CN1466770A - 批量离子注入系统中的晶片背面气体冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种装置，通过该装置将冷却气体(302)从固定的源提供到在转动或旋转的批量离子注入机处理盘(282，380)中的要被批量离子注入的工件背面。冷却气体(302)给工件到处理盘(282，380)提供改善的热传递，这可有利地与通过处理盘中的通道的冷却流体循环结合来从其中散热相结合。本发明还包括旋转连通(300)，用于把冷却气体(302)从固定外壳(210)输送到旋转批量离子注入机处理盘(282，380)的旋转轴(270)中的气室。此外，设置一密封装置，用于将应用到工件的背面的冷却气体(302)与在其中对工件前面进行离子注入的真空隔开。
Description
技术领域
本发明总的涉及批量离子注入系统，特别涉及批量离子注入机中的晶片背面气体冷却装置及其密封装置。
背景技术
半导体器件制造中，用离子注入来给半导体掺杂杂质。集成电路制造中，用离子束注入机通过离子束处理硅晶片，以制成n型或p型非本征材料掺杂或形成钝化层。用于掺杂半导体时，离子束注入机注射所选类型的离子，以制成所需的非本征材料。从诸如锑，砷或磷等源材料产生的注入离子生成“n型”非本征材料晶片，如果需要“p型”非本征材料晶片，则可以注入由例如硼，镓或铟等源材料生成的离子。
通常的离子束注入机包括离子源，其用于从可离子化的源材料产生带正电荷的离子。产生的离子形成离子束，并沿着预定的离子束路径指向注入位置。离子束注入机可以包括在离子源和注入位置之间延伸的离子束形成和构形结构。离子束形成和构形结构保持离子束，并界定一个细长的内腔或通道，离子束通过该内腔或通道运行到注入位置。操作离子束注入机时必须抽空通道，以减小因离子与气体分子碰撞而偏离预定的离子束路径的几率。
离子质量与其上的电荷的关系(例如，电荷/质量之比)影响被静电或磁场在轴向和横向的加速的程度。由于分子量不符合要求的离子被偏离离子束的位置，因此可以使达到半导体晶片规定区的或其他目标的离子束极纯，防止所需材料以外的其他材料的注入。有选择地分离所需离子和不需要的电荷/质量比的方法已知称为质量分析。质量分析通常是利用质量分析磁铁建立二极磁场，通过能有效分离有不同电荷/质量比的离子的通道，使离子束中的各种离子按弧形偏离。
离子注入机可分成两类，第一类包括序列的多个离子束注入机，其中，半导体晶片或其他工件按顺序的形式被完全地注入离子。这类离子束注入机包括单个工件固定件，它适合于固定或支承要被注入离子的工件。第二类离子束注入机包括批量注入机。其中，多个晶片或多个其他的工件可以在一批中被注入离子。要注入离子的工件安装在单个工件固定件中的可转动的处理盘中。工件固定件通常设在单个的支架上，支架以小角度从处理盘的中心部分向外伸出，当处理盘通过驱动马达按受控制的方式旋转时，利用离心力将工件保持在固定件上。离子源设置成使在沿偏离处理盘的旋转轴的离子束路径提供离子，因此，当工件旋转到离子束路径中时使离子注入工件。有时这种离子注入方法被称为旋转盘离子注人。
当离子注入到工件中时，会在其中产生热，如果不从工件中除去所产生的热则会引起工件损坏，或者引起其他的负面影响。常规的批量离子束注入系统和设备利用其中有例如水等冷却流体循环的内部通道从安装有工件的处理盘散热。通过其上设有工件的多个硫化橡胶或RTV垫将热从工件散发到处理盘。通过使热从工件传送到处理盘，所述RTV垫提供了一定散热。但是，要使工件的热损坏最小则需要改善热传送。此外，目前用的散热的比较粘的RTV会引起其他的问题。特别是，工件可能粘到RTV上，因而造成很难使工件从批量离子束注入机上除去。而且，颗粒易于附着在RTV上，它会转移到工件上，因而，造成不希望出现的工件污染。而且，RTV垫会引起工件电容性充电。因此，还存在仍未解决的改善批量离子束注入系统和装置的需求，需要这些注入系统和装置能消除有关常规RTV工件散热垫所出现的缺陷或使这些缺陷降低到最小程度，并提供改进的工件散热。
发明内容
本发明涉及在离子束注入操作中提供改善的从工件传送热，同时消除当前使用的RTV垫及其相关问题的系统和装置。本发明提供一种装置，通过它使冷却气体从固定源向设在转动或旋转的批量离子注入机处理盘上的要被注入的工件提供。提供冷却气体可以改善从工件向处理盘的热传递，这可有利地结合通过处理盘中的通道的冷却流体循环，以除去处理盘中的热。本发明还包括旋转连通的使用，以将冷却气体从固定外壳传送到旋转批量离子束注入机处理盘的旋转轴中的气室。此外，还提供密封装置，用使应用到工件背面的冷却气体与在其中对所述工件的正面注入离子的真空隔开。因此，本发明改善了热传递，并减少或消除了与常规批量离子注入机相关的颗粒传送、晶片附着和晶片的电容性充电。
按本发明的一个方面，提供一种离子注入系统，它包括：外壳，其具有带有外表面和确定一内腔的内表面的外壁；和第一气室，它穿过外壁在外币的外表面中的第一气体入口和内表面中的出口之间延伸。轴可旋转地安装在外壳的内腔中，用于绕一轴线旋转，它包括在第一和第二端之间轴向延伸的外表面。轴包括第二气室，该气室穿过轴在穿过轴的外表面的第二气体入口和它的第二端之间延伸。处理盘安装到轴的第二端或以其它方式可操作地与轴的第二端接合，用于使处理盘绕所述轴线旋转，处理盘包括与轴的第二气室流体连通的第三气室。
处理盘包括一个或多个从中心部分横向向外延伸的支架，其中，每个支架包括从轴线径向设置的并适合于支承其上的工件的工件固定件。支架包括在相应的工件固定件中的气体输送口，其中，第三气室提供所述轴中的第二气室和工件固定件中的气体输送口之间的流体连通。系统还包括：例如马达等驱动器，用于使轴相对外壳转动；和向外壳中的气体入口提供气体的冷却气源，从而可通过第一、第二、和第三气室向工件的背面供给冷却气体，以除去要在其上注入离子的工件的热。
该系统中包括旋转连通，用来在外壳上的出口和轴上的第二气体入口之间提供流体连通。该连通可包括例如适合于提供外壳外壳的内腔和第一和第二气室之间的密封的磁密封。在这方面，磁密封可包括圆柱形元件，该元件具有：在所述轴的径向外侧设置并围绕该轴的内表面，用于在轴与内表面之间形成间隙；安装在外壳内表面上的外表面；与所述轴形成磁路的磁铁；和填充圆柱形元件内表面与所述轴之间的间隙部分的磁流体，其中，磁流体在外壳的内腔和第一和第二气室之间提供密封。因此，可通过第一、第二和第三气室从冷却气源向工件固定件的供气口可处的工件供给冷却气体，以除去工件上的热。
使用中，离于束注入机在真空室中运行，因此，磁密封在真空室和冷却气体之间，以及冷却气体(也可以是压缩的冷却气)与周围环境之间提供密封。这种双重密封配置容易使压缩的冷却气应用到没有杂质的批量离子注入机中的旋转晶片工件的背面。在这方面，固定外壳的内腔可包括位于轴的第一端附近的第一腔端和位于轴的第二端附近的第二腔端，其中，第一腔端可以处于环境压力，第二腔端是在抽空的注入处理室内。因此，圆柱形的连通元件在设在轴的第一端附近的第一端与设在轴的第二端附近的第二端之间轴向延伸。旋转的连通还包括位于圆柱形元件第一端附近的第一密封部分和圆柱形元件的第二端附近的第二密封部分，第一部分提供第一腔端(例如，环境压力)与第一和第二气室(例如，压缩的冷却气体)之间的密封，第二部分提供第二腔端(例如，真空)与第一和第二气室(例如，冷却气体)之间的密封。
双重密封磁连通例如圆柱形元件的第一密封部分，可以包括：在轴的周围径向外侧设置并围绕该轴的第一内表面，以在其间形成第一间隙，第一间隙轴向设置在圆柱形元件的第一端与第一和第二气室之间；和安装在外壳内表面上的第一外表面。第一磁铁与轴形成第一磁路，第一磁流体充满圆柱形元件内表面与所述轴之间的第一间隙的一部分。因此，构成的第一磁流体在第一腔端与第一和第二气室之间(例如，环境与冷却气体之间)提供可靠的密封，以防止冷却气体泄漏到周围环境中去，或环境气体泄漏到冷却气体中，和防止杂质引入冷却气体。
同样，第二密封部分可以包括：在轴的周围径向外侧设置并围绕轴的第二内表面，以在其间形成第二间隙，第二间隙轴向设置在圆柱形元件的第二端与第一和第二气室之间；和安装在外壳内表面上的第二外表面。第二磁铁与轴形成第二磁路，第二磁流体填充圆柱形元件内表面与所述轴之间的第二间隙的一部分。第二磁流体在第二腔端与第一和第二气室之间(例如，冷却气体与真空室之间)提供密封。
按本发明的另一方面，设置支承批量离子注入系统中的至少一个工件的工件支架。支架包括：外壳，外壳的外壁具有外表面和确定内腔的内表面；第一气室，它穿过外壁在外壁的外表面中的第一气体入口和内表面中的出口之间延伸；和可旋转地安装在外壳内腔中的轴，以绕一轴线旋转，轴具有在第一端与第二端之间轴向延伸的外表面。轴包括在其中穿过在通过该轴的外表面的第二气体入口与第二端之间延伸的第二气室。可以包括一驱动器，以使轴相对外壳旋转，从而在注入机中实现旋转盘注入。
处理盘安装在轴的第二端上，以绕所述轴线旋转，处理盘包括沿轴设置的中心部分和从中心部分横向向外延伸的一个或多个支架。支架包括从所述轴线径向设置的工件固定件，用于将工件支承于其上，工件固定件包括气体输送口。处理盘还包括第三气室，它提供轴中的第二气室与工件固定件的气体输送口之间的流体连通。工件支架还包括旋转连通，它提供外壳的出口与轴的第二气体入口之间的流体连通，流体连通可以包括一磁密封。旋转连通有利于提供气室与外壳腔的第一端和第二端之间的第一和第二密封，从而使通过其中的冷却气体与外部环境压力以及真空室隔开，在真空室中工件的正面被注入的离子。
按本发明的又一个方面，提供一种密封装置，用于使其背面施加有冷却气体的晶片背面与晶片的正面隔开。密封可以用在有可旋转的处理盘的批量离子注入机中，旋转处理盘有至少一个工件固定件，其适合于支承工件并给工件背面供给冷却气体。密封装置包括安装在工件固定件上的环形支承件，密封装置包括：安装在工件固定件上的环形支承件，和安装在支承件上的第一密封件，它有比支承件易挠曲的第一部分，用于在工件周边附近在周边附近与工件背面的一部分接合，从而使工件的正面与冷却气体隔开。
第一密封件的第一部分在大致垂直于工件平面的方向可以是挠性的。这允许处理盘中的工件旋转产生的离心力使第一密封件绕工件的周边偏转，以在其间提供密封接合。可以替换地或组合地，采用机械夹紧装置来给第一密封件提供挠曲，从而实现与工件的周围表面的密封接合。第一密封件的第一部分还可以是相对于环形支承件的中心径向向外悬臂的，从而绕沿大致垂直于工件平面方向的环形轴线枢转。
此外，第一密封件的第一部分可包括向外伸出并与工件周边附近的背面接合的肋，肋具有带向外伸出的尖锐边缘的V-形外形并与工件周边附近的背面接合。注入机中，环形支承件可以与工件固定件脱开，以便更换，密封装置还包括安装在支承件上的第二密封件，支承件具有用径向向外伸出的用于与工件固定件的侧壁接合的肋，以在支承件与工件固定件侧壁之间提供密封。
按本发明的另一方面，提供一密封装置，它包括：安装在工件固定件上的环形支承件；安装在支承件上的第一密封件，密封件具有比支承件易挠曲的第一部分，用于与工件周边附近的背面的一部分接合；和安装在支承件上的第二密封件，其具有径向向外伸出的肋，用于与工件固定件的侧壁或表面接合，以在支承件与工件固定件侧壁之间提供密封。
按本发明的另一方面，提供批量离子注入机处理盘支架，用于将具有周边的工件支承在可旋转处理盘上。支架包括适合于在一平面中支承工件的工件固定件，用于给工件背面供给冷却气体的气体输送部分，安装在工件固定件上的环形支承件，和安装在支承件上的第一密封件，它有比支承件易挠曲的第一部分，用于接合工件周边附近的背面的一部分，以使工件的正面与冷却气体隔开。在支架中，环形支承件可以与工件固定件脱开，以便更换。
支架还包括安装在支承件上并且具有径向向外伸出的肋的第二密封件，用于接合工件固定件的侧壁或表面，以在支承件与工件固定件侧壁之间提供密封。第一密封件的第一部分可以是在大致垂直于工件平面的方向是挠性的，并相对于环形支承件的中心是径向向外悬臂的，以围绕沿大致垂直于工件平面方向的环形轴线枢转。
为实现前述和相关目的，本发明包括以下说明、特别是在权利要求书中特别指出的特征。以下说明和附图详细显示了本发明的某些方面的细节。这些方面示出实施本发明原理的各种方法中的一部分。通过以下结合附图对本发明的详细描述，本发明的其他方面、优点和新的特征将会变得清楚。
附图说明
图1A是实施本发明的离子注入系统的示意性框图：
图1B是对工件进行离子束处理用的离子注入机的局部剖开的侧面正视图；
图2是有转动轴中的冷却流体通道的批量离子注入机的心轴组件的侧面正剖视图：
图3是按本发明一个方面的典型的工件支架心轴组件的侧面正剖视图，工件支架心轴组件具有用于接收从固定气源经转动密封供给的冷却气体的气室；
图4A是按本发明的另一示例性批量离子注入机的工件支架的侧面正剖视图；
图4B是图4A所示的批量离子注入机的工件支架的另一侧面正剖视图；
图5A是按本发明另一方面的示例性密封的端部正视图；
图5B是沿图5A的5B-5B线剖开的示例性密封的侧面正剖视图：
图6是按本发明的另一方面的有冷却气体输送部分的示例性晶片支架的端部正视图；
图7A是图6所示的示例性晶片支架的局部侧面正视图；
图7B是图6和图7A所示的示例性晶片支架的局部侧面正视图；
图8A是按本发明的另一方面的示例性环密封的顶部平面图；
图8B是沿图8A的8B-8B线剖开的环密封的侧面正剖视图；
图8C是沿图8A的8C-8C线剖开的环密封的另一侧面正剖视图；
图8D是图8A-8C所示的与晶片工件接合的示例性密封环的局部侧面正视图；
图9A是在闭合或夹固位置的示例性晶片夹的侧面剖视图；
图9B是图9A所示的晶片夹在打开位置的局部侧剖视图。
具体实施方式
现在参见附图描述本发明，全部附图中相同的元件用相同的标号指示。本发明提供一种装置，用它从固定的压缩气体源给设在转动的或旋转的批量离子注入机处理盘中的批量离子注入机的要被注入的工件背面提供冷却气体。冷却气体可以改善从工件到处理盘的热传递，这可有利地与通过处理盘中的通道进行的冷却流体循环来散除从工件传递来热相结合。本发明还包括旋转馈通装置，用它将冷却气体从固定外壳输送到旋转批量注入机处理盘的转动轴中的气室内。此外，设置密封装置，它使施加到工件背面的冷却气体与在其内进行工件正面的离子注入的真空密封隔开。因此，本发明改善了热传递，减少或消除了与常规批量注入相关的颗粒输送，晶片附着和晶片电容性带电。
现在参见附图，图1A显示出示例性的可以对一个或多个工件进行批量离子注入的离子注入机10。离子注入机10包括：终端12，束线组件14，和末端站16。终端12包括用高压电源22供电的离子源20。离子源20产生供给束线组件14的离子束24。离子束24受质量分析磁铁26的调节。质量分析磁铁26只允许有适当的电荷/质量比的离子通过到达靶30，靶30可包括旋转处理盘(未示出)，旋转处理盘上安装有用来注入来自离子束24的离子的一个或多个半导体晶片或其他工件。受控的离子束24射向末端站16中的靶30。
参见图1B，图1B显示出另一个示例性的批量离子注入机100，其中有利地应用了本发明的一个或多个方面。离子注入机100包括：离子源112，质量分析磁铁114，束线组件115，和靶或末端站116。可膨胀的不锈钢波纹管组件118连接着末端站116和束线组件115，允许末端站116相对束线组件115移动。离子源112包括等离子室120’和离子提取器组件122。能量传递到可离子化的掺杂气体，以在等离子室120中产生离子。尽管本发明能应用于由离子源112产生负离子的系统中，但通常产生正离子。用包括多个电极127的离子提取器组件122通过等离子室120中的槽提取正离子。因此，离子提取器组件122的功能是从等离子室120中提取正离子束128，并使提取的离子加速进入质量分析磁铁114。
质量分析磁铁114用于只让具有适当的电荷/质量比的离子通过从而到达包括分解器外壳123和离子束中和器124的束线组件115。质量分析磁铁114包括处于由具有侧壁130的铝离子束导向装置确定的通道139内并用真空泵131抽真空的弯曲的离子束路径129。用质量分析磁铁114产生的磁场影响沿该离子束路径129传播的离子束128，以去除电荷/质量比不合适的离子。用控制电子装置132控制该二极磁场的强度和取向，电子控制装置132通过磁铁连接器133调节通过磁铁114的场绕组的电流。二极磁场引起离子束128沿弯曲的离子束路径129从离子源112附近的第一或进入轨迹134移动到分解外壳123附近的第二或出去的轨迹135。有不合适的电荷/质量比的离子的离子束128的部分128′和128”偏离弯曲的轨迹并进入铝离子束导向装置的130侧壁。按此方式，磁铁114只允许那些有所需的电荷/质量比的离子束128中的离子通向分解器外壳123。
分解器外壳123包括：终端电极137，用于汇聚离子束128的静电透镜138，和例如法拉第旗(Faraday flag)142等计量指示器。离子束中和器124包括用于中和正电荷的等离子簇射145，带正电荷的离子束128注入的结果是带正电荷的离子以不同方式累积在靶晶片上。用真空泵143对离子束中和器和分解器外壳抽真空。离子束中和器124的下流是末端站116，它包括盘形工件支架或处理盘144，其上安装有要离子注入的晶片。存在于靶平面上的处理盘144与离子束的注入方向大致垂直。用马达146旋转在末端站116处的处理盘144。因此，离子束撞击安装在按圆环路径移动的处理盘上的晶片。末端站116可以适于围绕离子束的路径164和晶片W的交叉点162的枢转，使靶平面可相对该点调节。
离子撞击到晶片或其他工件的过程中，工件中产生热，必须从工件中除去产生的热，以防止对工件的热损坏或使对工件的热损坏减到最小。现在，参见图2，图2显示出批量离子注入机心轴组件200，它有在旋转轴204中的冷却流体通道202，冷却流体(例如水)通过冷却流体通道202循环，以通过处理盘206中的处理盘循环通道202a从旋转的处理盘206散去热。常规的批量离子注入系统中，RTV已用在工件固定件(未示出)中，以在工件固定件中安装的工件与处理盘206之间提供一定程度的热传递。轴204用轴承212可转动地安装在固定外壳210中，以通过马达或其他驱动元件(未示出)经传动齿轮214而旋转。虽然冷却流体通过通道202，202a的循环，结合工件固定件中的RTV垫可以实现一定程度的散热以从工件散热，但改善的散热和消除与RTV有关的缺点是较理想的。
现在参见图3，图3是按本发明的示例性批量离子注入机工件支架心轴组件250的剖视图，该心轴组件用于从固定源252向一个或多个工件(未示出)的背面提供冷却气体。组件250可以用在具有向工件(未示出)提供离子的离子源的批量离子注入系统中。转轴组件包括有外壁256的外壳254，外壁256具有外表面258和确定内腔262的内表面260，内腔262有第一内腔端262a和第二内腔端262b。外壳254还包括通过外壁256在外壁256的外表面258中的第一气体进口266与内表面260中的出口268之间延伸的第一气室264。
轴270可转动地安装在外壳254的内腔262中，用于绕轴线272转动，轴270的外表面274沿轴向在轴270的第一端270a与第二端270b之间延伸。轴270还包括在穿过通过轴270的外表面274的第二气体进口178与轴270的第二端270b之间穿过其延伸的第二气室276。驱动器(未示出)与轴270的第一端270a接合，使轴270可相对于外壳254绕轴线272转动。轴270用旋转轴承280支承在外壳254的腔262中。
处理盘282安装在轴270的第二端270b上，用于绕轴线272转动，并包括沿轴线272设置的中心部分284以及从中心部分284横向向外延伸的一个或多个支架286。支架286包括从轴272径向设置并用于在其上支承工件例如半导体晶片(未示出)的工件固定件288以及气体输送部分290。处理盘282还包括第三气室292，用于在轴274中的第二气室276与工件固定件288中的气体输送部分290之间提供流体连通。
工件支架心轴组件250还包括旋转连通300，用来提供外壳254的外壁256的内表面260中的出口268与轴270的第二气体进口278之间的流体连通。设置旋转连通300和气室264，276和292可以从气源252向安装在工件固定件288中的工件(未示出)背面供给冷却气体302，以进行旋转离子注入，因此提供按本发明的改善的从工件的散热。注意，按本发明用冷却气体散去工件固定件288中的工件的热，允许减少用于提供从工件输送到处理盘282的散热的常规RTV橡胶垫。按此方式，可以使RTV对工件在损坏作用(例如，附着，颗粒污染，电容性充电等)消除或使其减小到最小，从而改善从工件的热传递。此外，如图示的和下文描述的，冷却气体可以与流体(水)冷却结合使用，以进一步改善从要被注入离子的工件的热传递。
旋转连通300可以包括磁密封，用于在外壳254的内腔262和第一气室264和第二气室276之间提供密封。也可以用其他类型的机械密封，磁式密封提供高可靠的真空密封以及高纯度的密封。如果允许杂质掺入冷却气体，则所述杂质会造成对工件的不可接受的污染。因此，本发明人发现磁密封能为要应用到工件上的冷却气体提供足够的压力以及杂质隔离。
组件250用在批量离子注入系统中，在真空中进行离子注入。外壳254的第一腔端262a可以处于环境压力，而第二腔端262b处于真空中。为此，旋转连通300可以包括设在第一气室264和第二气室276以及第一腔端262a之间的第一密封306，和设在第一气室264和第二气室276以及第二腔端262b之间的第二密封308。因此，第一腔端262a处于环境压力，第二腔端262b处于真空中，旋转连通300提供双重密封。使分别流过第一、第二、和第三气室264、276和292的冷却气体与在其中进行离子注入的环境和真空隔离。
参见图4A和4B，其示出了按本发明的另一示例性批量离子注入机工件支架350的剖视图，包括有第一气室354的外壳352，第一气室354穿过外壳352的外壁356在第一气体进口358和出口360之间延伸，出口360通过外壁356的内表面362。第一气室354包括第一部分354a，它从第一气体入口358轴向延伸到第二部分354b，第二部分354b按一定的角度从第一部分354a延伸到出口360。轴364可旋转地安装在外壳352的内腔366中以绕轴线368旋转并支承在轴承370上。轴364包括：在第一端364a与第二端364b之间轴向延伸的外表面372，和在通过所述轴的外表面372的第二气体进口376与轴364的第二端364b之间延伸的第二气室374。轴364还包括安装在第一端364a附近的马达转子支架378，用于与驱动马达(未示出)接合或直接连接到马达转子。
处理盘380安装到轴364的第二端364b上，以绕轴线368旋转，处理盘380有沿轴368设置的中心部分382和从中心部分382横向向外延伸的一个或多个支架384(图4B)。支架384包括从轴线368径向设置并适于将工件(未示出)支承于其上的工件固定件386，还包括气体输送部分388。处理盘380还包括第三气室390，用它在轴364中的第二气室374和工件固定件386中的气体输送部分388之间提供流体连通。
旋转连通392安装在外壳352与轴364之间，在外壳352的出口360和轴364的第二气体进口376之间提供流体连通，由此允许冷却气体从入口358通过气室354，374和390循环到安装在工件固定件386中的工件(未示出)背面。轴364还可包括流体通道394，其用于提供从入口396到处理盘382中的流体通道398的冷却流体(例如，水)，因此从处理盘382的工件固定件386中的工件传送到处理盘382的热(例如，通过使冷却气体经过气室354，374和390循环到安装在工件固定件386中的工件背面)可以被从处理盘382除去。
按本发明的旋转连通(例如，分别在图3和图4中的连通300和392)可以是在固定外壳和旋转轴中的冷却气体室之间提供流体连通的任何形式，以使冷却气体可以通过这些连通循环(例如，通过第一气室264和354，和第二气室276和374)。按本发明的另一方面，如图示的和以下要更详细描述的，旋转连通可以包括一个或多个磁密封。
现在，参见图5A和5B，图示的示例性旋转连通400包括有内表面404的圆柱形件402，它可以是径向向外设置的并围绕轴(例如，分别是图3和4中的轴270和364)以在其间形成间隙(未示出)，外表面406适于安装在一外壳的内表面(例如分别是外壳254和352的表面260和362)上。一对磁铁408a和408b借助沿线410a和410b的轴形成磁路，磁流体(例如铁流体，未示出)填充圆柱形件内表面404与轴之间的一部分间隙。因此，磁流体在外壳内腔与第一和第二气室(例如，图3中的气室264和276)之间提供密封。冷却气体(例如，通过图3中的外壳254的内表面中的出口268)提供给圆柱形件402中的一个或多个部分412，然后，其沿围绕圆柱形件402的内表面404的中心部分环形设置的通道414循环。
磁铁408a和408b与磁流体一起形成的磁场在磁铁408a和408b附近在通道414的任一侧提供磁密封，它分别在旋转连通400的第一端400a和第二端400b与通道414中的冷却气体之间提供压力阻挡层。形成的双重密封结构用于旋转连通，它利于在批量离子注入机心轴组件(例如在图3和4中的组件250和350)中使用，由此，如图示的和上述的，可以用冷却气体除去被注入的工件中的热。
例如，图3中的外壳254的内腔包括在轴270的第一端270a附近的第一腔端262a，和在轴270的第二端270b附近的第二腔端262b。旋转连通400的第一端400a可以朝向第一轴端270a设置，同时第二端400b可以朝向轴270的第二端270b设置。为此，示例性的旋转连通400包括第一密封部分(例如，沿第一端400a附近的线410a的磁流体)，其分别在轴270与圆柱形件402的内表面404之间的间隙(未示出)中在第一腔端262a与气室264和276之间提供密封。例如，这可以使气室264和276中的冷却气体与心轴组件250的第一腔端262a中存在的环境压力隔开。
按相同的方式，旋转连通400可包括第二密封部分(例如，第二端400b附近的沿着线410b的磁流体)，其分别在轴270与圆柱形件402的内表面404之间的间隙(未示出)中在第二腔端262b与气室264和276之间提供密封。例如，这可以将密封室264和276中的冷却气体(例如，受压的气体)与在其中对工件进行离子注入的真空环境隔开。
参见图6，7A和7B。按本发明的另一方面的示例性晶片支架500有冷却气体输送口502和气体传送通道504。支架500包括将支架500安装到处理盘中心部分(例如，图3中处理盘282的中心部分284)上的臂506，使工件固定件508从处理盘的旋转轴线(未示出)沿线510径向向外设置。支架500可包括用于连接到处理盘的沉孔式安装孔512，以及气室514，气室通过臂506为冷却气体(未示出)提供流体连通，以通过气体输送口502达到工件固定件508。工件(未示出)可以相对于所述轴线(未示出)以一小角度安装在工件表面516上，处理盘绕所述轴线旋转。如图示的和以下关于图8A-8D所描述的，工件固定件508还包括安装密封装置的安装孔518。
图8A和8B显示出按本发明的另一方面的批量离子注入机中用的示例性密封装置550，所述批量离子注入机有一可旋转的处理盘(例如，图3的处理盘282)，处理盘具有至少一个工件固定件(例如，图6中的工件固定件508)，其适于在工件平面支承具有周围边缘的圆柱形工件(未示出)，以及给工件背面供给冷却气体。如图示的和以下关于图8D的描述，密封装置550包括：环形支承件552，它可以安装在工件固定件(例如，工件固定件508)上；安装在支承件552上有第一部分556的第一密封件554，第一部分556比支承件552易挠曲并适于与工件的背面的一部分接合。密封装置550可以用紧固件(未示出)经安装接头片568中的孔安装到工件固定件508上。为此，密封装置550可以从工件固定件508拆卸(例如，利用安装紧固件等)拆卸，以便于对密封装置维修和更换。
第一密封件554的第一部分556相对环形支承件552的中心径向向外悬臂，以围绕周边轴线或枢转点558在大致垂直于工件562的平面的方向560中枢转，如图8D所示。在本发明范围内，环形支承件552和第一密封件554可以用任何合适的材料制造。例如，可以用金属制造支承件552，可以用弹性体或任何挠性材料制造挠性密封件554。此外，在本发明范围内，支承件552和第一密封件554可以是用任何合适的材料制造的整体件。第一密封件554的第一部分556可以包括向工件562周边附近的工件背面延伸并与之接合的肋564，以提供密封接合。
按本发明的另一个方面，密封装置550还可包括第二密封件570，如图8C和8D所示，其安装在支承件552上并具有有径向向外延伸的肋，所述肋用于接合工件固定件508的侧壁572，以在支承件552和工件安装侧壁572提供密封。第一和第二密封件554和570的肋可以是例如V-形，但在本发明范围内，也可以用其他外形。注意，在本发明范围内，支承件552，第一密封件554，和/或第二密封件570可以整体构成为一个整体件，并可以用任何合适的材料制造。
如图8D所示，当示例性的密封装置550安装在工件固定件508中时，第一密封件554在V形肋564与工件562的靠近其周边的部分之间提供第一密封580，从而使从工件562的背面584散除热的冷却气体582与在真空中将离子注入其上的工件562的正面586隔开。此外，第二密封部分570在密封装置550与工件固定件508的侧壁572之间提供第二密封，从而防止供给工件562的背面的冷却气体在支承件552的径向向外伸出端与工件固定件508的侧壁572之间泄漏。
再参见图9A和9B，图示的示例性晶片夹600处于闭合或夹固位置，用枢转接合臂602与工件562的顶表面接合(见图9A)，在打开位置(见图9B)，臂602与工件562的顶表面分开。晶片夹600可设置在处理盘的工件固定件中(例如，图7A-7C和8D中的工件固定件508)，以提供密封装置550与工件562的密封接合。处理盘旋转时，工件562在工件固定件508(图6的工件表面516安装后)上的安装角度会引起离心力，离心力有助于第一密封件556的密封肋564压缩，和/或按箭头560(图8D)指示的方向偏转。在此发现，背面冷却气体582(例如，压缩到约3-5乇)的反作用力大于离心力，采用夹紧装置600有利于通过密封装置550确保适当的密封。
尽管已通过某些应用和实施显示和描述了本发明，但是，本行业技术人员通过阅读并理解了本说明书及其附图后会发现，本发明还有等效的替换和改进。特别是有关由上述的多个元件(组件、装置、电路、系统等)执行的各种功能，用于描述这些元件的术语(包括它们所指的“意思”)，除非另外指出，都对应于执行所述元件的特定功能的任何元件(即，功能上等效)，尽管在结构上与所公开的执行这里所示的本发明实施例的功能的结构不同。
此外，尽管在此只公开了本发明的与多种实施例中的一种相关的具体特征，但是，该特征可以与已描述过的其他实施例的其他一个或多个特征结合，对于任何规定的或特定的应用也许是需要的和有利的。而且，这里的详细描述和权利要求书中用的“包含”、“具有”和其他变型都与“包括”相似表示不同的程度。
工业实用性
本发明的系统和方法可以用在半导体制造中，例如用在批量离子注入中，以提供从大气压到批量型离子注入机中的真空的冷却气体。
Claims (25)
1.批量离子注入机中具有可旋转的处理盘，处理盘具有至少一个工件固定件(508)，其用于在一平面内支承具有周边的圆柱形工件(562)，并给工件的背面提供冷却气体，一密封装置用于使晶片的正面与冷却气体隔开，包括：
环形支承件(552)，其安装在工件固定件(508)上；
安装在所述支承件(552)上的第一密封件(554)，其具有比支承件(552)易挠曲并用于与靠近周边的工件(562)的背面的一部分接合以将工件的正面与冷却气体隔开的第一部分(556)。
2.按权利要求1的装置，其中第一密封件(554)的第一部分(556)在与工件平面垂直的方向(560)上是挠性的。
3.按权利要求2的装置，其中第一密封件(554)的第一部分(556)相对于环形支承件(552)的中心是径向向外悬臂的，从而可围绕圆形轴线(558)沿大致垂直于工件(562)的平面的方向(560)枢转。
4.按权利要求1的装置，其中第一密封件(554)的第一部分(556)包括肋(564)，它向着靠近周边的工件(562)背面延伸并与之接合。
5.按权利要求4的装置，还包括第二密封件(570)，它安装在支承件(552)上，并具有径向向外延伸的肋，该径向向外延伸的肋用于与工件固定件(508)的侧壁(572)接合，以在支承件(552)与工件固定件侧壁(572)之间提供密封。
6.按权利要求4的装置，其中肋(564)具有V形外形，带有向着靠近周边的工件(562)背面延伸并与之接合的尖锐边缘。
7.按权利要求6的装置，其中第一密封件(554)的第一部分(556)相对于环形支承件(552)的中心是径向向外悬臂的，从而可绕圆形轴(558)沿大致垂直于工件(562)的平面的方向(560)枢转。
8.按权利要求7的装置，其中在注入机中，环形支承件(552)可以从工件固定件(508)拆卸，从而可对其更换。
9.按权利要求1的装置，其中第一密封件(554)的第一部分(556)相对于环形支承件(552)的中心是径向向外悬臂的，从而可围绕圆形轴(558)沿大致垂直于工件(562)平面的方向(560)枢转。
10.按权利要求1的装置，其中在注入机中，环形支承件(552)可以从工件固定件(508)拆卸，从而可对其更换。
11.在批量离子注入机中具有可旋转的处理盘，处理盘具有工件固定件(508)，其用于在一平面中支承具有周边的圆柱形工件(562)，并给工件的背面提供冷却气体，一密封装置用于使晶片的正面与冷却气体隔开，包括：
环形支承件(552)，其安装在工件固定件(508)上；
安装在支承件(552)上的第一密封件(554)，其具有与比支承件(552)易挠曲，并用于与靠近周边的工件(562)背面的一部分接合以将工件的正面与冷却气体隔开的第一部分(556)；和
第二密封件(570)，其安装在支承件(552)上，并具有径向向外延伸的肋，该径向向外延伸的肋用于与工件固定件(508)的侧壁(572)接合，以在支承件(552)与工件固定件侧壁(572)之间提供密封。
12.按权利要求11的装置，其中第一密封件(554)的第一部分(556)在垂直于工件(562)的平面的方向(560)上是挠性的。
13.按权利要求12的装置，其中第一密封件(554)的第一部分(556)相对于环形支承件(552)的中心是径向向外悬臂的，从而可绕圆形轴(558)沿大致垂直于工件平面的方向(560)枢转。
14.按权利要求11的装置，其中第一密封件(554)的第一部分(556)包括肋(564)，肋(564)向外延伸并与周边附近的工件(562)的背面接合。
15.按权利要求14的装置，其中肋(564)具有V形外形，带有向外延伸并与靠近周边的工件(562)的背面接合的尖锐边缘。
16.按权利要求15的装置，其中第一密封件(554)的第一部分(556)相对于环形支承件(552)的中心是径向向外悬臂的，从而可绕圆形轴(558)沿大致垂直于工件平面的方向(560)枢转。
17.按权利要求16的装置，其中在离子注入机中，环形支承件(552)可以从工件固定件(508)拆卸，从而可对其更换。
18.一种批量离子注入机处理盘支架，用于将具有周边的圆柱形工件支承在可旋转的处理盘上，包括：
至少一个工件固定件(508)，其用于在一平面中支承工件；
气体输送口(502)，其用于给工件背面提供冷却气体；
环形支承件(552)，其安装在工件固定件(508)上；和
安装在支承件(552)上的第一密封件(554)，其具有与比支承件(552)易挠曲，并用于与周边附近的工件(562)的背面的一部分接合以将密封工件的正面与冷却气体隔开的第一部分(556)。
19.按权利要求18的支架，其中，在支架中，环形支承件(552)可以从工件固定件(508)拆卸，从而可对其更换。
20.按权利要求18的支架，还包括第二密封件(570)，其安装在支承件(552)上，并具有径向向外延伸的肋，该肋用于与工件固定件(508)的侧壁接合，以在支承件(552)与工件固定件侧壁(572)之间提供密封。
21.按权利要求18的支架，其中第一密封件(554)的第一部分(556)在垂直于工件平面的方向(560)上是挠性的。
22.按权利要求18的支架，其中第一密封件(554)的第一部分(556)是相对于环形支承件(552)的中心是径向向外悬臂的，从而可围绕圆形轴(558)沿大致垂直于工件平面的方向(560)枢转。
23.一种将工件固定到处理盘上的方法，包括：
用至少一个紧固件将环形密封(550)安装到处理盘上；
将工件支承到环形密封上；
用环形密封在工件与处理盘之间提供密封。
24.按权利要求23的方法，还包括更换环形密封。
25.按权利要求23的方法，其中环形密封包括第一密封件(554)和第二密封件(570)，其中利用环形密封在工件与处理盘之间提供密封包括，使第一密封件(554)与工件密封接合，和使第二密封件(570)与处理盘密封接合。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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