CN102110569A - 机械扫描工件的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械扫描工件的装置，其包括：一真空腔，该真空腔一侧的侧壁上设有一长条形开口；一密封板，该密封板通过一滑动密封机构与该真空腔的设有该开口的侧壁外表面可相对滑动地密封连接，并且该密封板在相对于该真空腔侧壁滑动的过程中保持该开口与大气环境的真空隔离；一滑动杆，该滑动杆横向轴设于该密封板上并穿过该开口、且一端位于该真空腔中而另一端位于大气环境中，该滑动杆通过一空气轴承与该密封板密封连接；一马达单元，用于驱动该滑动杆的运动；一工件支架，固设于该滑动杆的位于该真空腔中的一端，用于支撑工件。本发明能够执行各种工件扫描动作以及对工件位置和角度的控制，且结构简单、运行可靠、制作成本低、便于维护。

Description

机械扫描工件的装置
技术领域
本发明涉及一种机械扫描工件的装置，特别是涉及一种真空作业环境下的机械扫描工件的装置。
背景技术
在对工件进行加工处理时，往往需要使工件做往复扫描运动，当制程对外界环境的影响较为敏感时，便需要在真空环境下进行作业。例如，在半导体制造领域中广泛采用的离子注入技术，便是把某种元素的原子电离成离子，并使其在几十至几百千伏的电压下进行加速，在获得较高速度后射入置于真空靶室中的工件材料表面，以使其表面的物理、化学及机械性能发生显著变化。由于半导体产品的生产已经逐渐趋向较大的半导体晶圆(从8英寸到12英寸，而现在已向18英寸发展)，单晶圆工艺(一次处理一片晶圆)最近已被广泛地采用。当晶圆尺寸较大，超出了离子束的束流分布范围时，便需要使晶圆工件进行扫描运动，并以预设的角度往复地穿过离子束，从而确保离子束能够以理想的注入角度对工件均匀注入。而晶圆工件越大，所需要的注入时间就越长，于是要想达到一定的注入剂量均匀性和注入角度均匀性也就变得越来越困难。尤其在单晶圆工艺中，对注入到晶圆的束流角度分布和均匀性的要求更是十分严格，因此也就对机械扫描工件的装置提出了更高的要求。
工件的扫描运动一般为一维或二维的运动模式。如图1所示，美国专利6,956,223中便对一种用于离子注入机的典型的二维机械扫描装置做了详细的描述。该装置虽然有其优点，但也存在着以下不足：其采用平面空气轴承来支撑扫描机构的器件、同时保持真空腔内的高真空，所以在机械设计方面比较复杂，并且由此也带来了零件数目多、故障率高、维修困难、制造成本偏高等缺陷。
而在美国专利4234797中曾经介绍了一种滑动密封(sliding Seal)机构，其能够实现一个隔离真空的部件在另一个隔离真空的部件上的滑动，并同时保持真空不被破坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的机械扫描工件的装置结构过于复杂的缺陷，提供一种机械设计较为简洁的机械扫描工件的装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种机械扫描工件的装置，其特点在于，其包括：一真空腔，该真空腔一侧的侧壁上设有一长条形开口；一密封板，该密封板通过一滑动密封机构与该真空腔的设有该开口的侧壁外表面可相对滑动地密封连接，并且该密封板在相对于该真空腔侧壁滑动的过程中保持该开口与大气环境的真空隔离；一滑动杆，该滑动杆横向轴设于该密封板上并穿过该开口、且一端位于该真空腔中而另一端位于大气环境中，该滑动杆通过一空气轴承与该密封板密封连接；一马达单元，用于驱动该滑动杆的运动；一工件支架，固设于该滑动杆的位于该真空腔中的一端，用于支撑工件。
较佳地，该马达单元包括：一第一马达，用于驱动该滑动杆沿其中轴线平移；一第二马达，用于驱动该滑动杆绕其中轴线旋转；一第三马达，用于驱动该滑动杆沿该开口的长度方向平移，并连动该密封板相对于该真空腔侧壁滑动。
较佳地，该开口的长度方向沿纵向，该第三马达驱动该滑动杆在该开口中纵向平移，并连动该密封板相对于该真空腔侧壁纵向滑动。
较佳地，该机械扫描工件的装置还包括一第四马达，该工件支架在该第四马达的驱动下使工件绕一垂直于该滑动杆中轴线的旋转轴旋转。
其中，该滑动密封机构采用多级真空密封。
其中，该工件支架采用静电方式或机械方式支撑工件。
本发明的积极进步效果在于：本发明采用成熟的滑动真空密封技术来替代平面空气轴承的结构，并把该技术与横向滑动杆的设计加以结合，从而不但能够执行离子注入机所需要的各种工件扫描动作，还能够便捷地对工件的位置和角度进行控制，更加有利于优化束流对工件的注入剂量和角度的均匀性，另外，本发明的该装置还具有结构简单、运行可靠、制作成本低、方便安装维护等优点。
附图说明
图1为现有的机械扫描工件的装置的结构示意图。
图2为本发明的机械扫描工件的装置的结构正视图。
图3为本发明的机械扫描工件的装置的结构侧视图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图2、3所示，本发明的该机械扫描工件的装置包括：一真空腔1，对工件2的加工处理作业便在该真空腔1中进行，该真空腔1一侧的侧壁11上设有一长条形开口12，图2、3中所示的为该开口12的长度方向沿纵向设置的情况；一密封板3，其通过一滑动密封机构与该真空腔1的设有该开口12的侧壁11的外表面可相对滑动地密封连接，其中该滑动密封机构用于确保当该密封板3被驱动相对于该侧壁11滑动时，该密封板3真空一侧(图3中该密封板的左侧)的真空度不会被破坏，而该密封板3的位置则被设置为，无论该密封板3相对于该侧壁11进行了设计范围内的何种程度的滑动，该密封板3的有效密封区域(图3中位置P1与位置P2之间的区域)能够始终覆盖该开口12，从而确保该开口12与大气环境的真空隔离，也即确保了该真空腔1中的真空度不会被破坏；一滑动杆4，其横向轴设于该密封板3上并穿过该开口12，并且其一端位于该真空腔1中而另一端则位于大气环境中，该滑动杆4通过一空气轴承41与该密封板3密封连接；一马达单元，用于驱动该滑动杆4在各个维度上的运动；一工件支架，固设于该滑动杆4的位于该真空腔1中的一端，用于通过机械方式或者静电方式支撑工件2。
其中，由于滑动密封技术已经是一种被广泛采用的公知技术，其可以通过多级(一般为两级或三级)抽真空结构5实现，因此，此处对上述的滑动密封机构不做赘述。
该马达单元的具体设计可以根据制程所需的工件运动方式来确定，例如在一离子注入制程中采用的该马达单元可以包括：一第一马达，用于驱动该滑动杆4沿其中轴线平移(沿图3中箭头A的方向)，由于该工件支架是与该滑动杆4固接的，所以工件2也将被带动沿着该滑动杆4的中轴线平移，由此便实现了工件2相对于离子束束流的水平扫描；一第二马达，用于驱动该滑动杆4绕其中轴线旋转(沿图3中箭头B的方向)，同样地，工件2也会随之绕该滑动杆4的中轴线旋转，由此便实现了工件2相对于束流的倾斜角度调整，从而确保束流能够以某一特定的角度注入工件2；一第三马达，用于驱动该滑动杆4沿该开口12的长度方向平移，在本实施例中即沿纵向平移(沿图2和图3中箭头C的方向)，从而带动工件2相对于束流进行垂直扫描。其中，得益于空气轴承41的设计，当该滑动杆4沿图3中箭头A或B所示的方向运动时，其与该密封板3在连接处的真空隔离不会被破坏；而当该滑动杆4沿图2和图3中箭头C所示的方向运动时，其不会与该密封板3发生相对移动，但是会连动该密封板3相对于该真空腔侧壁11发生滑动，得益于上述滑动密封机构的设计，在此过程中，整个真空腔1中的真空度都不会被破坏。在本实施例中仅以该开口12的长度方向沿纵向设置的情况做了说明，但在进行其它领域的工件加工处理时，该开口12的长度方向显然可以根据作业需要加以改换设计。
仍以离子注入为例，当倾斜工件2以实现一定的注入角度时，势必会造成工件2表面上的注入角度不均，因此，本发明的该机械扫描工件的装置还可以包括一第四马达，该工件支架会在该第四马达的驱动下使工件2绕一垂直于该滑动杆4中轴线的旋转轴旋转，由此在工件2的整个表面上实现角度均匀的注入。例如，当工件2的表面处于图3的纸面平面内时，该第四马达驱动下的工件旋转即沿图3中箭头D所示的方向。
本发明能够通过对上述各个马达电流的控制，实现制程所需的各种工件扫描动作，例如水平运动、垂直运动、倾斜运动、旋转运动等等，此外还能够便捷地对工件的位置和角度进行控制，从而确保精确地满足作业所需的各种控制要求，有利于提高对工件的处理质量及处理效率。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种机械扫描工件的装置，其特征在于，其包括：
一真空腔，该真空腔一侧的侧壁上设有一长条形开口；
一密封板，该密封板通过一滑动密封机构与该真空腔的设有该开口的侧壁外表面可相对滑动地密封连接，并且该密封板在相对于该真空腔侧壁滑动的过程中保持该开口与大气环境的真空隔离；
一滑动杆，该滑动杆横向轴设于该密封板上并穿过该开口、且一端位于该真空腔中而另一端位于大气环境中，该滑动杆通过一空气轴承与该密封板密封连接；
一马达单元，用于驱动该滑动杆的运动；
一工件支架，固设于该滑动杆的位于该真空腔中的一端，用于支撑工件。
2.如权利要求1所述的机械扫描工件的装置，其特征在于，该马达单元包括：
一第一马达，用于驱动该滑动杆沿其中轴线平移；
一第二马达，用于驱动该滑动杆绕其中轴线旋转；
一第三马达，用于驱动该滑动杆沿该开口的长度方向平移，并连动该密封板相对于该真空腔侧壁滑动。
3.如权利要求2所述的机械扫描工件的装置，其特征在于，该开口的长度方向沿纵向，该第三马达驱动该滑动杆在该开口中纵向平移，并连动该密封板相对于该真空腔侧壁纵向滑动。
4.如权利要求2或3所述的机械扫描工件的装置，其特征在于，该机械扫描工件的装置还包括一第四马达，该工件支架在该第四马达的驱动下使工件绕一垂直于该滑动杆中轴线的旋转轴旋转。
5.如权利要求1所述的机械扫描工件的装置，其特征在于，该滑动密封机构采用多级真空密封。
6.如权利要求1所述的机械扫描工件的装置，其特征在于，该工件支架采用静电方式或机械方式支撑工件。
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