專利名稱：機(jī)械掃描工件的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械掃描工件的裝置，特別是涉及一種真空作業(yè)環(huán)境下的機(jī)械掃 描工件的裝置。
背景技術(shù)：
在對(duì)工件進(jìn)行加工處理時(shí)，往往需要使工件做往復(fù)掃描運(yùn)動(dòng)，當(dāng)制程對(duì)外界環(huán)境 的影響較為敏感時(shí)，便需要在真空環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)。例如，在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中廣泛采用的 離子注入技術(shù)，便是把某種元素的原子電離成離子，并使其在幾十至幾百千伏的電壓下進(jìn) 行加速，在獲得較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、化學(xué) 及機(jī)械性能發(fā)生顯著變化。由于半導(dǎo)體產(chǎn)品的生產(chǎn)已經(jīng)逐漸趨向較大的半導(dǎo)體晶圓(從8 英寸到12英寸，而現(xiàn)在已向18英寸發(fā)展)，單晶圓工藝(一次處理一片晶圓)最近已被廣 泛地采用。當(dāng)晶圓尺寸較大，超出了離子束的束流分布范圍時(shí)，便需要使晶圓工件進(jìn)行掃描 運(yùn)動(dòng)，并以預(yù)設(shè)的角度往復(fù)地穿過離子束，從而確保離子束能夠以理想的注入角度對(duì)工件 均勻注入。而晶圓工件越大，所需要的注入時(shí)間就越長(zhǎng)，于是要想達(dá)到一定的注入劑量均 勻性和注入角度均勻性也就變得越來越困難。尤其在單晶圓工藝中，對(duì)注入到晶圓的束流 角度分布和均勻性的要求更是十分嚴(yán)格，因此也就對(duì)機(jī)械掃描工件的裝置提出了更高的要 求。工件的掃描運(yùn)動(dòng)一般為一維或二維的運(yùn)動(dòng)模式。如圖1所示，美國(guó)專利6，956，223 中便對(duì)一種用于離子注入機(jī)的典型的二維機(jī)械掃描裝置做了詳細(xì)的描述。該裝置雖然有其 優(yōu)點(diǎn)，但也存在著以下不足其采用平面空氣軸承來支撐掃描機(jī)構(gòu)的器件、同時(shí)保持真空腔 內(nèi)的高真空，所以在機(jī)械設(shè)計(jì)方面比較復(fù)雜，并且由此也帶來了零件數(shù)目多、故障率高、維 修困難、制造成本偏高等缺陷。而在美國(guó)專利4234797中曾經(jīng)介紹了一種滑動(dòng)密封(sliding Seal)機(jī)構(gòu)，其能夠 實(shí)現(xiàn)一個(gè)隔離真空的部件在另一個(gè)隔離真空的部件上的滑動(dòng)，并同時(shí)保持真空不被破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的機(jī)械掃描工件的裝置結(jié)構(gòu)過 于復(fù)雜的缺陷，提供一種機(jī)械設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)潔的機(jī)械掃描工件的裝置。本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的一種機(jī)械掃描工件的裝置， 其特點(diǎn)在于，其包括一真空腔，該真空腔一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)有一長(zhǎng)條形開口 ；一密封板，該 密封板通過一滑動(dòng)密封機(jī)構(gòu)與該真空腔的設(shè)有該開口的側(cè)壁外表面可相對(duì)滑動(dòng)地密封連 接，并且該密封板在相對(duì)于該真空腔側(cè)壁滑動(dòng)的過程中保持該開口與大氣環(huán)境的真空隔 離；一滑動(dòng)桿，該滑動(dòng)桿橫向軸設(shè)于該密封板上并穿過該開口、且一端位于該真空腔中而另 一端位于大氣環(huán)境中，該滑動(dòng)桿通過一空氣軸承與該密封板密封連接；一馬達(dá)單元，用于 驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)；一工件支架，固設(shè)于該滑動(dòng)桿的位于該真空腔中的一端，用于支撐工 件。
較佳地，該馬達(dá)單元包括一第一馬達(dá)，用于驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng)桿沿其中軸線平移；一第 二馬達(dá)，用于驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng)桿繞其中軸線旋轉(zhuǎn)；一第三馬達(dá)，用于驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng)桿沿該開口的長(zhǎng) 度方向平移，并連動(dòng)該密封板相對(duì)于該真空腔側(cè)壁滑動(dòng)。較佳地，該開口的長(zhǎng)度方向沿縱向，該第三馬達(dá)驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng)桿在該開口中縱向平 移，并連動(dòng)該密封板相對(duì)于該真空腔側(cè)壁縱向滑動(dòng)。較佳地，該機(jī)械掃描工件的裝置還包括一第四馬達(dá)，該工件支架在該第四馬達(dá)的 驅(qū)動(dòng)下使工件繞一垂直于該滑動(dòng)桿中軸線的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。其中，該滑動(dòng)密封機(jī)構(gòu)采用多級(jí)真空密封。其中，該工件支架采用靜電方式或機(jī)械方式支撐工件。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于本發(fā)明采用成熟的滑動(dòng)真空密封技術(shù)來替代平面空 氣軸承的結(jié)構(gòu)，并把該技術(shù)與橫向滑動(dòng)桿的設(shè)計(jì)加以結(jié)合，從而不但能夠執(zhí)行離子注入機(jī) 所需要的各種工件掃描動(dòng)作，還能夠便捷地對(duì)工件的位置和角度進(jìn)行控制，更加有利于優(yōu) 化束流對(duì)工件的注入劑量和角度的均勻性，另外，本發(fā)明的該裝置還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可 靠、制作成本低、方便安裝維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為現(xiàn)有的機(jī)械掃描工件的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的機(jī)械掃描工件的裝置的結(jié)構(gòu)正視圖。圖3為本發(fā)明的機(jī)械掃描工件的裝置的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖2、3所示，本發(fā)明的該機(jī)械掃描工件的裝置包括一真空腔1，對(duì)工件2的加 工處理作業(yè)便在該真空腔1中進(jìn)行，該真空腔1 一側(cè)的側(cè)壁11上設(shè)有一長(zhǎng)條形開口 12，圖 2、3中所示的為該開口 12的長(zhǎng)度方向沿縱向設(shè)置的情況；一密封板3，其通過一滑動(dòng)密封機(jī) 構(gòu)與該真空腔1的設(shè)有該開口 12的側(cè)壁11的外表面可相對(duì)滑動(dòng)地密封連接，其中該滑動(dòng) 密封機(jī)構(gòu)用于確保當(dāng)該密封板3被驅(qū)動(dòng)相對(duì)于該側(cè)壁11滑動(dòng)時(shí)，該密封板3真空一側(cè)(圖 3中該密封板的左側(cè))的真空度不會(huì)被破壞，而該密封板3的位置則被設(shè)置為，無論該密封 板3相對(duì)于該側(cè)壁11進(jìn)行了設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的何種程度的滑動(dòng)，該密封板3的有效密封區(qū)域 (圖3中位置Pl與位置P2之間的區(qū)域)能夠始終覆蓋該開口 12，從而確保該開口 12與大 氣環(huán)境的真空隔離，也即確保了該真空腔1中的真空度不會(huì)被破壞；一滑動(dòng)桿4，其橫向軸 設(shè)于該密封板3上并穿過該開口 12，并且其一端位于該真空腔1中而另一端則位于大氣環(huán) 境中，該滑動(dòng)桿4通過一空氣軸承41與該密封板3密封連接；一馬達(dá)單元，用于驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng) 桿4在各個(gè)維度上的運(yùn)動(dòng)；一工件支架，固設(shè)于該滑動(dòng)桿4的位于該真空腔1中的一端，用 于通過機(jī)械方式或者靜電方式支撐工件2。其中，由于滑動(dòng)密封技術(shù)已經(jīng)是一種被廣泛采用的公知技術(shù)，其可以通過多級(jí) (一般為兩級(jí)或三級(jí))抽真空結(jié)構(gòu)5實(shí)現(xiàn)，因此，此處對(duì)上述的滑動(dòng)密封機(jī)構(gòu)不做贅述。該馬達(dá)單元的具體設(shè)計(jì)可以根據(jù)制程所需的工件運(yùn)動(dòng)方式來確定，例如在一離子 注入制程中采用的該馬達(dá)單元可以包括一第一馬達(dá)，用于驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng)桿4沿其中軸線平移(沿圖3中箭頭A的方向)，由于該工件支架是與該滑動(dòng)桿4固接的，所以工件2也將被 帶動(dòng)沿著該滑動(dòng)桿4的中軸線平移，由此便實(shí)現(xiàn)了工件2相對(duì)于離子束束流的水平掃描；一 第二馬達(dá)，用于驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng)桿4繞其中軸線旋轉(zhuǎn)(沿圖3中箭頭B的方向)，同樣地，工件2 也會(huì)隨之繞該滑動(dòng)桿4的中軸線旋轉(zhuǎn)，由此便實(shí)現(xiàn)了工件2相對(duì)于束流的傾斜角度調(diào)整，從 而確保束流能夠以某一特定的角度注入工件2 ；—第三馬達(dá)，用于驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng)桿4沿該開口 12的長(zhǎng)度方向平移，在本實(shí)施例中即沿縱向平移(沿圖2和圖3中箭頭C的方向)，從而帶 動(dòng)工件2相對(duì)于束流進(jìn)行垂直掃描。其中，得益于空氣軸承41的設(shè)計(jì)，當(dāng)該滑動(dòng)桿4沿圖3 中箭頭A或B所示的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，其與該密封板3在連接處的真空隔離不會(huì)被破壞；而當(dāng)該 滑動(dòng)桿4沿圖2和圖3中箭頭C所示的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，其不會(huì)與該密封板3發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，但 是會(huì)連動(dòng)該密封板3相對(duì)于該真空腔側(cè)壁11發(fā)生滑動(dòng)，得益于上述滑動(dòng)密封機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)， 在此過程中，整個(gè)真空腔1中的真空度都不會(huì)被破壞。在本實(shí)施例中僅以該開口 12的長(zhǎng)度 方向沿縱向設(shè)置的情況做了說明，但在進(jìn)行其它領(lǐng)域的工件加工處理時(shí)，該開口 12的長(zhǎng)度 方向顯然可以根據(jù)作業(yè)需要加以改換設(shè)計(jì)。仍以離子注入為例，當(dāng)傾斜工件2以實(shí)現(xiàn)一定的注入角度時(shí)，勢(shì)必會(huì)造成工件2表 面上的注入角度不均，因此，本發(fā)明的該機(jī)械掃描工件的裝置還可以包括一第四馬達(dá)，該工 件支架會(huì)在該第四馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下使工件2繞一垂直于該滑動(dòng)桿4中軸線的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，由 此在工件2的整個(gè)表面上實(shí)現(xiàn)角度均勻的注入。例如，當(dāng)工件2的表面處于圖3的紙面平 面內(nèi)時(shí)，該第四馬達(dá)驅(qū)動(dòng)下的工件旋轉(zhuǎn)即沿圖3中箭頭D所示的方向。本發(fā)明能夠通過對(duì)上述各個(gè)馬達(dá)電流的控制，實(shí)現(xiàn)制程所需的各種工件掃描動(dòng) 作，例如水平運(yùn)動(dòng)、垂直運(yùn)動(dòng)、傾斜運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等等，此外還能夠便捷地對(duì)工件的位置和 角度進(jìn)行控制，從而確保精確地滿足作業(yè)所需的各種控制要求，有利于提高對(duì)工件的處理 質(zhì)量及處理效率。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些 僅是舉例說明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背 離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更 和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)械掃描工件的裝置，其特征在于，其包括 一真空腔，該真空腔一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)有一長(zhǎng)條形開口 ；一密封板，該密封板通過一滑動(dòng)密封機(jī)構(gòu)與該真空腔的設(shè)有該開口的側(cè)壁外表面可相 對(duì)滑動(dòng)地密封連接，并且該密封板在相對(duì)于該真空腔側(cè)壁滑動(dòng)的過程中保持該開口與大氣 環(huán)境的真空隔離；一滑動(dòng)桿，該滑動(dòng)桿橫向軸設(shè)于該密封板上并穿過該開口、且一端位于該真空腔中而 另一端位于大氣環(huán)境中，該滑動(dòng)桿通過一空氣軸承與該密封板密封連接； 一馬達(dá)單元，用于驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)；一工件支架，固設(shè)于該滑動(dòng)桿的位于該真空腔中的一端，用于支撐工件。
2.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械掃描工件的裝置，其特征在于，該馬達(dá)單元包括 一第一馬達(dá)，用于驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng)桿沿其中軸線平移；一第二馬達(dá)，用于驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng)桿繞其中軸線旋轉(zhuǎn)；一第三馬達(dá)，用于驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng)桿沿該開口的長(zhǎng)度方向平移，并連動(dòng)該密封板相對(duì)于該真空腔側(cè)壁滑動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的機(jī)械掃描工件的裝置，其特征在于，該開口的長(zhǎng)度方向沿縱向， 該第三馬達(dá)驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng)桿在該開口中縱向平移，并連動(dòng)該密封板相對(duì)于該真空腔側(cè)壁縱向 滑動(dòng)。
4.如權(quán)利要求2或3所述的機(jī)械掃描工件的裝置，其特征在于，該機(jī)械掃描工件的裝置 還包括一第四馬達(dá)，該工件支架在該第四馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)下使工件繞一垂直于該滑動(dòng)桿中軸線 的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械掃描工件的裝置，其特征在于，該滑動(dòng)密封機(jī)構(gòu)采用多級(jí)真空密封。
6.如權(quán)利要求1所述的機(jī)械掃描工件的裝置，其特征在于，該工件支架采用靜電方式 或機(jī)械方式支撐工件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)械掃描工件的裝置，其包括一真空腔，該真空腔一側(cè)的側(cè)壁上設(shè)有一長(zhǎng)條形開口；一密封板，該密封板通過一滑動(dòng)密封機(jī)構(gòu)與該真空腔的設(shè)有該開口的側(cè)壁外表面可相對(duì)滑動(dòng)地密封連接，并且該密封板在相對(duì)于該真空腔側(cè)壁滑動(dòng)的過程中保持該開口與大氣環(huán)境的真空隔離；一滑動(dòng)桿，該滑動(dòng)桿橫向軸設(shè)于該密封板上并穿過該開口、且一端位于該真空腔中而另一端位于大氣環(huán)境中，該滑動(dòng)桿通過一空氣軸承與該密封板密封連接；一馬達(dá)單元，用于驅(qū)動(dòng)該滑動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)；一工件支架，固設(shè)于該滑動(dòng)桿的位于該真空腔中的一端，用于支撐工件。本發(fā)明能夠執(zhí)行各種工件掃描動(dòng)作以及對(duì)工件位置和角度的控制，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、制作成本低、便于維護(hù)。
文檔編號(hào)H01J37/317GK102110569SQ20091020078
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者陳炯 申請(qǐng)人:上海凱世通半導(dǎo)體有限公司