展处引起的冷却使气体射流118的一部分凝结成团簇，每个团簇由几到几千弱连结的原子或分子组成。气体撇渣器孔120部分地分离未从团簇射流中凝结成团簇射流的气体分子，以使下游区域中的压力最小化，在该区域中，这种较高的压力将是有害的(比如，离子发生器122、高压电极126以及处理室108)。合适的可凝结源极气体112包括，但不必仅限于氩气、氮气、二氧化碳、氧气以及其它气体和/或气体混合物。

含有气体团簇的超声波气体射流118形成之后，团簇在离子发生器122中电离。离子发生器122典型为电子撞击离子发生器，该电子撞击离子发生器从一个或多个白热灯丝124产生热电子并加速和指引电子，使它们与气体射流118中的气体团簇碰撞，其中，该射流穿过离子发生器122。电子撞击将电子从团簇中排出，使团簇的一部分变成正离子化的。某些团簇可以使不止一个电子排出并可以变成多离子化的。一组适当偏压的高压电极126从离子发生器中吸取团簇离子，形成束，然后将它们加速到所需的能量(典型具有从几百伏到几十千伏的加速度势)并聚集它们形成GCIB128。灯丝电源136提供灯丝电压V_f以加热离子发生器灯丝124。正极电源134提供正极电压V_A以加速从灯丝124放射出的热电子，使它们照射包含气体射流118的团簇来生成离子。吸取器电源138提供吸取电压V_E来偏压高压电极，以从离子发生器122的离子化区域吸取离子并形成GCIB128。加速器电源140提供加速电压V_ACC以相对与离子发生器122偏压高压电极，这样导致总的GCIB加速度势等于V_ACC。可以提供一个或多个透镜电源(例如所示的142和144)来用聚焦电压(例如V_L1和V_L2)偏压高压电极以聚焦GCIB128。

可以是通过GCIB工艺处理的半导体晶片或者其它工件的工件152被夹持在工件夹具150上，该夹具可以位于GCIB128的路径中。因为大多数的应用期望大工件的处理具有空间上一致的结果，所以需要越过大面积均衡地扫描GCIB128从而产生空间上均一的结果的扫描系统。

上述GCIB 128是固定的，具有GCIB轴129，并且工件152被通过GCIB128机械地扫描从而将GCIB128的作用分散在工件152的表面上。

X-扫描致动器202提供了工件夹具150在X-扫描运动208方向(进出纸平面)中的线性运动。Y-扫描致动器204提供了工件夹具150在与X-扫描运动208典型成直角的Y-扫描运动210方向中的线性运动。X-扫描和Y-扫描运动结合起来以类光栅扫描的运动移动被工件夹具150夹持的工件152穿过GCIB128，从而使GCIB128对工件152的表面进行均匀的(或者经编程的)照射，以处理工件152。工件夹具150将工件152置于相对于GCIB128的轴成一定角度的位置，使得GCIB128相对于工件152表面具有束入射角206。束入射角206可以是90度或者一些其它角度，但是典型为90度或者接近90度。在Y-扫描过程中，工件152和工件夹具150从所示的位置移动到交替位置“A”，分别表示为152A和150A。值得注意的是在上述两个位置之间移动时，工件152通过GCIB128扫描，并且工件152在两个极端位置被完全移出GCIB128的路径(过扫描)。尽管在图1中没有明确地表示，但是在(典型地)成直角的X-扫描运动208方向上(进出纸平面)执行类似的扫描和过扫描。

在GCIB128的路径上，射束电流传感器218位于工件150较远的一边，这样当工件夹具150在GCIB128的路径外扫描时，来截取GCIB128的样本。射束电流传感器218典型为法拉第筒(faraday cup)或者类似的、除了射束进入口外都闭合的结构，并且典型地用电绝缘安装件212接在真空容器102的壁上。

可以是以微型计算机为基础的控制器的控制器220，通过电缆216连接到X-扫描致动器202和Y-扫描致动器204并控制X-扫描致动器202和Y-扫描致动器204，从而将工件152置于GCIB128内或外，并且通过GCIB128相对于GCIB128均匀地扫描工件152以达到所需的对工件152的处理。控制器220接收射束电流传感器218采集的经由导线214的抽样射束电流，并因此监控GCIB，并且当已经释放了预定的所需的量时，通过从GCIB128移走工件152来控制工件152接收的GCIB量。

图2表示使用根据本发明实施例的工件扫描器的GCIB处理装置的处理室300的侧面示意图。处理室302被封入处理室壁304中，该壁形成将真空区域密封在腔室内并将标准大气压分隔到腔室外的屏障。处理室302具有射束开口308，其与射束生成系统(未示出)相通，穿过该射束生成系统，GCIB可以沿着射束轴306被导向处理室302内。处理室壁304还具有工件传递开口310，其与配置的工件装载锁(未示出)相通，该工件装载锁是真空锁(能在真空或者大气压力下操作)，以使能将工件从处理室302中的真空外转移到处理室302的内部。传递开口310具有门阀312，该门阀具有门阀致动器314，用于为密封或开启工件传递开口310而打开和关闭门阀312，因此，(当开启时)允许工件真空到真空传递并在大气压力下操作配置的工件装载锁，(当密封时)允许工件大气到大气传递进入装载锁。

处理室302封有根据本发明的机械扫描系统。全封闭扫描电机壳316，其内部可以在大气压下操作并且其封入用来驱动轴332的旋转扫描发动机315，该旋转扫描发动机穿过(优选)铁磁流体旋转直通密封件338。轴332由旋转轴承334和336支撑。全封闭扫描电机壳316外的轴332的末端有毂(hub)340用来安装扫描臂，该扫描臂包含通过环枢关节322连接至上部扫描臂320的下部扫描臂318。如图2所示，上部扫描臂320支点位于环枢关节322，从而将上部扫描臂320置于适合于装载和卸载工件的水平位置。上部扫描臂320配有工件夹具324，优选静电硅片夹，用于夹持工件330，典型地(但不一定)为半导体片。工件从后方被夹持，被夹具夹持的对面是没有障碍物的，因此可以暴露用于离子束处理。可以使用任何类型的工件夹具，比如首选的静电硅片夹或者机械夹具。

当旋转扫描发动机315可控地定位轴332和毂340、以使下部扫描臂318是垂直的(朝着图2的顶部)、并且上部扫描臂320支点位于环枢关节322时，在上部扫描臂320上的撞击点可以搁在可调节的制动器328上，对齐以使工件夹具324和任何被夹持的工件330与工件传递开口310水平对齐。工件324和任何工件330这样对齐后，通过工件传递开口310将工件330传递出去(或进入)处理室302是很容易的，这在下文的对图6和图7的描述中将加以说明。

垂直的驱动滚筒356可以被驱动处于旋转运动，这在下文将被充分的论述。垂直的驱动滚筒356接有例如是不锈钢缆绳或者(优选)不锈钢箔带的弹性抗拉构件358。包含旋转扫描发动机315、扫描发动机壳316、分别为上部和下部扫描臂320和318以及工件夹具324的扫描总成被限定为通过一个或多个安装到扫描发动机壳316和处理室外壳304壁上的直线轴承(未示出)在垂直方向上移动，并被弹性抗拉构件358垂直悬置。当垂直驱动滚筒356旋转时，(包含315、316、320、318和324的)扫描总成根据垂直驱动滚筒356的旋转垂直上下移动。

上部扫描臂320如下所示在可被控制的枢轴关节322处相对于下部扫描臂318做旋转运动。优选螺线管或者直线型气动装置(linear pneumaticactuator)的线性驱动器(linear actuator)366通过直线型真空引线(linearvacuum feedthrough)364(优选金属波纹管)将可控的线性运动传递到处理室302内。线性驱动器366连接于绕轴旋转的凸轮驱动杆(cam actuatinglever)360的一端。凸轮驱动杆360具有固定的支点362，使得凸轮驱动杆360远离连接至线性驱动器366端的一端响应线性驱动器366做绕轴旋转运动。

下部凸轮354在下部凸轮枢轴342处可旋转地连接至下部扫描臂318。例如是不锈钢缆绳或者(优选)不锈钢箔带的第二弹性抗拉构件352连接至下部凸轮354和上部凸轮346。上部凸轮346在枢轴关节322处连接于上部扫描臂320。杆臂348也在枢轴关节322处连接于上部扫描臂320。可以包含多个弹簧的拉簧350连接于杆臂348。弹簧350相对的一端在接近毂340的点连接于下部扫描臂318上的固定锚点368。

当线性驱动器366可控地缩进时，其拉动凸轮驱动杆360的连接端，使凸轮驱动杆360的远端从处理室壁绕轴转动到一个位置，在该位置，它能在刚性地连接至下部凸轮354的下部杆臂353的末端接合凸轮导辊344。当控制旋转扫描发动机315来决定轴332和毂340的位置使得下部扫描臂318垂直、进而当垂直的驱动滚筒356被可控地旋转从而将扫描总成(包含315、316、320、318和324)从最初较低的位置举起时，凸轮驱动杆360与凸轮导辊344接合。当垂直的驱动滚筒356进一步旋转时，抬起扫描总成，通过凸轮驱动杆360使下部杆臂353相对于上升中的下部扫描臂318位置降低，使其旋转下部凸轮354并经第二弹性抗拉构件352引起上部凸轮346中相反地旋转，这使上部扫描臂320从初始的垂直位置朝其水平位置降低或弯曲(如图2所示)。

图3表示根据本发明实施例的GCIB处理装置的垂直扫描运动驱动系统400的详细视图。垂直扫描发动机402可控地旋转垂直的驱动滚筒356。垂直的驱动滚筒356具有安装点404，在该点安装有弹性抗拉构件358，优选不锈钢箔带。弹性抗拉构件358同样在安装点410安装至具有两个连接器408的支架，上述两个连接器连接至扫描发动机壳316(如图2所示)。上述支架依靠在线性轴承406上，该轴承(以及未示出的其它的线性轴承和导杆)限制了支架的运动，并将扫描发动机壳316连接至线性垂直运动，由垂直扫描发动机402的旋转和重力控制，其可以通过弹簧或者其它的靠置力选择性地扩张，图中未示出。可选地，位于外壳相对的壁(未示出)的相对的导杆或轴承(未示出)可以用于在整个过程的各个步骤中稳定扫描总成。垂直的扫描发动机402用来按照要求可控地和可逆地上下扫描扫描总成(包含图2所示的315、316、320、318和324的)用于工件扫描，以及用来上下移动扫描总成以控制(图2所示的)上部扫描臂320在图2所示的工件装载/卸载位置和图5所示的扫描位置之间移动的绕轴旋转动作。

图4表示根据本发明的实施例夹持工件330的扫描臂500的详细视图。扫描臂500包含上部扫描臂320，其通过枢轴关节322连接至下部扫描臂318。扫描臂500的下端具有安装孔502，用于安装至旋转扫描发动机315的毂340(340和315示于图2)从而确定用于扫描臂500的旋转的点。上部扫描臂320具有夹持工件330的工件夹具324(在图4中是隐藏的，而在图2中是可见的)。旋转扫描发动机315(图2)能以可逆的弓形扫描动作504可控地振动扫描臂500和工件330。垂直扫描发动机402(如图3所示)能以可逆的垂直扫描动作506可控地振动扫描臂500和工件。图4还表示了参照图2所确定和讨论的扫描臂500的各种细节。

图5表示使用根据本发明实施例的工件扫描器的GCIB处理装置的处理室300A的示意图，其中，扫描器的工件夹具表示为处于工件处理位置。在图5中所表示的起始于图2所示的工件装载/卸载位置的工件处理位置，通过使用垂直扫描发动机402(示于图3)来完成，以降低整个扫描总成(包含全部示于图2的315、316、320、318和324)。首先，工件传递开口310可以通过门阀312关闭从而将真空处理室302与负载锁312(未示出)隔离。扫描总成降低的运动首先导致下部凸轮354(图2)和上部凸轮346(图2)旋转，由于弹簧350的作用，使上部扫描臂320从图2所示的装载/卸载位置绕轴旋转到图5所示的垂直处理位置。当上部扫描臂320到达其垂直位置时，通过垂直扫描发动机402对扫描总成的进一步降低使凸轮导辊344脱离凸轮驱动杆360。然后，通过可控地将线性起动器366从其缩进位置(示于图2)转换到它的延伸位置(示于图5)，凸轮驱动杆360因此从它能接合凸轮导辊344的位置移开，并且扫描总成在垂直扫描发动机402(图3)的控制下在垂直扫描运动506中自由上下移动。通过垂直扫描发动机402(图3)和旋转扫描发动机315(图2)的受控的、协调的运动，被工件夹具324夹持的工件330被可控地通过离子束轴306扫描，从而提供对工件330的整个表面的射束处理。总之，垂直扫描运动506需要相对慢于旋转的弓形扫描运动504(图4)从而产生离子束的入射点在工件330上的类光栅扫描模式。垂直扫描发动机402(图3)的振动旋转运动导致垂直驱动滚筒356的相应的振动旋转运动382，该垂直驱动滚筒356进而在弹性抗拉构件358中产生振动的线性运动380，所述弹性抗拉构件在工件330产生相应的垂直扫描运动506。

图6表示使用根据本发明实施例的工件扫描器的GCIB处理装置的处理室300B的示意图以及表示工件装载/卸载过程的一些细节，其中，扫描器的工件夹具324表示为处于工件装载/卸载的位置。门阀312是打开的，因此工件转移口310也是打开的。工件转移臂390在第一位置被表示为390A，在第二位置被表示为390B。工件转移臂390是遥控设备或者自动化的工件转移系统的一部分，其在工件装载过程中操作将工件从处理室302(图2)外面的装载锁(未示出)移动到处理室内和晶片夹具324上(用于工件卸载时则逆向)。夹持工件330的工件转移臂390穿过工件转移口310到达第一位置，在第一位置将工件放置在工件夹具上，在该位置的工件用330A表示。然后，工件转移臂390降低到被表示为390B的第二位置，在该位置将工件330安置到工件夹具324上，该位置的工件被表示为330B。工件夹具324(优选静电夹盘)然后被起动用来夹持安装在工件夹具324上的工件。最后，工件转移臂向后撤回穿过工件传递口310，并且门阀312将工件传递口310密封。

图7A、7B和图8表示根据本发明的实施例用于从扫描器的工件夹具放置和移走工件330的装载和卸载的附加细节。图7A表示在之前对图6的说明中被称之为第一位置的晶片转移的俯视图，图7B表示其侧视图。图8表示在之前对图6的说明中被称之为第二位置的晶片转移的侧视图。图6、7A、7B和图8结合在一起表示将工件330装载到工件夹具324上的过程。使用相反的过程从工件夹具卸载工件。

图9表示使用根据本发明实施例的工件扫描器的GCIB处理装置的处理室300D的示意图。除了之前描述的结构和功能之外，图9还表示灵活的冷却、供电以及控制接线398，该接线398将移动的扫描发动机壳316连接到对于扫描发动机和包括工件夹具的扫描总成来说是必要的设备。

图10表示根据本发明的实施例的扫描总成600的一部分的示意图，并表示某些发动机和平衡的细节。旋转扫描发动机315(图2)包含连接于轴332(图2)的永久磁铁转子总成602和定子总成604。旋转的编码轮608连接至轴332(图2)以便于从扫描发动机得到精确的位置反馈，从而便于控制。为了减少传递到扫描发动机壳316和传递到扫描总成支撑结构的振动和其它反应动作，根据(Vanderpot等的)US 2005/0230643A1、US 2005/0232748A1和US 2005/0232749A1号专利文件中所教导的原理，定子总成604优选反向旋转的定子总成，该定子总成对应于转子总成602的旋转而旋转。此外，下部扫描臂318(图2)在毂340(图2)的下面并且相对立于扫描臂的工件夹具末端，具有安装在其下端的平衡装置总成610。上述平衡装置总成610根据传统原理被设计成静态地和/或动态地平衡扫描臂总成，使得旋转的弓形扫描运动504(图4)较平滑地操作。

尽管本发明已经针对各种实施例进行了说明，但是应该认识到本发明还可以有落入本发明的理念内的进一步的或者其它的实施例的广泛的变化。

Claims (26)

1.一种通过离子束路径扫描工件的方法，包含以下步骤：

在长形构件的一端将工件安装在离子束路径内；

围绕长形构件上远离工件的旋转点部分、反复地旋转长形构件，从而沿着弓形路径通过离子束路径对工件进行反复扫描；以及

在位于一端和旋转点之间的接合处弯曲长形构件，将一端移出离子束路径，从而便于在一端安装和移除单个工件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，工件是半导体基片，其中，弯曲长形构件的步骤使工件移动到实质上水平的位置。

3.根据权利要求2所述的方法，进一步包含以下步骤：

在位于长形构件周围的外壳内维持部分真空；以及

当长形构件被弯曲以及工件被处理成在实质上水平的位置时，通过外壳中可闭合的口在一端安装和移除单个工件。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，部分、反复地旋转的步骤使用安装有长形构件的电动机，并且进一步包含维持位于长形构件和电动机周围的外壳内部分真空的步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，进一步包含以下步骤：

在反复扫描的过程中，向上或向下移动长形构件从而使工件的不同部分穿过离子束路径，

其中，移动长形构件的步骤包括对抗重力悬置电动机和长形构件，并因此升高和降低电动机和长形构件。

6.根据权利要求5所述的方法进一步包含导引外壳内悬置的电动机和长形构件的升高和降低的步骤。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，部分、反复地旋转长形构件的步骤使用具有适于作为转子的反作用物的旋转定子的电动机。

8.根据权利要求1所述的方法其特征在于，弯曲步骤包括下列步骤：

朝第一位置机械地靠置长形构件，其中，一端延伸到与离子束路径交叉；

接合长形构件在一端和接合处之间的部分；以及

在接合长形构件部分的步骤中，交替使用移动的步骤从而对抗机械靠置弯曲长形构件。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，安装的步骤使用静电夹盘用于夹持半导体工件。

10.一种通过离子束路径扫描工件的装置，包含：

长形构件，该长形构件用于在长形构件的一端将工件安装在离子束路径内；以及

旋转机构，该旋转机构将长形构件安装在位于长形构件上远离一端的旋转点，并且更进一步用于通过旋转机构和长形构件的部分、反复地旋转，沿着弓形路径通过离子束路径反复扫描安装在一端的工件；

其中，长形构件包括接合处，该接合处位于一端和旋转点之间，并用于使长形构件弯曲从而将一端移出离子束路径，以便于在一端安装和移除单个构件。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，当弯曲长形构件时，长形构件用于使平面工件朝向实质上水平的位置。

12.根据权利要求11所述的装置，进一步包含外壳，该外壳位于长形构件和任何安装于一端的工件的周围，并用于保持其中部分真空，其中，该外壳包括可闭合的口，该口便于在实质上水平位置的长形构件的一端安装和移除单个工件。

13.根据权利要求10所述的装置，进一步包含：

外壳，该外壳位于长形构件和旋转机构的周围并用于保持其中部分真空；

机械装置，该机械装置对抗重力将长形构件和旋转机构悬置在外壳内，并且用于使旋转机构和长形构件向上和向下线性运动，以使安装在一端的工件的不同部分在反复扫描过程中穿过离子束。

14.根据权利要求13所述的装置，进一步包含一个或多个导引构件，该导引构件固定于外壳内并用于导引悬置的旋转机构的升高和降低。

15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，悬置长形构件和旋转机构的机械装置包括弹性抗拉构件和可旋转的滚筒，其中，弹性抗拉构件被安装到旋转机构，并用于环绕滚筒以允许滚筒的旋转升高和降低旋转机构和长形构件。

16.根据权利要求15所述的装置，进一步包含电动机，该电动机位于外壳的外侧并用于控制滚筒旋转。

17.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，长形构件包括静电夹盘，该静电夹盘位于一端并设置成用于将工件安装到长形构件。

18.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，旋转机构包括电动机，该电动机具有用作转子的反作用物的旋转定子。

19.根据权利要求10所述的装置，进一步包含：

靠置机构，该靠置机构用于将接合处周围的长形构件靠置到位于离子束路径内的一端的延伸位置；以及

接合机构，该接合机构用于选择性地接合长形构件在一端和接合处之间的一部分，

其中，长形构件的可选择性接合的部分用于使长形构件在通过接合机构选择性地接合时，响应长形构件的线性运动在接合处弯曲。

20.一种通过离子束路径扫描工件的装置，包含：

长形构件，该长形构件用于在长形构件的一端将工件安装在离子束路径内；

旋转机构，该旋转机构将长形构件安装在位于长形构件上远离一端的旋转点，并进一步用于通过旋转机构和长形构件的部分、反复地旋转，沿着弓形路径通过离子束路径反复扫描安装在一端的工件；

外壳，该外壳位于长形构件和旋转机构周围并用于维持其中的部分真空；以及

机械装置，该机械装置对抗重力将长形构件和旋转机构悬置在外壳内，并且用于使旋转机构和长形构件向上和向下线性运动，以使安装在一端的工件的不同部分在反复扫描过程中穿过离子束。

21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，旋转机构包括电动机，该电动机具有用作转子的反作用物的旋转定子。

22.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，悬置长形构件和旋转机构的机械装置包括弹性抗拉构件和可旋转的滚筒，其中，弹性抗拉构件在相对的一端安装到旋转机构和滚筒，并且用于环绕滚筒以允许滚筒的旋转升高和降低旋转机构和长形构件。

23.根据权利要求21所述的装置，进一步包含电动机，该电动机位于外壳的外侧并用于控制滚筒的旋转。

24.一种通过离子束路径扫描工件的方法，包含以下步骤：

在长形构件的一端将工件安装在离子束路径内；

围绕长形构件上远离工件的旋转点，用安装长形构件的电动机部分、反复地旋转长形构件，以沿着弓形路径通过离子束对工件进行反复扫描；

维持位于长形构件和电动机周围的外壳内的部分真空；以及

向上或向下移动长形构件以使工件的不同部分在反复扫描的过程中穿过离子束路径，

其中，移动长形构件的步骤包括对抗重力悬置电动机和长形构件并因此升高和降低电动机和长形构件。

25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，移动长形构件的步骤包括通过弹性抗拉构件旋转安装到电动机上的滚筒的步骤，其中，抗拉构件的一端用于环绕随其旋转的滚筒。

26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，部分、反复地旋转长形构件的步骤使用电动机，该电动机具有用作转子的反作用物的旋转定子。

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