CN104685604B - 真空中高速预冷站和后热站 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种离子注入系统，该系统向置于冷却夹盘上的处理腔室的真空环境中的工件提供离子。处理腔室内的预冷站具有配置成将工件冷却至第一温度的冷却的工件支撑件，处理腔室内的后热站具有配置成将工件加热至第二温度的加热的工件支撑件。第一温度低于处理温度，第二温度高于外部温度。工件传送臂进一步配置成在夹盘、装载锁定腔室、预冷站及后热站中的两个或两个以上构件之间同时传送两个或两个以上工件。

Description

真空中高速预冷站和后热站
技术领域
本发明大体上涉及离子注入系统，更具体涉及防止在离子注入系统中的工件上形成冷凝。
背景技术
在半导体行业中，通常利用静电夹或夹盘(ESC)在诸如离子注入、蚀刻、化学气相淀积(CVD)等基于等离子或基于真空的半导体制造过程期间夹紧工件或衬底。已证实，ESC的夹紧功能以及工件温度控制在处理半导体衬底或晶片(如硅晶片)中相当重要。标准的ESC例如包括位于导电电极之上的介电层，其中半导体晶片置于ESC的表面上(例如该晶片适于介电层的表面上)。在处理半导体(例如离子注入)期间，通常在晶片与电极之间施加箝制电压，其中由静电力将该晶片夹紧在夹盘表面上。
对于某些离子注入过程，需通过冷却ESC来冷却工件。然而，在温度更低的情况下，当将工件从处理环境(例如真空环境)中的冷ESC传送至外部环境(例如更高压、更高温且湿度更大的环境)内时，会在工件上形成冷凝，甚或大气水分会在工件表面上发生冻结。例如，将离子注入工件之后，通常将工件传送至装载锁定腔室内，随后使该装载锁定腔室通风。当打开装载锁定腔室并自其取出工件时，工件通常曝露在环境空气中(例如在大气压下的“潮湿”暖空气)，其中在该工件上可发生冷凝。冷凝会使粒子沉积在工件上并且/或者使沉淀物遗留在工件上，其会对正面粒子(例如有效区域上)具有不利影响，并会导致瑕疵品及生产损失。
可对工件进行加热，以便试图缓解冷凝导致的不良影响，而这种加热常使工件在ESC上“浸泡”一段时间才能在传送晶片之前达到预定温度。长时间浸泡通常对离子注入系统中的工件生产量造成不利影响。
因此，在现有技术中需要一种设备、系统及方法，用于在“干燥”或抽真空环境与“湿润”或大气环境之间传送冷却工件时，在提高工件生产量的同时减轻工件上的冷凝。
发明内容
本发明通过提供一种用于减少冷却离子注入系统中工件上冷凝并保持合理生产能力的系统、设备及方法来克服现有技术的局限性。因此，下文介绍发明内容的简要概述，以便对本发明的某些方面具有基本了解。该发明内容部分并非本发明的详尽综述。其既非旨在确定本发明的关键元件或主要元件，亦非限定本发明的范围。其目的在于，以简化形式呈现本发明的某些构思，作为下文具体实施方式的引言。
根据本发明，提供一种用于将离子注入冷工件的离子注入系统。该离子注入系统例如包括配置成向位于处理腔室中的工件提供多个离子的离子注入设备，其中该处理腔室具有与其关联的处理环境。在一个实施例中，低于环境温度的夹盘(如低温冷却静电夹盘)配置成在处理腔室内的工件暴露于多个离子期间支撑工件。该低温夹盘进一步配置成将工件冷却至处理温度，其中该处理温度低于外部环境的露点。
根据一方面，提供装载锁定腔室，其中该装载锁定腔室可耦接至处理腔室并配置成使该处理腔室与外部环境隔离。装载锁定腔室进一步包括配置成在处理腔室与中间腔室之间传送工件期间支承工件的工件支撑件。
另外，将预冷站置于处理腔室内，其中该预冷站包括配置用于将工件冷却至第一温度的冷却的工件支撑件。在一实施例中，第一温度显著低于处理温度。该预冷站例如包括配置成支撑工件并将工件冷却至第一温度的冷却板。在另一实施例中，预冷站进一步包括配置成支撑工件外缘的预冷气密圈、配置成使工件在冷却的工件支撑件上保持位置的预冷夹以及配置成在界定于工件与冷却的工件支撑件表面之间的气体冷却空间中提供预冷气的预冷气源。该预冷气的压力例如大体上确定工件的冷却。
另外，还将后热站置于处理腔室内，其中该后热站包括配置用于将工件加热至第二温度的加热的工件支撑件。该后热站例如包括配置成支撑工件并将工件加热至第二温度的加热板。在另一实施例中，后热站进一步包括配置成支撑工件外缘的后热气密圈、配置成使工件在加热的工件支撑件上保持位置的后热夹以及配置成在界定于工件与加热的工件支撑件表面之间的气体加热空间中提供后热气的后热气源。因此，该后热气的压力大体上确定工件的加热。
在一实施例中，夹盘与装载锁定腔室在真空腔室内径向对置，预冷站与后热站在真空腔室内径向对置。
在另一示例性方面，将冷却的工件固持站置于处理腔室内，其中该冷却的工件固持站包括配置成在工件处于第一温度时支承工件的冷工件支撑件。可进一步将加热的工件固持站置于处理腔室内，其中该加热的工件固持站包括配置成在工件处于第二温度时支承工件的热工件支撑件。在另一实施例中，在真空腔室内，夹盘与装载锁定腔室在径向对置，预冷站与后热站在径向对置，并且冷却的工件固持站与加热的工件固持站在径向对置。
根据本发明的另一示例性方面，工件传送臂配置成在夹盘、装载锁定腔室、预冷站及后热站中的两个或更多个构件之间同时传送两个或更多个工件。该工件传送臂例如包括两对彼此约成90度定位的工件传送夹，其中每对工件传送夹在径向相互对置。每对工件传送夹配置成基于工件传送臂的旋转位置，同时自夹盘及装载锁定腔室、自预冷站及后热站和/或自冷却的工件固持站及加热的工件固持站夹住或松开工件。
控制器可进一步配置成至少部分基于所需的生产能力来确定第一温度及第二温度。温度监控系统例如配置成测量工件在预冷站及后热站的温度。由此，控制器进一步配置成至少部分基于所测得的工件温度来控制将工件冷却至第一温度和将工件加热至第二温度。
根据本发明的另一实施例，提供一种用于在低于环境温度的温度下将离子注入工件的方法。将工件设置于外部温度及外部压力下的外部环境中并将其自该外部环境传送至装载锁定腔室。将该装载锁定腔室内的压力降低至大体呈真空，并将工件自装载锁定腔室传送至预冷加以冷却。预冷站例如被冷却至低于处理温度的第一温度，由此迅速冷却工件。随后将工件自预冷站传送至冷却到处理温度的夹盘。
经由离子注入设备将离子注入工件，随后在真空环境内将工件自夹盘传送至后热站。在该后热站加热工件，其中该后热站被加热至高于外部温度的第二温度，在其中迅速加热工件。随后将工件自后热站传送至装载锁定腔室，将该装载锁定腔室内的压力增高至外部压力并将工件自该装载锁定腔室移出。
在一实施例中，将工件自装载锁定腔室传送至预冷站的同时将另一工件自夹盘传送至后热站。同样地，在另一实施例中，将工件自预冷站传送至夹盘的同时将另一工件自后热站传送至装载锁定腔室。
在另一实施例中，将工件自预冷站传送至夹盘包括将工件自预冷站传送至冷却的工件固持站，以及随后将工件自自冷却的工件固持站传送至夹盘；而将工件自后热站传送至装载锁定腔室包括将工件自后热站传送至加热的工件固持站，以及随后将工件自加热的工件固持站传送至装载锁定腔室。这种传送方法允许经由工件传送臂以产量灵活的合理方式同时传送四个工件。
上文的发明内容部分仅旨在简要概述本发明某些实施方案的某些特征，其他实施方案可包括上述特征以外的其他特征和/或不同特征。特别地，该发明内容部分不得理解为限定本申请的保护范围。因此，为实现前述及有关目的，本发明包括下文所述且特别在权利要求书中所指出的特征。下文内容及附图详细阐明本发明的某些说明性实施方案。然而，这些实施方案仅表明采用本发明原理的多种不同方式中的少数几种。在结合附图考虑的情况下，由下文对本发明的详细描述会更清楚理解本发明的其他目的、优点及新颖性特征。
附图说明
图1是根据本发明几方面的包括离子注入系统的示例性真空系统的框图；
图2是根据本发明另一方面的示例性预冷站的剖视图；
图3是根据本发明又一方面的示例性后热站的剖视图；
图4表示根据本发明另一示例性方面的处理腔室；
图5A和图5B表示根据本发明还一方面分别处于打开及闭合位置的示例性工件传送臂；
图6是根据本发明另一方面的另一示例性处理腔室的示意图；
图7表示根据本发明另一方面的工件通过冷却离子注入系统的示例性流程图；
图8表示根据又一方面用于在低于环境温度的温度下将离子注入工件的方法。
具体实施方式
本发明大体上针对一种用于减少冷却离子注入系统中的工件上形成冷凝并保持合理生产能力的系统、设备及方法。相应地，现将参照附图阐述本发明，其中通篇中的相同标号可用于指代相同元件。应当理解，对这些方面的描述仅供说明，而不得解释为限定目的。出于解释目的，在下文中阐明若干具体细节，以便全面理解本发明。然而，本领域技术人员会显而易知，本发明可在不具备这些具体细节的情况下实施。另外，本发明的范围不应受到下文参照附图所述的实施方案或实施例的限制，而仅受所附权利要求书及其等同变化的限制。
还需指出，附图用于说明本发明实施方案的某些方面，由此应视为仅供示意性说明。特别地，根据本发明的实施方案，附图中所示的元件并不一定相互成比例绘制，将附图中各元件的布置选为可清楚理解相应的实施方案，不得理解为必然表示实施中各组件的实际相对位置。此外，若非特别注明，则本文所述的各实施方案及实施例的特征可相结合。
还应理解，在以下描述中，在图中所示或文中所述的功能模块、装置、组件、电路元件或其他实际部件或功能部件之间的任何直接连接或耦接亦可通过间接连接或耦接来实施。此外还应理解，在图中所示的功能模块或部件在一个实施方案中可作为独立特征或电路形式实施，在另一实施方案中亦可或可选择以共同特征或电路来全部或部分实施。举例而言，几个功能模块可作为在共同处理器(如信号处理器)上运行的软件形式实施。还应理解，若非另有相反规定，则在以下说明书中基于导线所述的任何连接亦可作为无线通信形式实施。
根据本发明的一方面，图1表示示例性的真空系统100。在本实施例中的真空系统100包括离子注入系统101，但亦涵盖其他各类型的真空系统，如等离子处理系统或其他半导体处理系统。离子注入系统101例如包括终端102、束线总成104及终端站106。
一般而言，终端102中的离子源108耦接至电源110，以使掺杂剂气体离子化成多个离子且形成离子束112。在本实施例中，引导离子束112穿过射束控向设备114且穿出穿孔116射向终端站106。在终端站106中，离子束112轰击工件118(例如硅晶片、显示面板等半导体)，该工件118选择性地夹至或安装至夹盘120(例如静电夹盘或ESC)。一旦注入的离子嵌入工件118的晶格时，则其改变工件的物理和/或化学性质。鉴此，离子注入用于半导体装置的制造和金属表面处理以及材料科学研究中的各种应用中。
本发明的离子束112可采取任何形式，如笔形束或点束、带状束、扫描束或使离子指向终端站106的任何其他形式，并且所有这些形式均属本发明的范围内。
根据一典型方面，终端站106包括处理腔室122，如真空腔室124，其中处理环境126与该处理腔室关联。处理环境126一般存在于处理腔室122内，在一个实施例中，处理环境126包括由耦接至处理腔室并配置成大体上将该处理腔室抽成真空的真空源128(例如真空泵)所产生的真空。
在利用离子注入系统101注入期间，随着带点离子与工件碰撞，能量可在工件118上以热量形式积聚。倘若缺乏防范措施，这种热量可能会使工件118翘曲或破裂，这在某些实施方案中会致使工件无用(或可用性显著降低)。该热量还会造成传递至工件118的离子量与所需量不同，这会改变所需的功能性。此外，在某些情况下，不仅需要在注入期间冷却工件118以防热积累，还需在低于或高于环境温度的温度下注入离子，以使工件118的表面达成理想的非晶化，从而除了其他方面之外还能够在先进的CMOS集成电路装置制备中形成超浅接面。
因此，根据另一实施例，夹盘120包括低于环境温度的夹盘130，其中低于环境温度的夹盘配置成在工件暴露于离子束112期间在处理腔室122内支撑并冷却工件118或以其他方式使工件118保持预定温度。需指出，尽管在本实施例中将夹盘120称作低于环境温度的夹盘130，但夹盘120同样可包括高于环境温度的夹盘(图中未示)，其中高于环境温度的夹盘配置成在处理腔室122内支撑并加热工件118。
低于环境温度的夹盘130例如是配置成将工件118冷却或冷冻至处理温度的静电夹盘，该处理温度显著低于周围或外部环境132(例如亦称作“大气环境”)的环境或大气温度。同样地，在夹盘120包括上述高于环境温度的夹盘的情况下，该高于环境温度的夹盘可包括配置成将工件118加热至处理温度的静电夹盘，该处理温度显著高于周围或外部环境132的环境或大气温度。可进一步提供冷却系统134，其中在另一实施例中，该冷却系统配置成冷却或冷冻低于环境温度的夹盘130，由此将留在其上的工件118冷却或冷冻至处理温度。在另一实施例中，在高于环境温度夹盘的情况下，还可以类似的方式提供加热系统(图中未示)，其中加热系统配置成加热高于环境温度的夹盘并将留在其上的工件118加热至处理温度。
在真空系统100的某些示例性操作中，处理温度低于外部环境132的环境露点(例如8℃，亦称作露点温度)，如约-40℃的处理温度。在这种操作中，由于处理温度显著低于外部环境132的露点温度，故在工件118暴露于环境温度之前不对其进行加温的情况下，会在其上形成冷凝，由此可能使工件受到有害影响(如下文详述)。
然而，发明人注意到，工件118的冷却会对通过真空系统100的循环时间造成不利影响，其中通常使得工件在夹盘120上“浸泡”至达到所需温度为止。为提高生产能力，本发明提供置于处理腔室120的真空环境126内的预冷站136。预冷站136例如包括冷却的工件支承件138(进一步如图2所示)，其中该冷却的工件支撑件138配置成将工件冷却至第一温度。
冷却的工件支撑件138例如包括导热垫片140(诸如冷却板142)，其中该导热垫片配置成支撑工件并将工件冷却至第一温度。导热垫片140例如包括冷却板142，该冷却板142包括珀尔帖冷却器、膨胀腔室、低温头及循环制冷回路中的一个或多个部件。
在另一示例性方面，图1中的预冷站136进一步包括预冷气密圈144(再如图2所示)，其中该预冷气密圈通常置于冷却的工件支撑件138的外缘附近。预冷气密圈144例如配置成支撑工件118的外缘，并且大体上在工件与冷却的工件支撑件138之间提供密封。根据另一实施例，进一步提供预冷夹148，其中该预冷夹配置成保持工件118在冷却的工件支撑件138上的位置。再如图1所示，进一步提供预冷气源150，其中该预冷气源配置成在如图2所示的气体冷却空间154之间提供预冷气152，其中该气体冷却空间界定于工件118与冷却的工件支撑件138的表面156之间。就此，气体冷却空间154内的预冷气152的压力配置成大体上确定工件118的冷却。
工件118及冷却的工件支撑件138之间的热传导率大体上与工件及冷却的工件支撑件之间的温度差成正比。一般而言，
T(t)＝T∞+(T0-T∞)e(-t/τ) (1)
其中T(t)是随时间变化的受到冷却或加热的工件118的温度，T∞是进行冷却或加热的物件温度，该物件在此情况下位于冷却的工件支撑件138上，T0是工件的初始温度，e是欧拉数(2.71828…)，是时间，τ是取决于传热系数等因素的时间常数。由方程式(1)可以理解，在冷却的工件支撑件138的温度加速达成低于处理温度的第一温度的情况下，工件118基本上会更迅速地达到预定温度。在一实施例中，第一温度是至少低于处理温度的数量级。例如，假使要求零下40度的处理温度，若将冷却的工件支撑件138保持在零下40度，则须耗许多时间常量才能勉强接近零下40度。然而，例如若使将冷却的工件支撑件138达成零下100度的第一温度，则仅在超过半数的时间常量中即可达成零下40度的所需处理温度。就此，冷却的工件支撑件138配置成在第一温度下冷却，其中第一温度显著低于所需的处理温度。
在还一示例性方面，图1中的后热站158进一步置于处理腔室122的真空环境126内，其中该后热站进一步包括加热的工件支撑件160(如图3所示)，该加热的工件支撑件配置成将工件118加热至第二温度。加热的工件支撑件160例如包括另一导热垫片140(诸如加热板161)，其中该导热垫片配置成支撑工件并将工件加热至第二温度。后热站158例如进一步包括后热气密圈162，其中该后热气密圈大体上置于加热的工件支撑件160的边缘164的附近。后热气密圈162例如配置成支撑工件118的外缘146，并且大体上在工件与加热的工件支撑件160之间提供密封。
根据另一实施例，进一步提供后热夹166，其中该后热夹配置成保持工件118在加热的工件支撑件160上的位置。再如图1所示，进一步提供后热气源168，其中该后热气源配置成在如图3所示的气体加热空间172间提供后热气170，其中该气体加热空间界定于工件118与加热的工件支撑件138的表面174之间。就此，气体加热空间172内的后热气170的压力配置成大体上确定工件118的加热。
类似于上述的冷却过程，在图1的后热站158中加热工件118可以加速进行，其中第二温度显著高于处理温度。就此，将工件加热回到外部环境132的外部温度所需的时间可借由本发明而显著减少。在本发明一示例性方面，在处理腔室122内，后热站158及预冷站136大体上相互隔离，其中后热站与预冷站之间的热传递降至最低。在一实施例中，第二温度不高于100度至约150度，在该温度下，常规光阻材料的稳定性开始衰减。
根据另一实施例，进一步提供温度监控系统176且该温度监控系统配置成测量工件118在预冷站136及后热站158的温度(如图4所示)。该温度监控系统176例如包括一个或多个配置成测量留在相应预冷站136及后热站158上的工件118温度的工件温度监控装置178A、178B，由此在对工件冷却及加热期间监控其温度并提高加工效率。在图1中所示的控制器180例如进一步配置成至少部分基于所测得的工件温度来控制将工件118冷却至第一温度和将工件加热至第二温度。
根据另一方面，再参照图1，装载锁定腔室182可进一步耦接至处理腔室122，其中该装载锁定腔室配置成使处理环境126与外部环境132隔离。装载锁定腔室182进一步包括配置成在处理腔室122与外部环境132之间传送工件118期间支撑工件的工件支撑件184。多个装载锁定门186A、186B可将装载锁定腔室182耦接至相应的处理腔室122及外部环境132。
根据本发明的又一方面，提供工件传送臂188，其中该工件传送臂配置成在夹盘120、装载锁定腔室182、预冷站136及后热站158中的两个或更多个构件之间同时传送两个或更多个工件118。根据另一实施例，可进一步提供一个或多个辅助传送臂189，以协助传送工件。如图4详述，工件传送臂188例如包括两对190A、190B彼此约成90度定位的工件传送夹192A、192B，其中每对工件传送夹在径向相互对置。每对190A、190B工件传送夹192A、192B配置成基于工件传送臂188的旋转位置，同时自夹盘120及装载锁定腔室182或者自预冷站136及后热站158夹住或松开工件118。
工件传送臂188例如具有旋转(例如θ)以及移入和移出(例如在z方向上)的能力。工件传送臂188例如是包括两个共同旋转的臂部的组件(图中未示)的部分并且可如同剪刀一样打开及闭合，以便实现抓持和释放工件118。例如，图5A表示两对190A、190B处于打开位置193A的工件传送夹192A、192B，其中工件传送夹可大体上环绕两个或更多个工件118，但并不与其接触。在图5B的实施例中，工件传送夹192A、192B处于闭合位置193B，其中工件传送夹定位成接触并同时夹住两个或更多个工件118。
根据再一方面，如图6所示，冷却的工件固持站194置于处理腔室122内，其中该冷却的工件固持站包括配置成当工件118在预冷站136中处于第一温度时便支撑工件的冷却工件支撑件196。冷却工件支撑件196例如进一步配置成在工件118滞留于冷却工件支撑件196上时保持工件118的温度。进一步将加热的工件固持站198置于处理腔室122内，其中该加热的工件固持站包括配置成在工件118处于第二温度时支承工件的热工件支撑件199。该热工件支撑件199例如进一步配置成在工件118滞留于热工件支撑件199上时保持工件118的温度。
如图6中的实施例所示，在真空腔室122内，夹盘120与装载锁定腔室182在径向对置，预冷站136与后热站158在径向对置，并且冷却的工件固持站194与加热的工件固持站198在径向对置。需指出，夹盘120、装载锁定腔室182、预冷站136、后热站158、冷却的工件固持站194及加热的工件固持站198在处理腔室122内的其他各种构造及位置均视为属于本发明的保护范围。例如，冷却的工件固持站194可置于预冷站136的对面，加热的工件固持站198可置于后热站158的对面。这种构造可根据工件传送臂188的结构提供便利的工件流118。此外，简单起见，将装载锁定腔室182表示为处于处理腔室122内，而应当理解，图4中的装载锁定门186A可将装载锁定腔室182耦接至处理腔室。
现将简要论述工件118结合图1中的真空系统100的示例流程图或传递方式，以便提供操作真空系统的诸多操作实施例之一种实施例。需指出，本发明不仅限于本文所提供的示例流程，将工件118传送至真空系统100、自真空系统100转出工件及在真空系统100内传送工件的各种其他传送方式均属本发明的保护范围内。
如图7所示，在一示例性工件流程200中，在处理腔室122内将图6中的工件118例如自装载锁定腔室182中传送至预冷站136及预热站158中的一个工作站，这取决于要求低于环境温度注入还是高于环境温度注入。举例而言，在低于环境的注入(例如在低于环境温度的温度下注入)中，将工件118传送至预冷站136，其中将工件预冷却至接近处理温度。一旦工件118经由预冷站136冷却(或经由预热站158加热)至接近处理温度，工件118即被传送至夹盘120用于根据处理要求而适当注入离子，或被出送至冷却的工件固持站194以等待后续传送至夹盘。
一旦完成注入，工件118即被移出夹盘120并传送至预冷站136及预热站158的其中一个工作站，这又取决于要求低于环境温度还是高于环境温度注入。如上所述，在以上低于环境注入的实施例中，将工件118传送至预热站158，其中在该实施例中，将工件加热至高于外部环境132的露点温度的温度。一旦工件118受到适当加热，便将工件118传送回装载锁定腔室182，或将其传送至加热的工件固持站198。需指出，图1、图4、图5A-5B及图6中的工件传送臂188配置成在装载锁定腔室182、夹盘120、预冷站136及预热站158之间同时传送两个或更多个工件118(如上述)。
根据本发明的另一典型方面，图8表示提供一种在低于环境温度的温度下加工工件的示例性方法300。需指出，尽管在本文中以一系列动作或事件阐述示例性方法，但应理解，本发明不仅限于这类动作或事件的所示次序，根据本发明，某些步骤会以不同顺序执行且/或与除本文所述之外的其他步骤同时进行。此外，并非所述各步骤均必须用于实现根据本发明的方法。此外应理解，所述方法可结合本文所述的系统以及结合文中未示的其他系统来实施。
图8中的方法300始于动作302，其中将第一工件设置于外部温度即外部压力下的外部环境中。在动作304中，将第一工件自外部环境传送至装载锁定腔室；在动作306中，将装载锁定腔室内的压力降低至充分真空。在动作308中，将第一工件自装载锁定腔室传送至冷注入式离子注入系统中处理腔室的真空环境内的预冷站；在动作310中，在预冷站冷却第一工件。预冷站例如被冷却至低于处理温度的第一温度。在动作310中冷却工件例如包括将工件夹至冷却的工件支撑件并将处于第一温度的背面气体提供至工件背面。
在动作312中，将第一工件自预冷站传送至已冷却到处理温度的夹盘；在动作314中，对工件进行处理，诸如将离子注入其中。根据一实施例，在动作312中将工件自预冷站传送至夹盘还包括将工件自预冷站传送至冷却的工件固持站并进一步将工件自冷却的工件固持站传送至夹盘。
随后在动作316中，在真空环境内将第一工件自夹盘传送至后热站；在动作318中，在后热站加热第一工件，其中后热站被加热至高于外部温度的第二温度。在动作318中加热工件例如包括将工件夹至加热的工件支撑件并将处于第二温度的背面气体提供至工件背面。
随后在动作320中，将第一工件自后热站传送至装载锁定腔室；在动作322中，将装载锁定腔室内的压力增高至外部压力。根据另一实施例，在动作320中将工件自后热站传送至装载锁定腔室还包括将工件自后热站传送至加热的工件固持站并进一步将工件自加热的工件固持站传送至装载锁定腔室。随后在动作324中，可将工件自装载锁定腔室移出。
根据一实施例，在动作308将第一工件自装载锁定腔室传送至预冷站与动作318中将第二工件自夹盘传送至后热站同时进行。同样地，动作312中将工件自预冷站传送至夹盘与将第三工件自后热站传送至装载锁定腔室同时进行，以此类推。因此，可通过本发明实现工件自装载锁定腔室至预冷站、至冷却的工件固持站、至夹盘、至后热站、至加热的工件固持站并返回至装载锁定腔室的连续传送。此外，图1、图4、图5A-5B及图6中的工件传送臂188可在装载锁定腔室182、夹盘120、预冷站136及预热站158之间有利地同时传送两个或更多个工件118(如图4、图5A和图5B所示)。在一附加实施例中，工件传送臂188另外可在图6和图7的冷却的工件固持站194与加热的工件固持站198之间传送工件(如上述)，其中以最佳方式为工件提供适当的加热和冷却以防冷凝的同时，有利地增大产量。
虽然已就某些实施方案对本发明加以阐述，但需指出，上述实施方案仅作为实施本发明某些实施方案的实施例，本发明的应用并非局限于这些实施方案。特别关于由上述组件(总成、装置、电路等)执行的各种功能，若非特别注明，否则用于描述这些组件的术语(包括提及“构件”)旨在对应于执行所述组件的特定功能(即功能上等同)的任意部件，即便其在结构上不等同于执行本文所述的本发明典型实施方案所公开的结构亦然。另外，虽然仅就多个实施方案中的一种方案公开本发明的特定特征，如若适于或利于任何指定或特定应用，则这一特征可结合其它实施方案的一个或多个其他特征。相应地，本发明不限于上述实施方案，但旨在仅受所附权利要求书及其等同变化的限制。

Claims (24)

1.一种离子注入系统，其包括：
处理腔室，其具有与其关联的真空处理环境；
离子注入设备，其配置成向位于所述处理腔室中的工件提供多个离子；
夹盘，其配置成在所述工件暴露于所述多个离子期间在所述处理腔室内支撑所述工件，其中该盘配置成将所述工件冷却至处理温度；
装载锁定腔室，其耦接至所述处理腔室，其中该装载锁定腔室配置成使所述处理环境与外部环境隔离，其中该装载锁定腔室包括配置成在所述处理腔室与所述外部环境之间传送所述工件期间支撑所述工件的工件支撑件；以及
置于所述处理腔室内的预冷站，其中该预冷站包括配置成将所述工件冷却至第一温度的冷却的工件支撑件；
置于所述处理腔室内的冷却的工件固持站，其中该冷却的工件固持站包括配置成接收和支承自所述预冷站传送至其中的工件的冷工件支撑件，其中所述冷工件支撑件进一步配置成在所述工件滞留于其上时保持所述工件的第一温度；
置于所述处理腔室内的后热站，其中该后热站包括配置成将所述工件加热至第二温度的加热的工件支撑件；
置于所述处理腔室内的加热的工件固持站，其中该加热的工件固持站包括配置成接收和支承自所述后热站传送至其中的工件的热工件支撑件，其中所述热工件支撑件进一步配置成在所述工件滞留于其上时保持所述工件的第二温度；以及
工件传送臂，其中该工件传送臂配置成在所述夹盘、所述装载锁定腔室、所述预冷站、所述冷却的工件固持站、所述后热站及所述加热的工件固持站中的两个或更多个构件之间同时传送两个或更多个工件。
2.如权利要求1所述的离子注入系统，其中所述夹盘包括配置成将所述工件冷却至所述处理温度的静电夹盘。
3.如权利要求1所述的离子注入系统，其中所述工件传送臂配置成基于该工件传送臂的旋转位置同时自所述夹盘及所述装载锁定腔室、自所述冷却的工件固持站及所述加热的工件固持站或者自所述预冷站及所述后热站夹住或松开相应工件。
4.如权利要求1所述的离子注入系统，其中所述第一温度低于所述处理温度。
5.如权利要求1所述的离子注入系统，其中所述预冷站包括配置成支撑所述工件并将所述工件冷却至所述第一温度的冷却板，其中所述工件传送臂配置成向/从所述冷却板传送所述工件。
6.如权利要求5所述的离子注入系统，其中所述冷却板包括珀尔帖冷却器、膨胀腔室、低温头及循环制冷回路中的一个或多个部件。
7.如权利要求5所述的离子注入系统，其中所述预冷站进一步包括：
预冷气密圈，其置于所述冷却的工件支撑件的边缘附近，其中该预冷气密圈配置成支撑所述工件的边缘；
预冷夹，其配置成保持所述工件在所述冷却的工件支撑件上的位置；以及
预冷气源，其配置成为界定于所述工件与所述冷却的工件支撑件表面之间的气体冷却空间中提供预冷气，其中该预冷气的压力大体上确定所述工件的冷却。
8.如权利要求1所述的离子注入系统，其中所述后热站包括加热站支撑件，其包括配置成支撑所述工件并将所述工件加热至所述第二温度的加热板，其中所述工件传送臂配置成向/从所述加热板传送所述工件。
9.如权利要求8所述的离子注入系统，其中所述后热站进一步包括：
后热气密圈，其置于所述加热的工件支撑件的边缘附近，其中该后热气密圈配置成支撑所述工件的边缘；
后热夹，其配置成保持所述工件在所述加热的工件支撑件上的位置；以及
后热气源，其配置成为界定于所述工件与所述加热的工件支撑件之间的气体加热空间中提供后热气，其中该后热气的压力大体上确定所述工件的加热。
10.如权利要求9所述的离子注入系统，其中在所述处理腔室内，所述夹盘与所述装载锁定腔室在径向对置，所述预冷站与所述后热站在径向对置，并且所述冷却的工件固持站与所述加热的工件固持站在径向对置。
11.如权利要求10所述的离子注入系统，其中所述工件传送臂包括两对彼此约成90度设置的工件传送夹，其中每对工件传送夹在径向相互对置，其中每对工件传送夹配置成基于所述工件传送臂的旋转位置，相应同时自所述夹盘及所述装载锁定腔室、自所述预冷站及所述后热站或者自所述冷却的工件固持站及所述加热的工件固持站夹住或松开相应工件。
12.如权利要求1所述的离子注入系统，其中在所述处理腔室内，所述夹盘与所述装载锁定腔室径向对置，并且所述预冷站与所述后热站径向对置。
13.如权利要求1所述的离子注入系统，其中所述工件传送臂包括至少一对配置成各自绕轴旋转的工件传送夹，其中所述至少一对工件传送夹配置成基于该至少一对工件传送夹的旋转位置，同时自所述夹盘及所述装载锁定腔室、自所述冷却的工件固持站及所述加热的工件固持站或者自所述预冷站及所述后热站夹住或松开相应工件。
14.如权利要求1所述的离子注入系统，其中所述后热站及所述预冷站在所述处理腔室内大体上彼此隔离。
15.如权利要求1所述的离子注入系统，其进一步包括控制器，该控制器配置成至少部分基于所需的生产能力来确定所述第一温度及所述第二温度。
16.如权利要求15所述的离子注入系统，其进一步包括温度监控系统，该温度监控系统配置成测量所述工件在所述预冷站及所述后热站的温度，其中所述控制器进一步配置成至少部分基于所测得的工件温度，对将工件冷却至所述第一温度及将所述工件加热至所述第二温度进行控制。
17.如权利要求1所述的离子注入系统，其中所述工件传送臂进一步配置成同时抓持和释放两个布置在工件传送臂在径向相互对置的两端的工件，其中所述工件传送臂包括两个配置成选择性共同绕轴旋转并通过相应绕轴旋转选择性呈剪刀状打开及闭合的臂部，其中，在打开位置，两个臂部配置成环绕但并不接触两个工件，而在闭合位置，两个臂部配置成接触并同时夹住两个工件。
18.一种用于在低于环境温度的温度下将离子注入工件的方法，该方法包括：
将工件设置于外部温度及外部压力下的外部环境中；
设置工件传送臂，该工件传送臂包括至少一对在径向相互对置并配置成呈剪刀状打开及闭合的工件传送夹，其中配置成选择性夹住或松开两个或更多个工件的外周；
将所述工件自所述外部环境传送至装载锁定腔室；
将所述装载锁定腔室内的压力降低至充分真空；
经由所述工件传送臂将所述工件自所述装载锁定腔室传送至冷注入式离子注入系统中处理腔室的真空环境内的预冷站；
在所述预冷站冷却所述工件，其中所述预冷站被冷却至低于处理温度的第一温度；
经由所述工件传送臂在真空环境内将所述工件自所述预冷站传送至冷却的工件固持站中的冷工件支撑件；
在所述工件滞留于所述冷工件支撑件上时，经由该冷工件支撑件保持所述工件的第一温度；
经由所述工件传送臂在真空环境内将所述工件自所述冷却的工件固持站传送至冷却到所述处理温度的夹盘；
将离子注入所述工件；
经由所述工件传送臂在真空环境内将所述工件自所述夹盘传送至后热站；
在所述后热站加热所述工件，其中所述后热站被加热至高于所述外部温度的第二温度；
经由所述工件传送臂在真空环境内将所述工件自所述后热站传送至加热的工件固持站中的热工件支撑件；
在所述工件滞留于所述热工件支撑件上时，经由该热工件支撑件保持所述工件的第二温度；
经由所述工件传送臂将所述工件自所述加热的工件固持站传送至所述装载锁定腔室；
将所述装载锁定腔室内的压力增高至所述外部压力；以及
将所述工件移出所述装载锁定腔室。
19.如权利要求18所述的方法，其中冷却工件包括将所述工件夹至冷却的工件支撑件并将处于所述第一温度的背面气体提供至所述工件的背面。
20.如权利要求18所述的方法，其中加热工件包括将所述工件夹至加热的工件支撑件并将处于所述第二温度的背面气体提供至所述工件的背面。
21.如权利要求18所述的方法，其中所述第一温度是至少低于所述处理温度的数量级，所述第二温度不高于约150度。
22.如权利要求18所述的方法，其中将所述工件自所述装载锁定腔室传送至所述预冷站与将另一工件自所述夹盘传送至所述后热站同时进行。
23.如权利要求22所述的方法，其中将所述工件自所述预冷站传送至所述夹盘与将所述另一工件自所述后热站传送至所述装载锁定腔室同时进行。
24.如权利要求18所述的方法，其中传送工件包括同时传送两个或更多个工件。
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