CN101006545B - 用于使工件往复经过离子束的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于交互传送扫描臂上的工件通过离子束的方法，其中扫描臂可操作为耦合到包括可绕第一轴独立旋转的转子和定子的马达。施加在转子和定子之间的电磁作用力绕第一轴旋转转子并且沿第一扫描路径平移工件通过离子束。感应工件的位置并且控制转子和定子之间的电磁作用力以便反转工件沿第一扫描路径的动作方向，并且其中该控制至少部分基于所感应的工件位置。定子进一步反作用于转子的旋转绕第一轴旋转，特别是在工件的动作方向的反转室，因而作为转子、扫描臂和工件中的一个或多个的旋转的反作用质量。

Description

用于使工件往复经过离子束的方法

相关申请参考

本申请要求2004年4月5日递交的标题为“往复驱动系统及方法”的美国临时申请No.60/559,672以及2004年5月7日递交的标题为“往复驱动系统以及方法”的美国临时申请序列号No.60/569,338的优先权以及利益，正如本申请所完全阐述的，上述专利申请的全部内容通过参考结合在本申请中。

技术领域

本发明大致涉及半导体加工系统，并且更具体涉及一种用于控制工件的往复传送以便在半导体加工过程中提供工件的精密扫描的系统、设备以及方法。

背景技术

在半导体工业中，通常在工件(例如，半导体晶片)上实行各种制造工艺，以便在其上获得各种结果。例如，可以执行象离子注入这样的工艺以便在工件上或工件内部获得特定的特征，例如通过注入特定类型的离子限制工件上的介质层的扩散性。按照惯例，离子注入工艺可以在其中多个工件同时加工的成批加工中或者在单个工件单独加工的串行加工中执行。例如，传统高能或高电流成批离子注入器可以操作为获得离子束排，其中大量晶片可以位于轮或盘上，并且轮自转并径向平移通过离子束，因而将在工艺的整个过程的不同时刻将工件的全部表面区域暴露到射束。然而，以这种方式加工成批的工件通常增加系统的成本、使离子注入器在尺寸上相当大并降低了系统灵活性。

另一方面，在典型的串行加工中，离子束在静止晶片上进行二维扫描或者在一方向上相对大致静止的扇形离子束平移晶片。然而，扫描或定形均匀离子束的过程一般需要复杂的射束排，这种情况在低能情况下是不合需要的。此外，一般需要离子束或者晶片的均匀平移或扫描以便在晶片上提供均匀的离子注入。然而，至少部分由于在加工过程中与移动传统装置以及扫描机构相关的相当大的惯性力，这种均匀平移和/或旋转难以实现。

作为备选方案，在如美国专利申请公开No.2003/0192474中所描述的一种公知扫描设备中，在两个正交维度内相对静止的“点”离子束扫描晶片，其中在所谓“快速扫描”方向对晶片进行快速扫描并随后在正交的“慢速扫描”方向上进行慢速扫描，由此通过大致之字形图案“ 涂划”晶片。然而，这种二维扫描设备使用直接驱动促动器在快速扫描方向上线性平移晶片，其中至少部分由于随快速扫描传送的方向周期性反转，晶片加速以及减速过程中所遇到的相当大的惯性力，晶片在快速扫描方向上的传送速度受到严重限制。因而，传统设备中的大的惯性力与直接驱动促动器的大反作用力相关联，其中该大的反作用力最终导致设备产生明显的振动，因而对离子注入工艺产生有害影响。振动还可能对附近的器材造成问题，例如通常容易受到振动冲击的光刻器材。此外，当限制快速扫描方向上的平移速度以便避免振动问题时，工艺的加工量受到有害影响。

因而，需要一种用于在两个维度内相对离子束以相当高的速度交互扫描工件的系统和设备，其中减轻来自大惯性力的振动，并且其中控制工件的扫描以便均匀加工工件。

发明内容

本发明通过提供一种克服了现有技术的局限性，该系统和设备一般将与交互扫描工件相关联的作用力限制到沿单一轴对齐的各种部件，因而充分限制振动以便能够增加加工速度。因而，后续内容呈现本发明的简化概要以便提供本发明某些方面的基本理解。本概要并不是本发明的广泛综述。它倾向于既不确定本发明的关键或决定性元件也不描绘本发明的范围。其目的是以简化的形式呈现本发明的某些概念，作为后续呈现的更详细描述的前叙部分。

本发明大致针对用于交互扫描工件的系统、设备以及方法。根据本发明一个示范性方面，提供了一种与离子束相关联的加工室，其中马达可操作性耦合到加工室。马达包括转子和定子，其中转子和定子分别绕第一轴彼此相对动态安装以使转子和定子可操作为绕第一轴独立旋转或反向旋转。和具有定子和转子的典型马达的情况相同，转子和定子之间的电磁作用力通常确定转子绕第一轴的旋转位置。然而，考虑到定子相对转子的动态耦合，定子可操作为作为响应转子的旋转的反作用质量，特别是在转子旋转方向的周期性反转的过程中。

根据本发明一个示范性实施例，轴杆固定耦合到转子，其中轴杆沿第一轴延伸到加工室内。一般安置在加工室内的扫描臂以放射状构造操作性耦合到轴杆，其中扫描臂包括用于在扫描臂的末端接收并钳制工件的端部操纵器或其他工件支撑构件。同样，轴杆的旋转使扫描臂(通常固定耦合到其上)绕第一轴相应旋转。对轴杆的旋转进行选择性反转，以便以钟摆型方式产生扫描臂的摆动，其中工件沿第一扫描路径(通常是弓形的)往复传送，并且转子的旋转位置通常确定工件沿第一扫描路径相对离子束的位置。根据另一实例，提供了一种控制器，其中该控制器可操作为通过控制转子和定子之间的电磁作用力沿第一扫描路径控制工件的位置。

根据本发明的另一个示范性方面，可以将端部操纵器的大致恒定的速度保持在沿第一扫描路径的预定动作范围内，其中控制端部操纵器相对大致静止的参照物的平移速度，并且其中在端部操纵器的预定动作范围外部出现端部操纵器的加速和减速。

根据本发明的另一个示范性方面，惯性质量耦合到定子，其中惯性质量绕第一轴旋转并且通常提供扫描臂旋转方向的反转，并且因而提供工件沿第一扫描路径的方向反转。惯性质量绕第一轴进一步平衡，其中关于第一轴的转矩通常最小化。因而，转子和定子之间的电磁作用力可操作为反作用于转子的加速或减速旋转定子，因而通常将惯性力限制到第一轴。

根据另一实例，转子、定子和扫描臂通常绕第一轴平衡，其中与第一轴相关联的转矩通常最小化。一个或多个配重可以与定子和扫描臂相关联，其中该一个或多个配重通常绕第一轴平衡相应部件。此外，根据本发明的另一个示范性方面，定子包括耦合于其上的惯性质量，其中惯性质量比扫描臂的惯性质量大得多，其中扫描臂的振动在定子上所产生的作用力通常由惯性质量和定子的旋转吸收。另外，通过控制转子和定子之间的电磁作用力控制扫描臂绕第一轴的旋转可操作为精确控制转子的旋转。

根据又一个示范性方面，马达和关联扫描臂可进一步操作为沿第二扫描路径平移，通常称为慢速扫描轴，其中例如，第二扫描路径大致垂直于第一扫描路径的至少一部分。

为了实现上述以及相关目标，本发明包括在下文中全面描述并特别在权利要求中指出的特征。后续描述以及附图详细阐述了本发明的说明性实施例。然而，这些实施例是本发明的基本原理可以应用的各种方式的少数几个的指示。结合附图考虑时通过本发明的后续详细描述，本发明的其他目的、优点以及新颖性特征将显而易见。

附图说明

图1是根据本发明一方面的示范性往复驱动设备简化透视图；

图2是根据本发明另一方面的示范性往复驱动系统的截面示意图；

图3是根据本发明另一个示范性方面的示范性扫描臂的部分侧视图；

图4是根据本发明另一方面的另一往复驱动设备的简化透视图；

图5是根据本发明另一个示范性方面用于往复工件的方法的框图；

图6-图8显示了根据本发明又一个示范性方面的示范性往复驱动设备若干示意图。

具体实施方式

本发明大致针对用于在一个或多个维度内交互平移工件的往复驱动系统、设备以及方法。更具体地，该往复驱动设备可操作为在两个基本正交的维度内沿相应第一和第二扫描路径相对离子束平移工件，其中该工件在受到离子束影响时以基本恒定的平移或线性速度进行平移。此外，如术语“往复驱动设备”所暗含的，本发明的设备和方法提供了一种沿第一扫描路径的工件的往复且选择性反转的传送，并且可有利地操作为限制振动并且优化工件沿第一扫描路径的往复或振动传送动作的控制。具体说来，本发明的往复驱动设备包括反作用质量，其中该反作用质量一般通过绕单个轴旋转将由往复驱动设备所施加的作用力限制到设备本身。

更详细的，往复驱动设备包括具有转子和定子的马达，其中转子和定子分别绕单个轴彼此相对动态安装，并且可操作为绕单个轴独立旋转。定子和转子之间的这种动态安装构造和相互关系允许工件在扫描路径的相对端的快速加速和减速，其中在预定范围内可以获得工件的基本均匀的平移(例如，恒定的加速/减速或速率)，并且其中将与平移动作相关联的惯性力，并且更具体是与设备的往复动作相关联的扫描方向反转的关联作用力充分限制到旋转轴。因而，现在将参照附图对本发明进行描述，其中在全部附图中同一附图标记用于参照同一元件。应该理解，这些方面的描述仅是说明性的，并且它们不应以限制的意思进行解释。在后续描述中，出于解释目的，阐述多个特定细节以便提供本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说是明显的：可以在没有这些特定细节的情况下实施本发明。

现在参照附图，根据本发明一个示范性方面，图1显示了可操作为沿预定第一扫描路径104交互平移或振动工件102的示范性往复驱动设备100的简化透视图。应该注意，显示图1的往复驱动设备100，以便提供本发明的更高水平的理解并且不必按比例绘制。因而，出于清晰目的，可以或者不必显示各种部件。应该理解，所示的各种特征可以是各种形状和尺寸的，或者完全不同，并且认为所有这些形状、尺寸以及不同落在本发明的范围内。

如术语“ 往复驱动设备”的使用所暗含的，在一实例中，本发明的驱动设备可操作为沿第一扫描路径104以可逆动作交互平移或振动工件102，以使工件相对大致静止的离子束105交替来回平移，其中如下文更详细讨论的，该设备可用于离子注入工艺中。作为备选方案，往复驱动设备100可以结合各种其他加工系统使用，包括其他半导体制造工艺，例如，分步重复光刻系统(未图示)。在又一备选方案中，设备100可以应用在与半导体制造技术无关的各种加工系统中，并且认为所有这些系统以及执行方式落在本发明的范围内。

根据本发明的一方面，往复驱动设备100包括可操作性耦合到扫描臂108的马达106，其中扫描臂进一步可操作为支撑其上的工件102。例如，马达106包括转子110和定子112，其中转子和定子动态耦合并可操作为绕第一轴114独立旋转。转子110进一步可操作性耦合到轴杆116，其中轴杆通常沿第一轴114延伸并且可操作性耦合到扫描臂108。在本实例中，转子110、轴杆116和扫描臂108大致彼此固定耦合，其中转子绕第一轴114的旋转一般驱动轴杆和扫描臂绕第一轴的旋转，因而一般沿第一扫描路径104平移工件102。作为备选方案，转子110、轴杆116和扫描臂108可以以其他方式彼此耦合，其中如下文进一步讨论的，转子和/或轴杆的旋转可以驱动扫描臂相对第一轴114的线性平移。

现在参照图2以及图6-图8，在横截面显示了包括往复驱动设备201的示范性往复驱动系统200，例如图1的往复驱动设备100，其中往复驱动设备可以进一步应用于离子注入工艺中。如下文更详细讨论的，应该理解，图2的示范性往复驱动系统200可操作为在两个维度内扫描工件202通过离子束205。根据本发明一个示范性方面，往复驱动系统200包括马达206，例如图1的马达106，其中图2的马达可操作性耦合到加工室208，并且其中加工室进一步与离子束205相关联。例如，如本领域所公知的任何适当离子注入系统(未图示)所形成的，离子束205可以包括一群沿采取点或所谓“铅笔状射束”形式的基本平行的闭合轨迹一同行进的离子，其细节将不在本申请中讨论。

根据本发明，加工室208包括大致封闭的真空室210，其中加工室内的内部环境212可操作为与加工室外的外部环境214基本隔离。例如，对真空室210进行配置和装配以便将内部环境212保持在相当低的压力(例如，真空)。加工室208可以进一步耦合到一个或多个装卸锁定室(未图示)，其中工件在没有大量损失加工室内的真空的情况下在加工室的内部环境212和外部环境214之间传送。作为备选方案，加工室208可以由通常非封闭式加工空间(未图示)组成，其中加工空间通常与外部环境214相关联。

在一实例中，加工室208用来作为大致静止的参照物216，其中加工室通常相对外部环境214固定。在另一实施例中，加工介质218，例如离子束205，用来作为基本静止的参照物216，其中加工室208可操作为相对加工介质移动。例如，作为备选方案，加工介质218可以与其他半导体加工技术相关联。例如，加工介质218可以包括与光刻工艺相关联的光源(未图示)。因而，本发明考虑了任何可操作为用于加工工件202的加工室208以及加工介质218，无论该加工室是封闭、不封闭、固定还是临时的，并且所有这些加工室以及加工介质均考虑落在本发明的范围内。

根据本发明的另一个示范性方面，马达206包括转子220和定子222，其中转子和定子可操作为绕第一轴224独立旋转，并且其中转子和定子之间的电磁作用力(未图示)一般驱动转子绕第一轴旋转。例如，如下文所讨论的，转子220和定子222之间的电磁作用力的控制可操作为选择性驱动转子在顺时针方向或逆时针方向绕第一轴224旋转。在另一实施例中，马达206进一步包括马达外壳226，其中马达外壳相对第一轴224大致静止。在本实例中的马达外壳226通常收容转子220和定子222，并且通常进一步用来作为转子和定子的旋转的大致静止的参照物216。转子220和定子222的至少一部分通常安置在马达外壳226内，然而，马达外壳不必包围转子和定子。因而，转子220和定子222可操作为相对马达外壳226独立旋转，其中马达外壳可通常进一步操作为支撑其内的转子和定子。应该注意到，尽管本实例将马达外壳226描述为大致静止的参照物216，但是可以以备选方式限定其他大致静止的参照物。

在一实例中，马达206包括无电刷DC马达，例如三相无电刷DC伺服马达。例如，可以对马达206进行尺寸限定以使马达的相当大的直径(例如，定子222和/或转子220的相应直径)提供相当大的转矩，同时保持可操作为提供转子旋转的快速控制的惯性矩。往复驱动系统200进一步包括可操作性耦合到马达206的轴杆228，其中在一实例中，轴杆固定耦合到转子220并且通常沿第一轴224延伸到加工室208内。优选的是，如与通过一个或多个齿轮(未图示)耦合相反，转子220直接耦合到轴杆228，其中这种直接耦合保持了与转子相关联的相当低的惯性矩，同时进一步最小化与一个或多个齿轮相关联的磨损和/或振动。

根据另一实例，加工室208包括贯穿它的开孔229，其中轴杆228通过开孔从外部环境214延伸到内部环境212，并且其中马达206通常安置在外部环境中。因而，轴杆228可操作为结合转子220的旋转绕第一轴224旋转，其中轴杆通常由转子在交替的相反方向上可旋转驱动。在本实例中，轴杆228可以是基本中空的，由此提供相当低的惯性质量。同样，转子220可以是基本中空的，进一步提供相当低的旋转惯性质量。

例如，一个或多个低摩擦轴承230进一步与马达206和轴杆228相关联，其中一个或多个低摩擦轴承将转子220、定子222和轴杆中的一个或多个可旋转耦合到基本静止参照物，例如外壳226或加工室208。例如，一个或多个低摩擦轴承230通常在相应的转子220、定子222、轴杆228和马达外壳226之间提供低摩擦系数。在另一实施例中，一个或多个低摩擦轴承230中的至少一个可以包括空气轴承(未图示)、液体场环境或者本领域公知的其他轴承。

根据本发明的另一个示范性方面，往复驱动设备201与加工室208间隔开，以使在内部环境212内出现最小磨损和污染。例如，轴杆228通常由与轴杆和加工室相关联的旋转密封密封在加工室208和外部环境214，其中加工室内的内部环境212通常与外部环境隔离。

往复驱动系统200进一步包括可操作性耦合到轴杆228的扫描臂232，其中扫描臂可操作为支撑其上的工件202。根据另一实例，扫描臂232包括从第一轴224径向延伸的延长臂234，其中延长臂通常固定耦合到轴杆228，其中轴杆绕第一轴的旋转通常相对第一轴平移工件202。在一实例中，扫描臂232在扫描臂的重心耦合到轴杆228，其中扫描臂绕第一轴224基本旋转平衡。在另一实施例中，扫描臂232由轻质材料组成，例如镁或铝。

扫描臂232可以进一步包括可操作性耦合于其上的端部操纵器236，工件202通常支撑于其上。例如，端部操纵器236包括可操作为相对端部操纵器选择性夹钳或保持工件202的静电卡盘(ESC)或其他工件夹钳装置。如本领域所公知的，端部操纵器236包括用于保持夹紧工件202的各种其他装置，例如机械夹钳或各种其他夹持机构(未图示)，并且所有这些装置应考虑为落在本发明的范围内。

在另一实施例中，扫描臂232可以进一步包括可操作性耦合于其上的配重238，其中配重通常绕第一轴224平衡扫描臂、端部操纵器236和工件202的质量。这种配重238可以有利地辅助绕第一轴224对扫描臂232的惯性质量矩定中心，因而绕第一轴动态平衡扫描臂。因而，通常绕第一轴224对扫描臂232、轴杆228、转子220和定子222进行动态平衡，由此除了大致消除除重力作用力以外的侧向负载作用力。例如，配重238可以由比扫描臂232更重的金属组成，例如钢。

在本发明往复驱动设备使用在离子注入系统的情况下，往复驱动设备201可以进一步包括与加工室208相关联的装卸锁定室(未图示)，其中扫描臂232进一步可操作为将端部操纵器236旋转和/或平移到装卸锁定室以便将工件202插到加工室或者从加工室移除。此外，在加工室208内设有法拉第盖237并且定位在离子束205的路径内，其中法拉第盖通常可操作为感应与离子束相关联的射束电流。因而，所感应的射束电流可用于后续工艺控制。

根据另一个示范性方面，端部操纵器236可绕第二轴240旋转耦合到扫描臂232，其中端部操纵器可操作为绕第二轴旋转。端部操纵器促动器242可操作性耦合到扫描臂232和端部操纵器236，其中端部操纵器促动器可以操作为绕第二轴240旋转端部操纵器。例如，第二轴240大致平行于第一轴224，其中，如离子注入领域的技术人员所公知的，端部操纵器242可操作为相对离子束选择性旋转工件，以便改变注入的所谓“扭曲角”。作为备选方案，端部操纵器236可旋转耦合到扫描臂232可用于通过持续控制端部操纵器236绕第二轴240的旋转保持工件202相对离子束205的旋转方位(例如，图3的旋转方位250)。图2的端部操纵器促动器242包括与扫描臂232相关联的可操作为保持工件202相对离子束205的旋转方位的马达(未图示)或连杆机构(未图示)。作为备选方案，端部操纵器促动器242包括与第二轴240相关联的枢轴固定架(未图示)，其中与工件202相关联的惯性力可操作为保持工件202相对离子束205的旋转方位。当离子束以非正交角度(未图示)冲击在工件上时和/或当与工件相关联的晶体或其他结构(例如，半导体基板或具有形成于其上的结构的基板)对离子注入的均匀性起重要作用时，保持工件202相对离子束205的旋转方位是有利的。

现在参照图3，显示了轴杆228绕图2的第一轴224的示范性旋转244，其中扫描臂232、端部操纵器236以及工件202进一步绕第一轴旋转。因而，工件202可以沿第一扫描路径246相对离子束205交互平移(例如，通过轴杆228绕第一轴224的一个或多个循环反向旋转)，其中图2的离子束显示为进入图3的纸面。如下文所讨论的，轴杆228绕第一轴224的旋转244(以及反向旋转)可以有利地进行控制以便沿第一扫描路径246以均匀方式振动或往复运动端部操纵器236。图3进一步显示如上文所讨论的端部操纵器236绕第二轴240的旋转248，其中可以对端部操纵器(并且因而工件202)绕第二轴的旋转进行进一步控制以便保持工件相对第一轴224或离子束205的旋转方位250(例如，工件相对离子束的旋转方位指示为相对工件固定的三角形252)。

为了均匀加工工件202，例如由离子束205向工件内提供均匀的离子注入，在工件沿第一扫描路径246行进而受到离子束205影响时，保持端部操纵器236的大致恒定的平移速度是重要的。例如，在工件202通过离子束205时保持端部操纵器236大致恒定的速度向工件提供基本均匀的离子剂量，因而随工件以钟摆型动作沿第一扫描路径246行进，对工件进行均匀加工。

因而，在一实施例中，对于与工件202通过离子束205的移动相关联的预定扫描范围254来说，大致恒定的速度是所需要的。预定扫描范围254通常与工件202的物理尺寸相关联(例如，大于工件的直径D)。在本实例中，预定扫描范围254通常由大于工件直径D加离子束205的宽度的总和的工件202行进距离所限定，其中工件沿第一扫描路径246行进通过离子束，并且其中离子束在工件的相对端256之间进行相对扫描。

根据另一实施例，可以限定工件202在预定扫描范围254内的所需速度线形，其中所需的速度线形通常取决于往复驱动设备201的配置。例如，取决于工件202是相对扫描臂232固定还是可旋转，可以期望得到扫描臂的旋转244的相应的基本恒定的速度或可变的速度(并且，因而得到工件沿第一扫描路径246的相应大致恒定的或可变的速度)。例如，如果相对扫描臂232旋转工件202以便保持沿第一扫描路径246的旋转方位250，当离子束205接近预定扫描范围254的端部255时，可以改变扫描臂绕第一轴224的旋转速度(例如，在预定扫描范围的端部附近速度增加大约10％)以便沿曲线路径向工件提供大致均匀的离子剂量。作为另一备选方案，或者除了改变扫描臂232的速度，可以改变离子束205的属性，例如离子束电流，以便向工件202产生大致均匀的离子剂量。

如在上述实施例中的一个内所指出的，对于工件202来说通常需要在沿第一扫描路径246的预定扫描范围254内保持基本恒定的速度以便将工件202大致均匀地暴露到离子束205。然而，由于工件202沿第一扫描路径246的往复交替反转动作，工件的加速和减速不可避免，例如在轴杆228绕第一轴224的顺时针方向和逆时针方向旋转之间(例如，反向旋转)。因而，为了适应扫描臂232、端部操纵器236和工件202的加速和减速，可以进一步限定由工件202的相对端256在最大位置260和262之间沿第一扫描路径246所行进的最大扫描距离258，其中加速和减速可以出现在离子束205没有接触工件或者在至少一部分离子束没有接触工件时的过冲区域264内。

注意到在传统二维扫描系统中，充分限制在工件方向反转过程中的加速和减速容许量以便最小化传输到传统扫描系统剩余部件的惯性力以及相关反作用力是重要的。然而，如现在详细讨论的，本发明避免的这种限制，使得惯性力通常限定到第一轴224。

根据本发明，工件202在过冲区域264内的快速加速和减速是通过将与工件、端部操纵器236、扫描臂232、轴杆228、转子220和定子222中一个或多个相关联的惯性力大致限定到第一轴224来实现的。根据本发明的一个示范性方面，图2的定子222(可操作为绕第一轴224旋转)进一步可操作为作为图3中所示的扫描臂232的旋转244的反作用质量266。例如，图2的反作用质量266可操作为通常提供转子220、轴杆228、扫描臂232、端部操纵器236和工件202的快速加速和减速，其中与转子、轴杆、扫描臂、端部操纵器和工件的旋转和/或平移相关联的惯性力通常通过转子和定子之间的电磁作用力转化成定子222绕第一轴224的旋转，并且其中通常将惯性力平衡并限定到第一轴。因而，通常将与定子222的旋转相关联的转矩限定到第一轴224，所以将与工件202沿第一扫描路径246的往复运动相关联的作用力同静止参照物216振动隔离或解耦。

这种惯性力到第一轴224的限定充分减小了传统扫描系统中所见的振动。因而，定子222(作为反作用质量266)可操作为在图3的过冲区域264中对扫描壁232进行加速和减速，其中马达206的定子和转子220之间的电磁作用力通常确定相应转子和定子绕第一轴的旋转位置。因而，转子220绕第一轴224的旋转位置通常确定轴杆228、扫描臂232、端部操纵器236以及工件202绕第一轴的旋转位置，其中可以通过控制转子和定子之间的电磁作用力有效控制转子的旋转位置。

根据本发明的另一个示范性方面，定子222(例如，其中定子作为反作用质量266)具有比转子220，轴杆228、扫描臂232、端部操纵器236以及工件202中的一个或多个的惯性质量矩大的多的质量惯性矩。根据另一实例，惯性质量268(例如，“飞轮”)可进一步操作性耦合到定子222，其中惯性质量可进一步操作为作为反作用质量266以便进一步反作用于(例如，抵消)转子220、扫描臂232、端部操纵器236以及工件202绕第一轴224的旋转限制定子的旋转。例如，惯性质量268通常大于或等于转子220、轴杆228、扫描臂232、端部操纵器236以及工件202中的一个或多个的总质量惯性力矩。在一实例中，与反作用质量266相关联的质量惯性矩大概比转子220、轴杆228、扫描臂232(和配重238)、端部操纵器236以及工件202的总质量惯性力矩大十倍，其中对于转子旋转的每十度，定子222仅需要绕第一轴224旋转一度。例如，提供相当大的惯性质量268进一步有利地减小与转子220相对定子222的速度相关联的反EMF(back-EMF)，因而减小驱动马达206所需的能量大小。

根据本发明的又一个示范性方面，例如，图2的马达206可操作为根据转子220相对定子222的旋转位置改变轴杆228的旋转速度(并且由此改变工件202的平移速度)。根据另一实例，往复驱动设备201进一步包括一个或多个感应元件270，其中可以进一步确定工件202沿第一扫描路径246的旋转位置244。例如，图2的一个或多个感应元件270可操作为感应扫描臂232、轴杆228、转子220和定子222中的一个或多个绕第一轴224的旋转位置，其中如下文将描述的，所感应的旋转位置可以用于工件202的平移位置的反馈控制。例如，一个或多个感应元件270可以包括可操作为持续或反复提供绕第一轴的相应旋转位置的反馈控制的一个或多个高分辨率编码器。在另一实施例中，一个或多个感应元件270包括可操作为感应转子220相对定子222的旋转方位的第一编码器272，以及可操作为感应转子相对静止参照物216的旋转方位的第二编码器274，例如加工室208、马达外壳226、离子束205或其他相对转子静止的参照物。

根据另一个示范性方面，往复驱动设备201进一步包括一个或多个制动器276，其中一个或多个制动器通常限制定子222相对马达外壳226的旋转。一个或多个制动器276通常提供定子222的旋转的可变量以便大致防止“失控”事故，其中定子变得不可控制。例如，一个或多个制动器276包括可操作性耦合到马达外壳226的一个或多个可调机械或电子限制(未图示)，其中定子222的旋转量通常约束在制动器之间。

在本发明的另一方面中，往复驱动设备201进一步可操作为沿第二扫描路径278平移工件202，其中第二扫描路径基本垂直于图3的第一扫描路径246的至少一部分。例如，第二扫描路径278基本垂直于图3所示的第一扫描路径246的中点。可以通过慢速扫描促动器280的方式实现第二扫描路径270，该促动器进一步可操作性耦合到马达206，其中慢速扫描促动器可操作为沿第三轴282相对静止参照物216平移马达和加工室208中的一个或多个。例如，第三轴282大致垂直于第一轴224，并且大致平行于工件202相对离子束205的第二扫描路径278。

因而，应该理解，根据本发明的一个示范性方面，第一扫描路径246与工件202的“快速扫描”相关联，并且第二扫描路径278与工件的“慢速扫描”相关联，其中随着工件沿第一扫描路径往复进行，工件沿第二扫描路径持续传送沿。作为备选方案，工件202可以针对工件沿第一扫描路径246(例如，图3所示的)在最大位置260和262之间的每次平移沿第二扫描路径278串行变址预定长度的增量。例如，对于工件202沿第一扫描路径246的整个来回振动周期或往复，慢速扫描促动器280沿第二扫描路径278平移工件两个预定长度的增量。例如，马达206沿第二扫描路径278的总平移大约是图3中的工件202的直径D加上离子束205的高度。

例如，图2的慢速扫描促动器280可以包括伺服马达、球形螺钉或其他系统(未图示)，其中马达外壳226与相关马达206，(并且因而工件202)，可以沿第二扫描路径278平滑平移。例如，这种慢速扫描促动器280可操作为通过使工件经过离子束205同时端部操纵器也以循环反向旋转(例如，振动)方式沿弓形的扫描路径行进，允许静止离子束205“涂划”安置在端部操纵器236上的工件202，因而在整个工件上均匀注入离子。

往复驱动设备201可以进一步包括动态滑动密封284(例如，滑动轴承密封)，其中滑动密封基本将加工室208的内部环境212同外部环境214(例如，大气)进行密封。例如，加工室208可以限定贯穿其并且大致平行于第三轴282延伸的槽形开孔286，其中轴杆228通常延伸通过该槽。例如，一个或多个线性轴承288可用于将马达外壳226滑动耦合到加工室208。因而，轴杆228可操作为结合马达206沿第三轴282的平移在槽286内平移。滑动密封284进一步环绕槽型开孔286并且进一步大致将加工室208内的内部环境212同外部环境214进行隔离。例如，这种滑动密封284通常进一步隔离扫描臂232和端部操纵器236，并且允许端部操纵器在加工室208内沿第二扫描路径278平移，同时限制由移动与马达206相关联的部件引起的潜在有害效应。作为备选方案，往复驱动设备201的任何或所有部件可以安置在加工室208内。

根据本发明的另一个示范性方面，提供框架290，其中该框架通常相对离子束205固定。例如，框架290可以进一步认为是静止参照物216。在本实例中，加工室208可以绕大致垂直于离子束205的第四轴292枢轴耦合到框架290，其中加工室绕第四轴的旋转位置通常进一步限定离子束和工件202的表面294之间的倾斜角度(未图示)。在另一实施例中，扫描臂232通过枢轴295可旋转耦合到轴杆228，其中扫描臂可进一步操作为绕第五轴296旋转。第五轴296进一步大致垂直于第一轴224，其中扫描臂232绕第五轴的旋转备选提供上文所讨论的倾斜角度(未图示)。应用第四轴292结合工件202绕第二轴240旋转定位加工室208同时扫描臂232绕第一轴224旋转的净效应是大致将工件扫过离子束205，同时保持工件相对离子束的固定倾斜及扭曲角。此外，这种组合通常保持离子束205和工件202的在空间中粗略固定的冲击点，因而通常确保由处于同一角度并且具有相同射束尺寸的射束对工件上的所有点进行注入。

根据本发明的又一个示范性方面，初级驱动促动器(未图示)可操作性耦合到轴杆228，其中初级驱动促动器可操作为向轴杆提供初级旋转作用力。例如，初级驱动促动器可操作为与马达206结合进一步改变轴杆228的旋转速度，其中可以进一步控制工件沿第一扫描路径246的位置。因而，马达206通常可以作为轴杆228的旋转的加速器以及减速器，同时基本不对控制图3的预定扫描范围254内的工件202的平移起作用。

根据本发明的另一方面，提供控制器298，其中控制器可操作为通过控制转子220和定子222之间的电磁作用力控制工件202沿第一扫描路径246的位置。例如，控制器298可进一步操作为通过控制端部操纵器促动器242控制工件202绕第二轴240的旋转。此外，控制器298可操作为通过控制慢速扫描促动器280控制马达206沿第三轴282的位置。例如，控制器298可操作为控制工件202沿第一扫描路径和第二扫描路径的旋转和/或平移位置，其中该控制至少部分基于来自一个或多个感应元件270的反馈。

此外，根据本发明的另一个示范性方面，控制器298(例如，动作控制器)可操作性耦合到与往复扫描设备201(例如，马达201)、一个或多个感应元件270、端部操纵器促动器242以及慢速扫描促动器280相关联的一个或多个动力源、驱动器和/或放大器(未图示)，其中控制器有效控制往复扫描设备。

根据本发明的另一个示范性方面，本发明所公开的动作控制的基本方案通常提供端部操纵器236的平滑动作(例如，在图3的预定扫描范围254内为恒定速度)，并且能够最小化与其相关联的速度误差。根据另一实例，图2的控制器298包括能够由控制器所使用的比例积分微分调节器(PID)控制装置，其中一个或多个感应元件270提供反馈控制。

尽管图1-3中所公开的结构和系统与钟摆型动作相关，本发明还考虑了线性动作系统，其中工件沿第一扫描路径线性平移。例如，图4说明了可操作为沿线性第一扫描路径304交互平移或振动工件302的另一往复驱动设备300的简化示意图。在一实例中，往复驱动设备300可操作为沿线性第一扫描路径304相对基本静止的离子束305交互平移或振动工件302，其中该设备可以应用在离子注入工艺中。作为备选方案，往复驱动设备300可以与各种其他半导体加工系统结合使用，例如分步重复光刻系统(未图示)。在又一备选方案中，设备300可以应用于与半导体技术无关的加工系统，并且所有这些系统以及实施方案考虑为落在本发明的范围内。

根据本发明一方面，往复驱动设备300包括可操作性耦合到扫描臂308的马达306，其中扫描臂可进一步操作为支撑其上的工件302。例如，马达306包括转子310和定子312，其中转子和定子可操作为以与上述方式类似的方式绕第一轴314独立旋转。转子310可进一步操作性耦合到轴杆316，其中轴杆通常沿第一轴3 14延伸并且可操作性耦合到扫描臂308。在本实例中，转子310和轴杆316通常彼此固定耦合，并且其中轴杆和扫描臂308处于彼此匹配啮合，其中轴杆的旋转可操作为驱动扫描臂的线性平移，其中第一扫描路径304基本是线性的。根据一实例，扫描臂308包括啮合部分320，并且其中轴杆316包括驱动部分322，并且其中扫描臂的啮合部分可操作性耦合到轴杆的驱动部分。例如，啮合部分320包括齿条324，驱动部分322包括小齿轮326。作为备选方案，啮合部分320可以包括基本平坦的表面(未图示)，其中驱动部分包括可操作为啮合该啮合部分的辊(未图示)。应该理解，可以使用可操作为线性平移扫描臂308的任何啮合部分320和驱动部分322，并且所有这些啮合和驱动部分都考虑落在本发明的范围内。

根据本发明的另一个示范性方面，往复驱动设备300进一步包括反平衡臂328，其中轴杆316和反平衡臂进一步彼此处于配合啮合。例如，反平衡臂328可以绕轴杆316与扫描臂308在直径方向上相对，其中轴杆的旋转可进一步操作为在与扫描臂的平移方向大致相反的方向上驱动反平衡臂的线性平移。例如，这种反平衡臂328可以进一步包括惯性质量330，并且进一步将惯性力限制到第一轴314。根据另一实例，往复驱动设备进一步包括一个或多个线性平移轴承(未图示)，其中一个或多个线性平移轴承通常将扫描臂308和反平衡臂328的平移限制为线性路径。

根据本发明的又一个示范性方面，图5是说明图1-4的示范性往复驱动设备的整合和操作的示范性方法400的示意框图。尽管在本申请中将示范性方法说明并描述为一系列动作或事件，应该知道，本发明并不受这些动作或事件的说明顺序的限制，因为根据本发明，某些步骤可以以不同的顺序出现和/或与脱离本申请所显示和描述的其他步骤同时出现。另外，并不是所有所说明的步骤都是实现根据本发明的方法所需要的。此外，应该知道，可以结合本申请所示和所描述的系统以及结合未示的其他系统实现该方法。

如图5中所说明的，方法400从在动作305中在扫描臂(例如图2的扫描臂232)上提供工件开始。扫描臂可操作性耦合到包括转子和定子的马达，并且其中转子和定子可操作为绕第一轴独立旋转并反向旋转。在动作310中，在转子和定子之间施加电磁作用力，其中沿第一扫描路径平移工件通过离子束。在动作315中，感应工件的位置，例如感应轴杆、转子以及定子中的一个或多个绕第一轴的旋转位置。在动作320中，沿第一扫描路径控制或选择性改变转子和定子之间的电磁作用力，并且其中定子反作用于工件的往复运动绕第一轴旋转并反向旋转。例如，在动作320中的控制至少部分基于所感应的工件位置。

根据本发明的另一个示范性方面，往复驱动设备可以进一步应用在处于高真空状态的加工室(未图示)，其中没有机械部件(例如润滑轴承或促动器)直接暴露到该环境。为了实现这种效果，例如，设备的接合点进一步设置真空密封，例如铁-射流密封。应该理解，提供工艺的洁净度的完整性的任何类型的活动真空密封都考虑落在本发明的范围内。因而，本发明可进一步操作为提供在纯净的真空环境内的动作产生以及晶片扫描。

尽管已经针对特定优选实施例或多个实施例显示并描述本发明，但很明显对于本领于技术人员阅读和理解本说明书和所附附图后将出现等同变化和修改。具体关于由上述部件(组件、装置、电路等。)所执行的各种功能，用于描述这些部件的术语(包括参照物到“手段”)倾向于对应于(除非以其他方式指出)能够执行所述部件的特定功能的任何部件(也就是，功能上等同)，甚至结构上不等同于在本申请所说明的本发明示范性实施例中执行该功能的公开结构。另外，尽管仅针对若干实施例中的一个公开了本发明的特定特征，但如对于给定或特定应用是所希望并且有利的，这些特征可以与其他实施例一个或多个其他特征结合。

Claims (20)

1.一种用于交互传送工件的方法，所述方法包括以下步骤：

将所述工件设置在扫描臂上，其中所述扫描臂可操作性耦合到包括转子和定子的马达上，并且其中所述转子和所述定子可操作为绕第一轴独立旋转并且反向旋转；

在所述转子和所述定子之间产生电磁作用力以便引起所述转子的旋转，其中所述转子的旋转进一步引起所述定子的旋转，并且其中所述转子的旋转进一步平移所述扫描臂以使所述工件沿第一扫描路径行进通过离子束；以及

控制在所述转子和所述定子之间产生的电磁作用力以便选择性反转所述转子的旋转并由此沿所述第一扫描路径往复传送所述工件，其中所述定子反作用于所述工件的往复传送而绕所述第一轴旋转以及反向旋转。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：与所述定子相关联的惯性质量矩大于或等于所述扫描臂和所述工件的惯性质量矩的总和。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述定子包括耦合于其上的惯性质量，其中其惯性质量矩大于或等于所述扫描臂和所述工件的惯性质量矩的总和。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：进一步包括感应所述工件沿所述第一扫描路径的位置以便控制所述电磁作用力的步骤，其中感应所述工件的位置包括感应轴杆、所述转子和所述定子中的一个或多个绕所述第一轴的旋转位置，其中所述电磁作用力的控制至少部分基于所感应的相应轴杆、转子和定子绕所述第一轴的旋转位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：感应所述轴杆、所述转子和所述定子中的一个或多个绕所述第一轴的旋转位置包括：

感应所述转子相对所述定子的第一旋转方位；以及

感应所述转子相对大致静止的参照物的第二旋转方位，其中所述电磁作用力的控制至少部分基于所述转子相对所述定子的第一旋转方位以及所述转子相对所述大致静止的参照物的第二旋转位置。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：包括在所述工件的往复传送的整个过程中反复感应所述轴杆、所述转子和所述定子的一个或多个的旋转位置。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：控制所述电磁作用力的步骤进一步基于一组预定标准。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：其中所述预定标准组包括所述工件沿所述第一扫描路径的往复数量、在所述工件沿所述第一扫描路径的一个或多个预定位置处的所述工件的所希望速度以及在所述工件沿所述第一扫描路径的一个或多个预定位置处的所述工件的所希望加速度中的一个或多个。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述工件的一个或多个预定位置与预定射束冲击范围以及回转范围中的一个或多个相关联，其中所述射束冲击范围大致由所述离子束入射到所述工件上的所述工件沿所述第一扫描路径的位置所限定，并且其中所述回转范围大致由所述离子束不入射到所述工件上的所述工件沿所述第一扫描路径的位置所限定。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：包括控制所述转子和所述定子之间的电磁作用力使得所述工件的所希望速度在所述射束冲击范围内基本恒定。

11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：进一步包括绕第二轴相对所述扫描臂旋转所述工件的步骤，其中所述工件绕所述第二轴的旋转方位大致相对所述静止参照物固定，并且其中所述工件绕所述第二轴的旋转基于所感应的所述转子相对所述静止参照物的第二旋转方位。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：进一步包括沿大致垂直于所述第一轴的第三轴平移所述马达，由此沿大致正交所述第一扫描路径的第二扫描路径平移所述工件。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：包括沿所述第三轴以恒定速率平移所述马达。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于：包括在所述离子束没有入射到所述工件上时沿所述第三轴平移所述马达。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：进一步包括在所述离子束没有入射在所述工件上时，测量所述离子束的一个或多个属性。

16.一种用于使工件往复通过离子束的方法，所述方法包括：

将所述工件设置在扫描臂上，其中所述扫描臂可操作性耦合到包括转子和定子的马达上，并且其中所述转子和定子可操作为绕第一轴独立旋转以及反向旋转；以及

在所述转子和所述定子之间施加电磁作用力，其中沿第一扫描路径平移所述工件通过所述离子束，以使所述电磁作用力确定所述转子绕所述第一轴的旋转位置，同时所述定子绕所述轴独立旋转以作为所述转子的反作用质量。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于：进一步包括：

感应所述工件的位置；以及

控制所述转子和所述定子之间的电磁作用力以便沿所述第一扫描路径往复移动所述工件，其中所述控制至少部分基于所感应的所述工件的位置，并且其中所述定子反作用于所述工件的往复运动而绕所述第一轴旋转以及反向旋转。

18.一种用于使工件往复通过加工介质的方法，所述方法包括：

绕第一轴旋转马达的转子，其中沿第一扫描路径平移所述工件；以及

反作用于所述转子的旋转绕所述第一轴旋转所述马达的定子。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：进一步包括：

感应所述转子和所述定子的旋转位置；以及

控制所述转子的旋转，其中所述控制至少部分基于所感应的所述转子和所述定子的旋转位置。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于：进一步包括沿第二扫描路径平移所述工件，其中所述第二扫描路径基本垂直于所述第一扫描路径的至少一部分。

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