发明名称 用于输送冷却气体从大气压经由在分批离子植入机中之旋转密封至高真空之系统及方法
摘要 本发明系提供从固定源供应冷却气体(302)至分批离子植入机工件背侧之装置,该工件系在旋转或转动分批植入机处理圆盘(282、380)中布植。该冷却气体(302)系提供从工件至处理圆盘(282、380)改善之热量转移,其可有效地结合冷却流体通过处理圆盘通道之循环以从其移除热量。本发明更包含一种旋转供给通道(300),其系用以从固定机壳(210)输送冷却气体(302)至转动该分批植入机处理圆盘(282、380)的旋转机轴(270)之气体空腔。此外,提供一种密封装置,其密封施加至该工件背侧之冷却气体(302)以与被布植之工件前侧之真空隔绝。
申请公布号 TW512392 申请公布日期 2002.12.01
申请号 TW090120485 申请日期 2001.08.21
申请人 艾克塞利斯科技公司 发明人 罗伯特 约翰 米崔
分类号 H01J37/08 主分类号 H01J37/08
代理机构 代理人 林镒珠 台北市长安东路二段一一二号九楼
主权项 1.一种离子植入系统,其包含:一机壳(210),其系包含具有外侧表面(258)及界定壁内部空腔(262)之内侧表面(260)的外壁(256),以及延伸通过在外壁(256)之外侧表面(258)之第一气体入口开孔(266)以及内侧表面(260)之出口开孔(268)之间之外壁(256)的第一气体空腔(264);一机轴(270),其系可旋转地安装在机壳(210)之内部空腔(262),以用于对着轴(272)旋转,并在第一末端(270a)及第二末端(270b)之间轴向延伸,该机轴(270)更具有延伸通过第二气体入口开孔(278)以及第二末端(270b)之第二气体空腔(276);一处理圆盘(282),其系安装在机轴(270)之第二末端(270b)上,以用于对着轴(272)旋转且用于支撑工件于其上,并具有一气体供给埠(290),以及在机轴(270)之第二气体空腔(276)及气体供给埠(290)之间提供流体通道之第三气体空腔(292);一旋转供给通道(300),其系提供机壳(210)之出口开孔(268)以及机轴(270)之第二气体入口(278)之间之流体通道;一冷却气体源(252),其系用于供应气体(302)至机壳(210)之第一气体入口开孔(266);以及一离子源(112),其系用于供应离子至安装于处理圆盘(282)之工件;其中,该冷却气体源(252)系经由第一、第二及第三气体空腔(264.276.292)供应冷却气体(302)至工件,以从该工件移除热量。2.如申请专利范围第1项之系统,其中,该旋转供给通道(300)系包含磁性密封。3.如申请专利范围第1项之系统,其中,该处理圆盘(282.380)系包含复数个从该处理圆盘之中心部份(382)水平向外延伸之台座(384),该台座(384)每个系包含从轴(368)径向放置且用于支撑其上之工件并具有气体供给埠(388)之工件底座(386),其中,该第三气体空腔(292)系提供机轴(270)之第二气体空腔(276)以及工件底座(386)之气体供给埠(388)之间之流体通道,且其中,该冷却气体源(252)系经由第一、第二及第三气体空腔(264.276.292)供应冷却气体(302)至工件底座(386)之气体供给埠(388)之工件,以从该工件移除热量。4.如申请专利范围第1项之系统,其中,该旋转供给通道(300)系用于提供该机壳(210)之内部空腔(262)以及该第一及第二气体空腔(264.276)之间之密封(306)。5.如申请专利范围第4项之系统,其中,该旋转供给通道(300)系包含一磁性密封。6.如申请专利范围第5项之系统,其中,该磁性密封系包含一圆柱构件(402),其具有从机轴(270.364)放射状向外放置并围绕该机轴以形成其间之间隙的内侧表面(404),安装在机壳(254.352)之内侧表面(260.362)的外侧表面(406),与机轴形成磁路的磁铁(408),以及填满圆柱构件内侧表面(404)以及机轴(270.364)之间之间隙部份的磁性流体,其中,该磁性流体系提供机壳之内部空腔(262)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间的密封。7.如申请专利范围第6项之系统,其中,该机壳之内部空腔(262)系包含靠近机轴之第一末端(270a)的一第一空腔末端(262a)以及放置在机轴之第二末端(270b)附近的一第二空腔末端(262b),且其中,该圆柱构件(402)系在朝机轴之第一末端(270a)放置一之第一末端(400a)以及朝机轴之第二末端(270b)放置之一第二末端(400b)之间轴向延伸,并更包含在该圆柱构件(402)之第一末端(400a)附近且提供第一空腔末端(262a)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间之密封的一第一密封部份,以及在该圆柱构件(402)之第二末端(400b)附近且提供第二空腔末端(262b)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间之密封的一第二密封部份。8.如申请专利范围第7项之系统,其中,该圆柱构件(402)之第一密封部份系包含:一第一内侧表面(404),其系从机轴(270.364)放射状向外放置并围绕该机轴以形成其间之第一间隙,该第一间隙系轴向地放置在圆柱构件之第一末端(400a)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间;一第一外侧表面(406),其系安装在机壳(210)之内侧表面(260);一第一磁铁(408a),其系与机轴(270.364)形成第一磁路;以及一第一磁性流体,其系填满圆柱构件内侧表面(404)以及机轴(270.364)之间的第一间隙部份,其中,该第一磁性流体系提供第一空腔末端(262a)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间的密封,且其中,该圆柱构件(402)之第二密封部份系包含:第二内侧表面(404),其系从机轴(270.364)放射状向外放置并围绕该机轴以形成其间之第二间隙,该第二间隙系轴向地放置在圆柱构件之第二末端(400b)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间;第二外侧表面(406),其系安装在机壳之内侧表面(260);第二磁铁(408b),其系与机轴(270.364)形成第二磁路;以及第二磁性流体,其系填满圆柱构件内侧表面(404)以及机轴(270.364)之间的第二间隙部份;其中,该第二磁性流体系提供第二空腔末端(262b)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间的密封。9.如申请专利范围第8项之系统,其中,该处理圆盘(282.380)系包含复数个从处理圆盘之中心部份(382)水平向外延伸之台座(384),该台座(384)每个系包含从轴(368)径向放置且用于支撑其上之工件并具有气体供给埠(388)的一工件底座(386),其中,该第三气体空腔(292)系提供机轴(270)之第二气体空腔(276)以及工件底座(386)之气体供给埠(388)之间的流体通道,且其中,该冷却气体源(252)系经由第一、第二及第三气体空腔(264.276.292)供应冷却气体(302)至在工件底座(386)之气体供给埠(388)之工件以从该工件移除热量。10.如申请专利范围第1项之系统,其中,该机壳之内部空腔(262)系包含靠近机轴之第一末端(270a)的第一空腔末端(262a)以及放置在机轴之第二末端(270b)附近的第二空腔末端(262b),且其中,该旋转供给通道(300)系在朝机轴之第一末端(270a)放置之第一末端(400a)以及朝机轴之第二末端(270b)放置之第二末端(400b)之间轴向延伸,并更包含在该旋转供给通道(300)之第一末端(400a)附近且提供第一空腔末端(262a)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间之密封的一第一密封部份,以及在该旋转供给通道(300)之第二末端(400b)附近且提供第二空腔末端(262b)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间之密封的一第二密封部份。11.如申请专利范围第10项之系统,其中,该旋转供给通道(300)系包含一磁性密封。12.如申请专利范围第10项之系统,其中,该处理圆盘(282.380)系包含复数个从处理圆盘之中心部份(382)水平向外延伸之台座(384),该台座(384)每个系包含从轴(368)径向放置且用于支撑其上之工件并具有气体供给埠(388)的一工件底座(386),其中,该第三气体空腔(292)系提供机轴(270)之第二气体空腔(276)以及工件底座(386)之气体供给埠(388)之间的流体通道,且其中,该冷却气体源(252)系经由第一、第二及第三气体空腔(264.276.292)供应冷却气体(302)至在工件底座(386)之气体供给埠(388)之工件以从该工件移除热量。13.一种用于在分批离子布植系统中支撑至少一个工件之工件支撑器,其包含:一机壳(210),其系包含具有外侧表面(258)以及界定壁内部空腔(262)之内侧表面(260)的外壁(256),以及延伸通过在外壁(256)之外侧表面(258)之第一气体入口开孔(266)以及内侧表面(260)之出口开孔(268)之间之外壁(256)的第一气体空腔(264);一机轴(270),其系可旋转地安装在机壳(210)之内部空腔(262)以用于对着轴(272)旋转,并在第一末端(270a)及第二末端(270b)之间轴向延伸,该机轴(270)更具有延伸通过第二气体入口开孔(278)以及第二末端(270b)之第二气体空腔(276);一处理圆盘(282),其系安装在机轴(270)之第二末端(270b)上以用于对着轴(272)旋转且用于支撑工件于其上,并具有气体供给埠(290)以及在机轴(270)之第二气体空腔(276)及气体供给埠(290)之间提供流体通道之第三气体空腔(292);以及一旋转供给通道(300),其系提供机壳(210)之出口开孔(268)以及机轴(270)之第二气体入口(278)之间之流体通道。14.如申请专利范围第13项之支撑器,其更包含用于供应气体至机壳(210)之第一气体入口开孔(266)的冷却气体源(252),其中,该冷却气体源(252)系经由第一、第二及第三气体空腔(264.276.292)供应冷却气体(302)至在气体供给埠(290)之工件,以从该工件移除热量。15.如申请专利范围第13项之支撑器,其中,该旋转供给通道(300)系包含一磁性密封。16.如申请专利范围第13项之支撑器,其中,该处理圆盘(282.380)系包含复数个从该处理圆盘之中心部份(382)水平向外延伸之台座(384),该台座(384)每个系包含从轴(368)径向放置且用于支撑其上之工件并具有气体供给埠(388)之一工件底座(386),其中,该第三气体空腔(292)系提供机轴(270)之第二气体空腔(276)以及工件底座(386)之气体供给埠(388)之间之流体通道,且其中,该冷却气体源(252)系经由第一、第二及第三气体空腔(264.276.292)供应冷却气体(302)至工件底座(386)之气体供给埠(388)之工件,以从该工件移除热量。17.如申请专利范围第13项之支撑器,其中,该旋转供给通道(300)系用于提供该机壳(210)之内部空腔(262)以及该第一及第二气体空腔(264.276)之间之密封(306)。18.如申请专利范围第17项之支撑器,其中,该旋转供给通道(300)系包含一磁性密封。19.如申请专利范围第18项之支撑器,其中,该磁性密封系包含一圆柱构件(402),其具有从机轴(270.364)放射状向外放置并围绕该机轴以形成其间之间隙的内侧表面(404),安装在机壳(210.352)之内侧表面(260.362)的外侧表面(406),与机轴形成磁路的磁铁(408),以及填满圆柱构件内侧表面(404)以及机轴(270.364)之间之间隙部份的磁性流体,其中,该磁性流体系提供机壳之内部空腔(262)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间的密封。20.如申请专利范围第19项之支撑器,其中,该机壳之内部空腔(262)系包含靠近机轴之第一末端(270a)的第一空腔末端(262a)以及放置在机轴之第二末端(270b)附近的第二空腔末端(262b),且其中,该圆柱构件(402)系在朝机轴之第一末端(270a)放置之第一末端(400a)以及朝机轴之第二末端(270b)放置之第二末端(400b)之间轴向延伸,并更包含在该圆柱构件(402)之第一末端(400a)附近且提供第一空腔末端(262a)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间之密封的第一密封部份,以及在该圆柱构件(402)之第二末端(400b)附近且提供第二空腔末端(262b)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间之密封的第二密封部份。21.如申请专利范围第20项之支撑器,其中,该圆柱构件(402)之第一密封部份系包含:第一内侧表面(404),其系从机轴(270.364)放射状向外放置并围绕该机轴以形成其间之第一间隙,该第一间隙系轴向地放置在圆柱构件之第一末端(400a)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间;第一外侧表面(406),其系安装在机壳(210)之内侧表面(260);第一磁铁(408a),其系与机轴(270.364)形成第一磁路;以及第一磁性流体,其系填满圆柱构件内侧表面(404)以及机轴(270.364)之间的第一间隙部份,其中,该第一磁性流体系提供第一空腔末端(262a)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间的密封,且其中,该圆柱构件(402)之第二密封部份系包含:第二内侧表面(404),其系从机轴(270.364)放射状向外放置并围绕该机轴以形成其间之第二间隙,该第二间隙系轴向地放置在圆柱构件之第二末端(400b)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间;第二外侧表面(406),其系安装在机壳之内侧表面(260);第二磁铁(408b),其系与机轴(270.364)形成第二磁路;以及第二磁性流体,其系填满圆柱构件内侧表面(404)以及机轴(270.364)之间的第二间隙部份,其中,该第二磁性流体系提供第二空腔末端(262b)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间的密封。22.如申请专利范围第21项之支撑器,其中,该处理圆盘(282.380)系包含复数个从处理圆盘之中心部份(382)水平向外延伸之台座(384),该台座(384)每个系包含从轴(368)径向放置且用于支撑其上之工件并具有气体供给埠(388)的一工件底座(386),且其中,该第三气体空腔(292)系提供机轴(270)之第二气体空腔(276)以及工件底座(386)之气体供给埠(388)之间的流体通道。23.如申请专利范围第14项之支撑器,其中,该机壳之内部空腔(262)系包含靠近机轴之第一末端(270a)的第一空腔末端(262a)以及放置在机轴之第二末端(270b)附近的第二空腔末端(262b),且其中,该旋转供给通道(300)系在朝机轴之第一末端(270a)放置之第一末端(400a)以及朝机轴之第二末端(270b)放置之第二末端(400b)之间轴向延伸,并更包含在该旋转供给通道(300)之第一末端(400a)附近且提供第一空腔末端(262a)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间之密封的第一密封部份,以及在该旋转供给通道(300)之第二末端(400b)附近且提供第二空腔末端(262b)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间之密封的第二密封部份。24.如申请专利范围第23项之支撑器,其中,该旋转供给通道(300)系包含磁性密封。25.如申请专利范围第23项之支撑器,其中,该处理圆盘(282.380)系包含复数个从处理圆盘之中心部份(382)水平向外延伸之台座(384),该台座(384)每个系包含从轴(368)径向放置且用于支撑其上之工件并具有气体供给埠(388)的工件底座(386),其中,该第三气体空腔(292)系提供机轴(270)之第二气体空腔(276)以及工件底座(386)之气体供给埠(388)之间的流体通道,且其中,该冷却气体源(252)系经由第一、第二及第三气体空腔(264.276.292)供应冷却气体(302)至在工件底座(386)之气体供给埠(388)之工件,以从该工件移除热量。26.一种分批离子植入系统,其包含:一机壳(210),其系具有内部空腔(262)以及在第一气体入口(266)及第一气体出口(268)之间提供流体通道之第一气体空腔(264);一机轴(270),其系可安装在机壳(210)之内部空腔(262),以用于对着轴(272)旋转,并具有在第二气体入口(278)及第二气体出口(270b)之间提供流体通道之第二气体空腔(276);一旋转供给通道(300),其系与机轴(270)及机壳(210)配合操作,以提供机壳(210)之第一气体出口(268)以及机轴之第二气体入口(278)之间之流体通道;一处理圆盘(282.380),其系安装在具有气体供给埠(388)于其内之机轴(270)上且用于支撑其上之工件,并具有在第二气体出口(270b)以及气体供给埠(388)之间提供流体通道之第三气体空腔(292);一冷却气体源(252),其系用于供应冷却气体(302)通过第一气体入口(266)并经由第一、第二及第三气体空腔(264.276.292)至安装在工件底座(386)之工件;以及一离子源(112),其系用于供应离子至安装在工件底座(386)之工件。27.如申请专利范围第26项之系统,其中,该旋转供给通道(300)系包含一磁性密封,以用于提供机壳(210)之内部空腔(262)以及第一、第二及第三气体空腔(264.276.292)之间之密封。28.如申请专利范围第26项之系统,其中,该机轴系包含第一及第二轴向末端(270a、270b),其中,该处理圆盘(282.380)系安装在机轴之第二末端(270b),其中,该机壳(210)之内部空腔(262)系包含靠近机轴之第一末端(270a)的第一空腔末端(262a)以及置于机轴(270)之第二末端(270b)附近的第二空腔末端(262b),且其中,该旋转供给通道(300)系在朝机轴之第一末端(270a)放置的第一末端以及朝机轴之第二末端(270b)放置的第二末端之间轴向延伸,并更包含在该旋转供给通道(300)之第一末端附近且提供第一空腔末端(262a)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间之密封的第一密封部份,以及在该旋转供给通道(300)之第二末端附近且提供第二空腔末端(262b)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间之密封的第二密封部份。29.一种用于在分批离子植入系统中支撑至少一个工件之工件支撑器,其包含:一机壳(210),其系具有内部空腔(262)以及在第一气体入口(266)及第一气体出口(268)之间提供流体通道之第一气体空腔(264);一机轴(270),其系可安装在机壳(210)之内部空腔(262)以用于对着轴(272)旋转,并具有在第二气体入口(278)及第二气体出口(270b)之间提供流体通道之第二气体空腔(276);一旋转供给通道(300),其系与机轴(270)及机壳(210)配合操作,以提供机壳(210)之第一气体出口(268)以及机轴之第二气体入口(278)之间之流体通道;以及一处理圆盘(282.380),其系具有气体供给埠(388)于其内并用于支撑工件于其上,并具有在第二气体出口(270b)以及气体供给埠(388)之间提供流体通道之第三气体空腔(292)。30.如申请专利范围第29项之支撑器,其更包含一冷却气体源(252),其系用于供应冷却气体(302)通过第一气体入口(266)并经由第一、第二及第三气体空腔(264.276.292)至工件上。31.如申请专利范围第29项之支撑器,其中,该旋转供给通道(300)系包含一磁性密封,以用于提供机壳(210)之内部空腔(262)以及第一、第二及第三气体空腔(264.276.292)之间之密封。32.如申请专利范围第29项之支撑器,其中,该机轴(270)系包含第一及第二轴向末端(270a、270b),其中,该处理圆盘(282.380)系安装在机轴之第二末端(270b),其中,该机壳之内部空腔(262)系包含靠近机轴之第一末端(270a)的第一空腔末端(262a)以及置于机轴之第二末端(270b)附近的第二空腔末端(262b),且其中,该旋转供给通道(300)系在朝机轴之第一末端(270a)放置的第一末端以及朝机轴之第二末端(270b)放置的第二末端之间轴向延伸,并更包含在该旋转供给通道(300)之第一末端附近且提供第一空腔末端(262a)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间之密封的第一密封部份,以及在该旋转供给通道(300)之第二末端附近且提供第二空腔末端(262b)以及第一及第二气体空腔(264.276)之间之密封的第二密封部份。33.一种在分批离子植入系统中冷却工件之方法,其包含下列步骤:供应冷却气体(302)到至少部份之工件;以及使用该冷却气体(302)从工件移除热量。34.如申请专利范围第33项之方法,其中,供应冷却气体(302)到至少部份之工件系包含下列步骤:将工件支撑在处理圆盘(282.380)上,其系安装在可相对于机壳(210)旋转之机轴(270)上;提供通过机壳(210)、旋转机轴(270)及处理圆盘(282.380)之气体通道(264.276.292);以及经由该气体通道(264.276.292)供应冷却气体(302)至工件。35.如申请专利范围第34项之方法,其中,提供通过机壳、旋转机轴及处理圆盘之气体通道之步骤系包含:在该机壳(210)提供第一气体空腔(264);在该机轴(270)提供第二气体空腔(276);在该处理圆盘(282.380)提供第三气体空腔(292);以及使用旋转供给通道(300)提供该第一及第二气体空腔(264.276)之间之流体通道。36.如申请专利范围第35项之方法,其中,使用旋转供给通道(300)提供该第一及第二气体空腔(264.276)之间之流体通道之步骤系包含提供该机轴(270)以及该机壳(210)之间之密封,其中,该磁性密封之作用系提供该第一及第二气体空腔(264.276)之间之流体通道。37.一种用于在分批离子植入系统中支撑至少一个工件之工件支撑器,其包含:一处理圆盘(282.380),其系用于支撑工件于其上;一机轴(270),其系安装在机壳(210)以用于对着轴(272)旋转,其中,该处理圆盘(282.380)系安装在该机轴(270)上;以及一冷却气体源(252),其系有效地供应冷却气体(302)至该工件。38.如申请专利范围第37项之工件支撑器,其中,该机壳(210)系包含提供冷却气体源(252)以及出口之间之流体通道的第一气体空腔(264),其中,该机轴(270)系包含提供入口以及该处理圆盘(282.380)之间之流体通道的第二气体空腔(276),且其中,该处理圆盘系包含提供该第二气体空腔(276)以及该工件之间之流体通道的第三气体空腔(292),并更包含安装在机壳(210)上且用于提供该机壳(210)之出口以及该机轴(270)之入口之间之流体通道的旋转供给通道(300),藉此,该冷却气体(302)系从冷却气体源(252)经由该第一、第二及第三气体空腔(264.276.292)以及旋转供给通道(300)供应至工件。39.如申请专利范围第38项之工件支撑器,其中,该旋转供给通道(300)系包含一磁性密封。图式简单说明:图1A系显示在本发明中可以采用之离子布植系统的示意方块图;图1B系部份以截面显示用于工件之离子束处理之离子植入机的侧视图;图2系显示在旋转机轴中具有冷却流体通道之分批植入机心轴组件的部面侧视图;图3系显示一种示范工件支撑心轴组件的剖面侧视图,其在旋转机轴内具有气体空腔以用于接收从固定气体源经由如本发明构想之旋转密封而来之冷却气体;图4A系显示另一种如本发明之示范分批植入机工件支撑的剖面侧视图;图4B系显示图4A之分批植入机工件支撑的另一种剖面侧视图;图5A系显示如本发明另一种构想之示范密封的端视图;图5B系显示沿着图5A之直线5B-5B撷取之示范密封的剖面侧视图;图6系显示具有如本发明另一种构想之气体供给埠之示范晶圆台座的端视图;图7A系显示图6之示范晶圆台座的部份侧视图;图7B系以截面显示图6及7A之示范晶圆台座的部份侧视图;图8A系显示如本发明另一种构想之示范环形密封的俯视图;图8B系显示沿着图8A之直线8B-8B撷取之环形密封的剖面侧视图;图8C系显示沿着图8A之直线8C-8C撷取之环形密封的另一种剖面侧视图;图8D系以截面显示图8A-8C之环形密封与晶圆工件接合的部份侧视图;图9A系显示示范晶圆夹具在关闭或夹住位置的剖面侧视图;以及图9B系显示图9A之晶圆夹具在开启位置的剖面侧视图。
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