JP2005509253A - 高い熱伝達係数を維持しながら粒子発生と表面凝着力を低減させる高分子面を成形するための方法 - Google Patents

高い熱伝達係数を維持しながら粒子発生と表面凝着力を低減させる高分子面を成形するための方法 Download PDF

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Abstract

【課題】加工物から処理用ディスクへの高い熱伝達係数を維持しながら、粒子発生と表面凝着力とを低減するイオン注入システムおよび装置を提供する。
【解決手段】本発明に係るシステムおよび装置は、バッチ式注入装置の回転する処理用ディスク中でイオン注入される加工物を支持するための加工物パッド２６０を備えている。この加工物パッド２６０は、微細構造体２５０の規則的な配列を含み、それによって、微細構造体２５０上に載置された加工物から処理用ディスクへの十分な熱伝達を維持しながら、表面凝着力と粒子発生を低減する。

Description

本発明は、一般的には、バッチ式イオン注入システムに関し、より詳しくは、高い熱伝達係数を維持しながら、バッチ式イオン注入装置における粒子発生と表面凝着力を低減するための改善されたシステム、装置、および方法に関する。
半導体デバイスの製造において、イオン注入は、半導体に不純物をドーピングするために使用される。イオンビーム注入装置は、ドーピングによりｎ型またはｐ型の半導体材料を製造したり、または集積回路の製造中にパッシベーション層を形成することを目的として、イオンビームでシリコンウエハを処理するために使用される。イオンビーム注入装置を半導体のドーピングに使用する場合、所望の半導体材料を製造するために選択されたイオン種が注入される。アンチモン、ヒ素、リン等のイオン源材料から発生するイオンを注入すると、「ｎ型」の半導体材料のウエハが生成され、一方、「ｐ型」の半導体材料のウエハを所望の場合には、ホウ素、ガリウム、インジウム等のイオン源材料から発生するイオンが注入される。
一般的なイオンビーム注入装置は、イオン化可能な材料から正イオンを発生させるためのイオン源を有している。発生したイオンは、ビームに形成され、所定のビーム経路に沿って注入ステーションに導かれる。イオンビーム注入装置は、イオン源と注入ステーションとの間に延在するビーム形成／整形構造体を含んでいる。この構造体は、イオンビームを維持するものであり、ビームが注入ステーションに至る途中で通る細長い内部空洞または通路の境界を定めている。イオン注入装置の作動時には、この通路は、イオンが空気分子と衝突した結果として所定のビーム経路から逸れる確率を低減するために、排気されなければならない
イオンの電荷に対する質量（例えば、比電荷）は、静電界や磁界によって軸方向と横断方向の両方にイオンが加速される度合に影響する。したがって、望ましくない分子量のイオンはビームから離れた位置に逸れるため、半導体ウエハや他のターゲットの所望の領域に到達するビームを非常に純度の高いものにすることができ、所望の材料以外の注入を回避することができる。所望の比電荷を有するイオンとそうでないイオンとを選択的に分離する処理は、質量分析として知られている。一般に、質量分析装置は、双極子磁界を発生する質量分析磁石を使用して、アーチ状通路において磁界偏向によりイオンビーム中の種々のイオンを偏向させ、異なる比電荷を有するイオンを効果的に分離する。
イオン注入装置は、２種類に分類することができる。第１の種類には順次式イオン注入装置が含まれ、半導体ウエハまたは他の加工物のイオン注入を順次的に完了させるものである。このタイプの注入装置は、イオン注入される加工物の保持または支持に適した単一の加工物パッドを有している。イオン注入装置の第２の種類にはバッチ式イオン注入装置が含まれ、この装置では、複数のウエハまたは他の加工物を単一のバッチ処理によりイオン注入することができる。イオン注入される加工物は、回転可能な処理用ディスク中の個別の加工物パッド上に取り付けられる。通常、この加工物パッドは、処理用ディスクの中心部から僅かに傾斜して外側に延びる個別のペデスタル（受け台）上に配置され、駆動モータの制御により処理用ディスクが回転する際に、遠心力を使用して加工物のパッドへの装着が保たれている。イオン源は、処理用ディスクの回転軸から外れたビーム経路に沿ってイオンを提供するように配置され、これによって、加工物が回転してイオンビーム内を横切る時にイオンが注入される。このイオン注入方法は、ディスク回転式イオン注入法と呼ばれることもある。
バッチ式イオン注入処理において、加工物にイオンが注入されると各加工物に熱が発生し、加工物からその熱を除去しない場合には、加工物が損傷または他の有害な影響を受ける。従来のバッチ式イオン注入システムおよび装置では、水等の冷却流体を循環させる内部通路を使用して、処理用ディスクおよび加工物が取り付けられるペデスタルから熱を除去している。加工物からの熱は、加工物が載置される加硫ゴムまたはＲＴＶからなる加工物パッドを通じて処理用ディスクへと除去される。したがって、加工物パッドの１つの機能は、各加工物から処理用ディスクへ熱を伝達することである。加工物パッドのもう１つの機能は、加工物が載置される粘着性の表面を形成し、それによって処理用ディスクの回転中に加工物を十分に保持することである。
ＲＴＶ加工物パッドは、通常、型成形によって形成され、その処理は、離型剤が塗布された成形型の表面に液状のＲＴＶ材料を付着させた後、硬化させるものである。従来の成形型の表面はラップ仕上げされた金属板からなり、ラップ剤の使用によるラップ仕上げの結果として不規則な凹凸を有する粗面が形成されている。この凹凸は、さらに、型成形を介してＲＴＶ加工物パッドに転写される。
ラップ仕上げされた金属板の成形型により従来の加工物パッド上に形成される凹凸によって、イオン注入後に加工物パッドからウエハを取り外すことが容易になる。加工物パッド上の粗面は、表面凝着力を低減するために、加工物と加工物パッドとの間の総接触面積を低減するために使用される。例えば、従来のバッチ式イオン注入処理の間に、シリコンウエハ等の加工物はそれぞれのＲＴＶ加工物パッド上に載置される。次に、ウエハはイオンビームを横切るように回転され、それによってシリコンウエハ上にイオンが注入される。処理用ディスクを回転させると、ウエハを加工物パッドに押圧する遠心力によって生ずる各加工物パッド上の垂直抗力が増大する。この垂直抗力によってＲＴＶパッドは圧縮され、それによって、ウエハとＲＴＶパッドとの接触表面積がさらに増大する。この接触表面積の増大によってウエハからペデスタルへの熱伝達が増大すると共に、ウエハのＲＴＶパッドへの表面凝着が増大する。
成形型の表面としてラップ仕上げされた金属板を使用することの１つの問題点は、通常、成形型の表面上には、ラップ処理およびその後の洗浄処理の後に、ラップ剤とラップ処理の間に発生する金属の微粒子との両方からなる汚染が存在することである。これらの汚染は、型成形の間にＲＴＶパッドに移行する可能性があり、さらに、イオン注入のためにＲＴＶパッド上に加工物を載置した際に、加工物またはウエハ基板に移行する可能性がある。加えて、通常、成形型の表面へのＲＴＶ材料の固着を防ぐために離型剤が使用される。離型剤は加工物パッドに移行し、さらに、成形後に加工物パッドを完全に洗浄して取り除かない限り、加工物またはウエハ基板に移行する可能性がある。加工物上の汚染は、イオン注入された加工物の品質に対して多くの有害な影響を及ぼす。
ラップ仕上げされた金属板の成形型によって成形された加工物パッドを使用することの別の問題点は、凹凸の低い寸法均一性と配置である。寸法均一性が低いことによって、加工物パッド上に他の場所よりも接触表面積の大きな場所が生じ、それによって、非均一な表面凝着および非均一な熱伝達特性が生じる。加えて、ラップ仕上げされた金属板の成形型によって形成される凹凸の構造寸法は、成形型を製作する間に使用されるラップ剤の粒子サイズによって限定される。これらの問題点によって、加工物上にウエハに対して非均一に凝着する領域が生じる。このようなウエハの加工物パッドへの非均一な凝着は、ウエハを加工物パッドから取り外す際に、ウエハのクラックやウエハまたは加工物パッドの一部の損壊が生じる場合があるなどの点で問題となる。加えて、ウエハまたは加工物パッドの損壊によって、離脱したシリコンウエハの残骸による加工物パッドの汚染か、または加工物パッドの損壊部分によるウエハの汚染のいずれかが生じる。
通常の加工物パッドは、従来、加工物から熱を除去するためにある程度のヒートシンク機能を達成しているが、加工物パッドの形成方法に由来する残存粒子が加工物上の汚染源となっていた。さらに、従来の加工物パッドは、加工物パッド上に載置された加工物に対して大きな表面凝着を有するものであった。したがって、加工物から十分に熱を除去しながら、汚染を低減すると共に凝着力を低減する、改善された加工物パッドが望まれている。
したがって、高い熱伝達係数を維持しながら、従来の加工物パッドに関連する問題点を解消または最小化し、粒子汚染および加工物への表面凝着を低減する改善されたバッチ式イオン注入システムおよび装置に対する未解決の要求が存在する。
以下の記載は、本発明のいくつかの態様の基本的な理解のために、本発明の簡単な要約を呈示するものである。この要約は、本発明の全範囲に亘る概要ではない。また、この要約は、本発明の主要なまたは決定的な概念を明示するものでも、本発明の範囲を定めるものでもなく、後述するより詳細な説明の導入として、本発明のいくつかの概念を簡単に呈示することを目的とするものである。
本発明は、粒子発生を低減し、表面凝着力に関連する熱伝達係数を高い値に維持しながら、バッチ式イオン注入装置の作動時における加工物上の表面凝着力を低減させるシステムおよび装置に関する。より具体的には、本発明は、微細構造体の規則的な配列を含む加工物パッドとその加工物パッドを形成する方法を提供するものであり、この加工物パッド上に載置された加工物は、バッチ式注入装置の回転する処理用ディスクでイオン注入することができる。微細構造体の規則的な配列という手段によって、加工物の粒子汚染を低減することが可能になると共に、加工物と加工物パッドとの間の表面凝着力を制限することができる。加えて、微細構造体の規則的な配列により加工物から処理用ディスクへの十分な熱伝達が可能となり、このことは、処理用ディスクから熱を除去するために、処理用ディスク中の通路を通る冷却流体の循環と有利に組み合わせることができる。
本発明の１つの態様によれば、微細構造体の規則的な配列を有する加工物パッドを含むイオン注入システムが提供される。このイオン注入システムは、さらに、軸回りに回転するためのシャフトに取り付けられた処理用ディスクを含み、この処理用ディスクは、その上に１つまたは複数のペデスタル（受け台）を支持するために適したものである。１つまたは複数のペデスタルは、処理用ディスクの中心部から外側に向かって横方向に延びている。さらに、加工物が載置されるペデスタルの末端には、加工物パッドが取り付けられる。
本発明の別の例示的な態様によれば、処理用ディスクは、この処理用ディスクの中心部から外側に向かって横方向に延びる複数のペデスタルを含み、各ペデスタルは、軸から放射状に配置された加工物パッドを含み、各ペデスタル上で加工物を支持するために適している。このペデスタルは、対応する加工物パッド中に、シャフトと加工物パッドとの間の流路を確立する流体供給ポートを含んでいてもよい。このシステムは、さらに、シャフトをハウジングに対して回転させるために適したモータ等の駆動装置と、加工物がイオン注入されている時に加工物から熱を除去するため、加工物パッドの裏側へ流体を供給するために適した冷却流体源とを含んでいてもよい。
本発明のさらに別の態様によれば、イオン注入システムにおいて少なくとも１つの加工物を支持するための実質的に弾性的な加工物パッドが提供される。この加工物パッドは、微細構造体の規則的な配列を含み、その微細構造体上に加工物が載置される。１つの態様によれば、それぞれの微細構造体は、ペデスタルに対向するベース部と加工物に対向する加工物接触部を含む。第１の断面積はベース部に関連し、第２の断面積は加工物接触部に関連する。１つの態様によれば、第１の断面積は第２の断面積よりも大きいため、微細構造体は概ね角錐の形状をなしている。加工物パッドは、例えば、ＲＴＶシリコーン等の実質的に弾性的な材料から構成され、加工物パッドの加工物接触部上に作用する垂直抗力によって、複数の微細構造体は弾性的に圧縮される。これによって、処理用ディスク中の加工物の回転により生じる遠心力により、加工物と加工物パッドとが結合するように加工物パッドが撓むことが可能となり、その結果、加工物に接触する加工物パッドの接触表面積が増大する。この接触表面積の増大の結果、加工物と加工物パッドとの間の熱伝導率が増大する。
本発明の別の態様によれば、加工物パッド上に加工物を保持するための保持具が提供される。この保持具は、回転可能な処理用ディスクを備えたバッチ式イオン注入装置で使用され、この処理用ディスクは、加工物を支持するために適した少なくとも１つの加工物パッドを有している。１つの例示的な態様によれば、この保持具は、ペデスタル上に取り付けられたリング状の保持部材からなり、加工物パッドの外縁部付近で加工物を拘束するために適している。別の態様によれば、この保持具は加工物パッドの外縁部付近においてペデスタルから突出する複数のタブからなり、加工物を拘束するために適している。さらに別の態様によれば、これらの保持具には、可動式タブと固定式タブの両方が含まれる。
本発明の別の態様によれば、イオン注入システムのための加工物取付体を形成するための方法が提供される。この方法には、まず、反転された微細構造体の規則的な配列を有する表面を含む実質的に可撓性の成形型を、実質的に剛性のプレート上に配置することが含まれる。次に、液状の加工物パッド材料を成形型の表面に付着させる。次に、液状の加工物パッド材料にペデスタルを付着させ、その後、液状の加工物パッド材料を硬化させる。別の方法としては、液状の加工物パッド材料をペデスタルに付着させ、その後、ペデスタル上の液状の加工物パッド材料を成形型の表面に付着させて硬化させる。本発明の１つの態様によれば、加工物パッド材料は、加圧、例えば、剛性のプレートとペデスタルとを互いに押圧することによって硬化される。本発明の別の態様によれば、液状の加工物パッド材料は、加熱によって硬化される。液状の加工物パッド材料の硬化後、剛性のプレートを取り外す。さらに、硬化された加工物パッド材料から成形型が取り外され、その結果、加工物パッドが結合されたペデスタルが形成される。その加工物パッドには、反転された微細構造体の規則的な配列から転写された圧痕が含まれ、また、加工物パッド材料から成形型を取り外すための離型剤は不要である。
上述した目的および関連する目的を達成するため、本発明には、本明細書で詳述され、また、請求項において特に指摘された特徴が含まれる。以下の記載および添付された図面において、本発明の特定の例示的な態様を詳細に説明しているが、これらの態様は、本発明の原理を使用できる様々な方法のうちの僅かな例を示すものに過ぎない。本発明の他の態様、利点、および新規な特徴については、以下の詳細な説明を図面との関連において検討することによって、明らかになるであろう。
ここで、図面を参照して本発明を説明するが、以下の説明を通じて同様の構成要素を参照する際には同様の参照符号を使用する。本発明は、微細構造体の規則的な配列を含む加工物パッドが使用されるシステムおよび装置を提供するものであり、この装置において、加工物は、回転するバッチ式イオン注入処理用ディスク中でイオン注入される。本発明には、さらに、微細構造体の規則的な配列を含む加工物パッドを形成する方法が含まれる。これによって、本発明は、高い熱伝導率を維持しながら、従来のバッチ式注入装置に関連する粒子の移行、ウエハの固着、および凝着力を低減するものである。
図面を参照すると、図１Ａにはイオン注入装置１０が示されており、この装置は、１つまたは複数の加工物のバッチ式イオン注入で使用することができる。注入装置１０は、ターミナル１２、ビームライン組立体１４、およびエンドステーション１６を含む。ターミナル１２は、高圧電源２２によって給電されるイオン源２０を含む。イオン源２０はイオンビーム２４を生成し、このイオンビームはビームライン組立体１４に供給される。イオンビーム２４は、質量分析磁石２６によって調整される。質量分析磁石２６は、適切な比電荷のイオンのみをターゲット３０に通過させ、このターゲットには、回転する処理用ディスク（図示せず）と、処理用ディスクに取り付けられてイオンビーム２４からイオン注入される１つまたは複数の半導体ウエハまたは加工物（図示せず）が含まれる。このようにして、調整されたイオンビーム２４はエンドステーション１６中のターゲット３０に導かれる。
同様に図１Ｂを参照すると、別の例示的なバッチ式イオン注入装置１００がより詳細に示されており、この装置には、本発明の１つまたは複数の態様が有利に使用されている。注入装置１００は、イオン源１１２、質量分析磁石１１４、ビームライン組立体１１５、およびターゲットまたはエンドステーション１１６を含む。エンドステーション１１６とビームライン組立体１１５とは、ステンレス鋼製の展開可能なベローズ組立体１１８によって連結され、これによって、エンドステーション１１６はビームライン組立体１１５に対して可動となる。イオン源１１２は、プラズマ室１２０とイオン引出し組立体１２２を含む。プラズマ室１２０内においてイオン化可能なドーパントガスにエネルギーが与えられ、イオンが発生する。本発明は、イオン源１１２によって負イオンが発生するシステムに対しても適用可能であるが、通常は正イオンが発生する。正イオンは、複数の電極１２７を含むイオン引出し組立体１２２によって、プラズマ室１２０のスリットを通じて引き出される。したがって、イオン引出し組立体１２２は、プラズマ室１２０から正イオンのビーム１２８を引き出し、引き出されたイオンを質量分析磁石１１４へと加速するように機能する。
質量分析磁石１１４は、適切な比電荷のイオンのみをビームライン組立体１１５へと通過させるように機能する。ビームライン組立体は、分析ハウジング１２３とビーム中和装置１２４を含む。質量分析磁石１１４には、側壁１３０を有するアルミニウム製ビームガイドによって定められる通路１３９内の湾曲したビーム経路１２９が含まれる。この通路は真空ポンプ１３１によって排気される。経路１２９に沿って伝播するイオンビーム１２８は、質量分析磁石１１４によって発生する磁界の影響を受けて、不適切な比電荷のイオンを排除する。この双極子磁界の強度および方向は、磁石コネクタ１３３を通じて磁石１１４の界磁巻線を流れる電流を調整する制御用電子装置１３２によって制御される。この双極子磁界によって、イオンビーム１２８は、イオン源１１２付近の第１のまたは入射軌道１３４から分析ハウジング１２３付近の第２のまたは出射軌道１３５まで、湾曲したビーム経路１２９に沿って移動する。ビーム１２８の不適切な比電荷を有するイオンからなる部分１２８’、１２８”は、湾曲した軌道からアルミニウム製ビームガイド１３０の壁に逸らされる。このようにして、磁石１１４は、ビーム１２８中の所望の比電荷を有するイオンのみを分析ハウジング１２３へと通過させる。
分析ハウジング１２３は、端子電極１３７、イオンビーム１２８を集束させるための静電レンズ１３８、およびファラデーフラッグ１４２等の線量計を含む。ビーム中和装置１２４は正電荷を中和するためのプラズマシャワー１４５を含み、これがない場合には、正に帯電したイオンビーム１２８によって、イオン注入されるターゲットウエハに正電荷が蓄積される。ビーム中和装置１２４および分析ハウジング１２３は、真空ポンプ１４３によって排気される。ビーム中和装置１２４の下流にはエンドステーション１１６があり、このエンドステーションは、イオン注入されるウエハが取り付けられるディスク状の加工物支持体または処理用ディスク１４４を含む。処理用ディスク１４４は、注入ビームの方向に対してほぼ垂直に配向されたターゲット平面内に存在する。エンドステーション１１６の処理用ディスク１４４は、モータ１４６およびスピンドル組立体１５０により回転する。このようにして、イオンビームは、処理用ディスク１４４に取り付けられたウエハが円形の経路を移動するに従って、それらのウエハに衝突する。
ウエハまたは他の加工物にイオン注入する過程で、加工物には熱が発生し、加工物に対する熱損傷を回避または最小化するために、加工物から熱を除去する必要がある。図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、本発明に従った例示的なバッチ式注入装置の加工物支持組立体２００が断面図で示されており、処理用ディスク１４４は、スピンドル組立体１５０の端部に取り付けられている。本発明の１つの態様に従って、回転シャフト２０３中には冷却流体通路２０２が示されており、この通路を通って冷却流体（例えば、水）が循環し、処理用ディスク１４４中に位置する処理用ディスク循環通路２０４を介して、回転する処理用ディスク１４４から熱が除去される。回転シャフト２０３は、固定ハウジング２１０にベアリング２１２を使用して回転自在に取り付けられ、駆動ギア２１４を介してモータまたは他の駆動用構成要素（図示せず）によって回転する。
処理用ディスク１４４は、処理用ディスク１４４の中心部２１７の軸２１６回りに回転し、図２Ｂの平面図にも示されているように、軸２１６から外側に向かって横方向に延びる１つまたは複数のペデスタル２２０を含む。１つまたは複数のペデスタル２２０のそれぞれは、軸２１６から放射状に配置されて半導体ウエハ等の加工物（図示せず）を支持するために適した加工物パッド２３０を含んでいる。再び図２Ａを参照すると、処理用ディスク１４４は、さらに、ペデスタル循環通路２３２を介して回転シャフト２０３とペデスタル２２０とを連通させる流路を備えている。
ここで、図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、本発明の１つの例示的な態様に従って、バッチ式イオン注入装置の加工物パッド２３０が断面図および平面図で示されており、加工物パッド２３０は、実質的に均一な微細構造体２５０の規則的な配列を含んでいる。実質的に均一な微細構造体２５０の規則的な配列によって、加工物パッド２３０上に載置された加工物（図示せず）全体に亘る均一な熱伝達が可能になると共に、加工物全体に亘って接触表面がほぼ一定であることにより、加工物全体に亘る均一な表面凝着が可能になる。加工物パッド２３０は加工物接触部２５５とベース部２６０を含み、加工物接触部２５５は加工物（図示せず）に対向し、ベース部２６０はペデスタル２２０に対向している。例えば、ベース部２６０は、加工物パッド２３０のペデスタルに対する平面的な移動が実質的に不可能となるように、ペデスタル２２０に固着させることができる。
本発明の１つの態様に従って、図４には例示的な微細構造体２５０が示されており、この微細構造体は、図３Ａに示す加工物パッド２３０のベース部２６０と一体化された第１の部分２６５を含む。図４に示す微細構造体２５０の第１の部分２６５は、その部分に関連する第１の断面積を有する。微細構造体２５０は、加工物に対向する加工物接触部２５０に関連する第２の部分２７０を有し、この第２の部分２７０は、第１の部分２６５から外側に延びている。本発明の１つの例示的な態様によれば、第２の部分２７０は、その部分に関連して、変動する第２の断面積を有する。本発明の別の例示的な態様によれば、第１の断面積は第２の断面積よりも大きい。さらに、それぞれの微細構造体２５０は、複数の微細構造体２５０が図３Ａに示す加工物パッド２３０全体に亘って均一に分布するように、加工物パッド２３０全体に亘って規則的に配列されている。
本発明の１つの例示的な態様によれば、それぞれの微細構造体２５０は４つの側面を備えた錐体（三角錐）により構成される。図４には、通常は三角形であって微細構造体２５０の第１の部分２６５に関連する第１の側面２７１が隠れ線で示されている。三角錐型微細構造体２５０の３つの側面２７５は、同様に通常は三角形であり、微細構造体の第２の部分２７０に関連している。微細構造体２５０の３つの側面２７５は、通常、加工物（図示せず）に対向し、加工物に最も近い位置２７８において収束する。この錐体の第２の断面積は、第１の部分２６５から加工物に最も近い位置２７８に向かって減少する。各微細構造体の平均的な高さは、加工物に最も近い位置２７８から第１の側面２７１まで測定した場合、例えば、約０．０６３５ｍｍ（０．００２５インチ）である。
本発明の別の例示的な態様によれば、それぞれの均一な微細構造体は５つの側面を備えた錐体（四角錐）により構成され、５つの側面の１つはほぼ四角形であって、図３Ａに示す加工物パッド２３０のベース部２６０に一体化されている。四角錐型微細構造体の残りの４つの側面は、ほぼ三角形であって加工物に対向している。図示された微細構造体は例示的なものであり、当業者によって理解されかつ本発明において意図されているように、任意の均一な微細構造体が使用できることに注意されたい。
本発明の別の例示的な態様によれば、それぞれの微細構造体２５０は、加工物から加工物パッド２３０へ熱を伝達するために適しており、それによって、加工物パッド２３０は熱をさらにペデスタル２２０へ伝達する。本発明の１つの態様によれば、微細構造体２５０および加工物パッド２３０は、加硫ゴムまたはＲＴＶコンパウンド等の実質的に弾性的な材料からなる。実質的に弾性的な材料は、かなりの熱を伝導するために適しており、さらに、加工物パッド２３０に力が加えられた時に、元の形状から圧縮されるかまたは撓むために適している。実質的に弾性的な材料は、さらに、加工物パッド２３０に加えられていた力が取り除かれた場合、ほぼ元の形状に復帰するために適している。
図５Ａおよび図５Ｂには、例示的な加工物パッド２３０が断面図および平面図で示されており、加工物パッド２３０の加工物接触部２５５上には、加工物２８０が載置されている。重力または遠心力のような加工物２８０に作用する力２８５によって、加工物パッド２３０は弾性的に圧縮される。バッチ式イオン注入の間に、回転する処理用ディスクによって遠心力２８５が生じ、それによって加工物２８０はさらに加工物パッド２３０上に押し付けられ、加工物パッド２３０上にある微細構造体２５０が弾性的に圧縮される。
加工物パッド２３０の圧縮によって各微細構造体２５０が弾性的に圧縮されると、図６に示すように、各微細構造体２５０の加工物接触部２５５に関連する接触表面積２８６が定められる。接触表面積２８６の大きさは、図５Ａに示す加工物２８０に作用する力２８５に関連する。加工物２８０に作用する力２８５が増大すると各微細構造体２５０がさらに弾性的に圧縮され、その結果、各微細構造体２５０の加工物２８０と接触する接触表面積２８６が増大する。
加えて、各微細構造体２５０の接触表面積２８６は、各微細構造体の熱伝達率および凝着力に関連する。当業者には理解されるように、接触表面積２８６が増大すると加工物２８０から加工物パッド２３０に伝達できる熱量が増大する。加工物パッド２３０上の均一な微細構造体２５０の配列を使用することの利点の１つの例は、加工物２８０から加工物パッドへの熱伝達が加工物２８０全体に亘ってかなり均一であることである。先行技術における通常の加工物パッドは、従来、加工物から熱を除去するためのヒートシンク機能をある程度達成しているものの、加工物パッドに亘って接触表面が変動するため、加工物パッド全体に亘る均一な熱伝達は達成されていなかった。
加工物パッド２３０上の均一な微細構造体２５０の規則的な配列を使用することの利点の別の例は、加工物パッド２３０の加工物への凝着力を加工物全体に亘ってかなり均一にできることである。先行技術における通常の加工物パッドでは、従来、加工物パッド上に加工物を配置してイオン注入システム内で回転させた時に、大きくかつ時には有害な表面凝着が生じていた。
加工物パッドの表面構造の非均一性によって、加工物パッドに亘って変動する凝着特性が生じる場合がある。変動する凝着特性を有することの問題点の１つは、凝着力の高い領域が、加工物の加工物パッドへの固着による加工物および／または加工物パッドの損壊を引き起こす可能性があり、その結果、砕壊された加工物の粒子が加工物パッドを汚染したり、逆に、砕壊された加工物パッドの粒子が加工物を汚染することである。本発明は、加工物パッド全体に亘る均一な凝着を可能にし、それによって、加工物および加工物パッドの損壊の可能性を低減するものである。
本発明の別の例示的な態様によれば、各ペデスタルは、加工物を加工物パッド上に保持するための補助的な拘束部を含む。バッチ式イオン注入の間に、処理用ディスクは回転し、それによって加工物に作用する遠心力が発生する。補助拘束部によって加工物の横方向の移動を制限することができ、また、この補助拘束部を加工物パッド上に各加工物を配置する際のガイドとして使用することもできる。ここで、図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、例示的なバッチ式イオン注入システムのペデスタル２２０が断面図および平面図で示されている。図７Ａおよび図７Ｂに示すペデスタル２２０には、加工物パッド２３０の外周の回りに、ペデスタルから突出する複数のタブ３００が含まれる。タブ３００は、加工物パッドに対する加工物の横方向の移動がほぼ不可能となるように、加工物パッド２３０上の加工物（図示せず）の横方向の移動を制限する。タブ３００は、図示されたように加工物パッド２３０に対して固定されているか、あるいは、加工物パッド２３０に対して可動である。さらに、別の手段として、固定式タブ３００と可動式タブ３００の両方を組み合わせて使用することもでき、この手段は本発明の範囲に含まれる。
本発明のさらに別の例示的な態様に従って、図８Ａおよび図８Ｂには、例示的なウエハ用のペデスタル２２０が断面図および平面図で示されており、ペデスタル２２０に取り付けられたリップ部３１０が、加工物パッド３１０の外周から突出している。リップ部３１０は、さらに、加工物パッド２３０に対する加工物（図示せず）の横方向の移動を防止するものである。
本発明は、また、バッチ式イオン注入システムにおいて加工物を支持するための、均一な微細構造体の規則的な配列を含む実質的に弾性的な加工物取付支持体を形成する方法にも関する。例示的な方法は、本明細書において順次的な動作または事象として図示および説明されているが、本発明は、そのような動作または事象の図示された順序によって限定されるものではなく、本発明に従って、いくつかのステップが本明細書の記載とは異なる順序で実施される場合や、他のステップと同時に実施される場合が含まれることを理解されたい。加えて、本発明に従った方法を実施するために、図示されたすべてのステップが必要ではない場合もあり、さらに、この方法は、本明細書で図示および説明された装置およびシステムに関連させて実施することが可能であると共に、図示されていない他のシステムに関連させて実施することも可能であることを理解されたい。
本発明の１つの例示的な態様に従って、図９には、加工物支持体を形成する方法４００が図示されており、そのステップ４１０において、第１面および第２面を含む実質的に可撓性の成形型を実質的に剛性のプレート上に配置する。図１０Ａに示すように、成形型５０５の第２面５００は、剛性のプレート５１０に対向し、成形型の第１面５１５には、反転された微細構造体２５０の規則的な配列が含まれる。この成形型は、離型剤が不要となるように、例えばポリプロピレンからなる。さらに、この成形型は、例えば、スリーエム社（3M Corporation）から市販されているような、マイクロレプリケーション（micro-replication）プロセスを使用して形成することができる。
図１０Ｂには、図９のステップ４２０において、液状の加工物パッド材料５２５を成形型５０５の第１面５１５に付着することが示されており、液状の加工物パッド材料５２５は、反転された微細構造体５２０の規則的な配列を実質的に覆っている。液状の加工物パッド材料５２５は、さらに、実質的に剛性のペデスタルに対する結合が実質的に可能であるために適している一方、加工物パッド材料５２５の成形型５０５への結合は実質的に防止される。例えば、液状の加工物パッド材料５２５はＲＴＶシリコーン材料からなり、成形型５０５はポリプロピレン（ポリ（poly））材料からなる。加工物支持体の成形の際に離型剤が不要なため、加工物支持体の完成品に残存する離型剤によって生じる有害な影響が無くなることに注意されたい。
図１０Ｃには、図９のステップ４３０において、液状の加工物パッド材料５２５上にペデスタル５３０を配置することが示されており、ペデスタル５３０は、複数の場所で液状の加工物パッド材料５２５に接触する。別の方法として、ステップ４２０において液状の加工物パッド材料５２５をペデスタル５３０に付着させ、次に、ステップ４３０において、ペデスタル５３０と液状の加工物パッド材料５２５を成形型５０５の第１面５１５に付着させてもよい。
次に、図９のステップ４４０において、液状の加工物パッド材料５２５を硬化させ、それによって、図１０Ｄに部材５３５として示されているように、ペデスタルにほぼ結合した硬化された弾性加工物パッド材料が形成される。本発明の１つの例示的な態様によれば、液状の加工物パッド材料５２５を硬化するために、圧力、熱、および紫外線の１つまたは複数が使用される。図１０Ｅには、図９のステップ４５０において、成形型５０５の第２面５００から剛性のプレート（図示せず）を取り外すことが示されている。次に、ステップ４６０において、成形型５００は、硬化された弾性加工物パッド材料５３５から取り外され、ペデスタル５３０に固着された複数の微細構造体５４５が残される。本発明の１つの例示的な態様によれば、図１０Ｅに示す成形型５００は、硬化された加工物パッド材料から成形型を実質的に剥離することによって、硬化された加工物パッド材料５２５から取り外される。図１０Ｆには、ペデスタル５３０に固着した硬化された弾性加工物パッド材料５３５を含む完成された例示的な加工物支持体５４０が示されており、加工物パッド材料５３５には、さらに、均一な微細構造体５４５の配列が含まれている。
以上、本発明を特定の用途および態様に関連させて図示および説明してきたが、本明細書および添付された図面の読了と理解に基づいて、当業者が同等な変更および修正に想至し得ることは理解されるであろう。特に、上述した構成要素（組立体、装置、回路、システム等）によって実行される種々の機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用された用語（「手段」に対する参照を含む）は、特に明示されない限り、ここに示された本発明の例示的な実施形態において特定の機能を実行する説明された構成要素のその機能を実行する（すなわち、機能的に同等である）任意の構成要素に、たとえ開示された構成に構造的に同等でなくても、相当するものと意図されている。
加えて、本発明の特定の特徴がいくつかの態様のうちの１つのみに関連して開示された場合であっても、任意の所定のまたは特定の用途のために望ましくかつ有利であるために、そのような特徴を他の態様の１つまたはそれ以上の特徴と組み合わせることもできる。さらに、用語「含む（include）」、「含んでいる（including）」、「有する（have）」、「有している（having）」、及びそれらの変化形が発明の詳細な説明または請求項で使用されている範囲に関して、これらの用語は、用語「含んでいる（comprising）」と同様な意味で包含的なものであることが意図されている。
図１Ａは、本発明が使用されるイオン注入装置を示すブロック図である。 図１Ｂは、加工物のイオンビーム処理のためのイオン注入装置を部分的に断面で示す側方立面図である。 図２Ａは、バッチ式注入装置における回転シャフト内に冷却流体通路を有するスピンドル組立体を示す側方立断面図である。 図２Ｂは、本発明の別の態様に従って、例示的な処理用ディスクおよび関連する複数のウエハ用ペデスタルを示す上平面図である。 図３Ａは、本発明の１つの態様に従って、非圧縮状態の微細構造体の規則的な配列を備えた例示的な加工物パッドを示す側方立断面図である。 図３Ｂは、図３Ａに示す加工物パッドにおける非圧縮状態の微細構造体の規則的な配列を示す上平面図である。 図４は、非圧縮状態の形状における例示的な微細構造体を示す透視図である。 図５Ａは、本発明の１つの態様に従って、圧縮状態の微細構造体の規則的な配列を備えた例示的な加工物パッドを示す側方立断面図である。 図５Ｂは、図５Ａに示す加工物パッドにおける圧縮状態の微細構造体の規則的な配列を示す上平面図である。 図６は、圧縮状態の形状における例示的な微細構造体を示す透視図である。 図７Ａは、本発明に従って、例示的なバッチ式注入装置のペデスタルおよび加工物パッドを示す側方立断面図である。 図７Ｂは、図７Ａに示すバッチ式注入装置のペデスタルおよび加工物パッドを示す上平面図である。 図８Ａは、本発明に従って、別の例示的なバッチ式注入装置のペデスタルおよび加工物パッドを示す側方立断面図である。 図８Ｂは、図８Ａに示すバッチ式注入装置のペデスタルおよび加工物パッドを示す上平面図である。 図９は、本発明の１つの態様に従って、加工物パッドの成形を示す例示的な方法である。 図１０Ａは、本発明の別の態様に従って、剛性のプレート上に成形型を配置するステップを示す側方立断面図である。 図１０Ｂは、図１０Ａに示す成形型上に液状の加工物取付体材料を付着させるステップを示す側方立断面図である。 図１０Ｃは、図１０Ｂに示す加工物取付体材料上にペデスタルを配置するステップを示す側方立断面図である。 図１０Ｄは、図１０Ａ〜図１０Ｃに示す剛性プレートおよびペデスタルに圧力を印加するステップを示す側方立断面図である。 図１０Ｅは、図１０Ｄに示す剛性プレートを取り外すステップを示す側方立断面図である。 図１０Ｆは、図１０Ｅに示す成形型を取り外した後の、本発明に従った例示的な加工物パッドを示す側方立断面図である。

Claims (33)

  1. 表面上に加工物が載置され、該表面の少なくとも一部は微細構造体の規則的な配列を含む前記表面を有する加工物パッドと、
    前記加工物パッドが載置されるペデスタルと、
    軸回りの回転のためにシャフトに取り付けられ、前記ペデスタルを支持するために適した処理用ディスクと、
    前記加工物パッド上に載置された前記加工物に対してイオンを供給するために適したイオン源と、を含むことを特徴とするイオン注入システム。
  2. 前記加工物パッドおよび前記加工物から熱を除去するため、前記ペデスタルに冷却流体を供給するために適した冷却流体源をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  3. 前記処理用ディスクは、該処理用ディスクの中心部から外側に向かって横方向に延びる複数のペデスタルを含み、該ペデスタルのそれぞれは、前記軸から放射状に配置されて加工物を支持するために適した加工物パッドを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  4. 前記微細構造体のそれぞれは、前記ペデスタルに対向しかつベース部に関連する第１の断面積を有する前記ベース部と、前記加工物に対向しかつ加工物接触部に関連する第２の断面積および加工物接触表面積を有する前記加工物接触部とを含み、前記第１の断面積は前記第２の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  5. 複数の均一な前記微細構造体は三角錐を含むことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
  6. 複数の均一な前記微細構造体は四角錐を含むことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
  7. 複数の均一な前記微細構造体の平均的な高さは、約０．０６３５ｍｍであることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
  8. 前記加工物パッドは弾性材料を含み、前記加工物接触部に作用する垂直抗力によって複数の前記微細構造体が弾性的に圧縮される結果、前記記加工物接触表面積が増大し、それによって、前記加工物接触表面積に関連する熱伝導性の接触表面積が増大することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
  9. 前記加工物パッドは、ＲＴＶコンパウンドを含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  10. 前記ペデスタルは、前記加工物パッド上に前記加工物を保持するために適した補助拘束部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
  11. 前記補助拘束部は、前記加工物パッドの外周から突出するリップ部を含むことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  12. 前記補助拘束部は、前記加工物パッドの外周から突出する複数のタブを含むことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
  13. 前記複数のタブは、固定式、可動式、または固定式と可動式の組合せであることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
  14. バッチ式イオン注入システムにおいて加工物を支持するためのペデスタルであって、
    該ペデスタルに固着された弾性的な加工物パッドを含み、
    該加工物パッドは、加工物が載置される表面を有し、
    前記加工物パッドの前記表面は、微細構造体の規則的な配列を含むことを特徴とするペデスタル。
  15. 請求項１４に記載のシステムにおいて、前記微細構造体のそれぞれは、前記ペデスタルに対向しかつベース部に関連する第１の断面積を有する前記ベース部と、前記加工物に対向しかつ加工物接触部に関連する第２の断面積および加工物接触表面積を有する前記加工物接触部とを含み、前記第１の断面積は前記第２の断面積よりも大きいことを特徴とするシステム。
  16. 請求項１４に記載のシステムにおいて、複数の均一な前記微細構造体は三角錐を含むことを特徴とするシステム。
  17. 請求項１４に記載のシステムにおいて、複数の均一な前記微細構造体は四角錐を含むことを特徴とするシステム。
  18. 請求項１４に記載のシステムにおいて、複数の均一な前記微細構造体の平均的な高さは、約０．０６３５ｍｍであることを特徴とするシステム。
  19. 請求項１４に記載のシステムにおいて、前記加工物パッドは弾性材料を含み、前記加工物接触部に作用する垂直抗力によって複数の前記微細構造体が弾性的に圧縮される結果、前記記加工物接触表面積が増大し、それによって、前記加工物接触表面積に関連する熱伝導性の接触表面積が増大することを特徴とするシステム。
  20. 請求項１４に記載のシステムにおいて、前記加工物パッドは、ＲＴＶコンパウンドを含むことを特徴とするシステム。
  21. 請求項１４に記載のシステムにおいて、前記ペデスタルは、前記加工物パッド上に前記加工物を保持するために適した補助拘束部をさらに含むことを特徴とするシステム。
  22. 前記補助拘束部は、前記加工物パッドの外周から突出するリップ部を含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
  23. 前記補助拘束部は、前記加工物パッドの外周から突出する複数のタブを含むことを特徴とする請求項２１に記載のシステム。
  24. 前記複数のタブは、固定式、可動式、または固定式と可動式の組合せであることを特徴とする請求項２３に記載のシステム。
  25. 請求項１４に記載のシステムにおいて、前記加工物パッドおよび前記加工物から熱を除去するために、前記ペデスタルに冷却流体を供給するために適した冷却流体源をさらに含むことを特徴とするシステム。
  26. バッチ式イオン注入装置において少なくとも１つの加工物を支持するための弾性的な加工物支持体を形成する方法であって、
    反転された微細構造体の規則的な配列を含む第１面および前記剛性のプレートに対向する第２面を含む可撓性の成形型を、剛性のプレート上に配置するステップと、
    剛性のペデスタルへの結合が可能でありかつ前記成形型への結合が防止されるために適した液状の加工物パッド材料を、該液状の加工物パッド材料が前記反転された微細構造体の規則的な配列を実質的に覆うように、前記成形型の前記第１面上に付着させるステップと、
    前記ペデスタルが複数の場所で前記液状の加工物パッド材料に接触するように、前記ペデスタルを前記液状の加工物パッド材料上に配置するステップと、
    前記液状の加工物パッド材料を硬化させ、それによって、前記ペデスタルに結合した硬化された弾性加工物パッド材料を形成するステップと、
    前記成形型の前記第２面から前記剛性のプレートを取り外すステップと、
    前記硬化された弾性加工物パッド材料から前記成形型を取り外し、それによって、弾性的であってさらに弾性微細構造体を含む加工物パッドを備えた前記弾性的な加工物支持体を形成するステップと、を含むことを特徴とする方法。
  27. 前記液状の加工物パッド材料は、ＲＴＶ材料を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  28. 前記液状の加工物パッド材料を硬化させるステップは、圧力、熱、または紫外線の１つまたは複数を適用することを含んでいる請求項２６に記載の方法。
  29. 前記硬化された弾性加工物パッド材料から前記成形型を取り外すステップは、前記硬化された弾性加工物パッド材料から前記成形型を剥離することを含んでいる請求項２６に記載の方法。
  30. バッチ式イオン注入装置において少なくとも１つの加工物を支持するための弾性的な加工物支持体を形成する方法であって、
    反転された微細構造体の規則的な配列を含む第１面および前記剛性のプレートに対向する第２面を含む可撓性の成形型を、剛性のプレート上に配置するステップと、
    剛性のペデスタルへの結合が可能でありかつ前記成形型への結合が防止されるために適した液状の加工物パッド材料を、前記ペデスタルが複数の場所で前記液状の加工物パッド材料に接触するように、前記ペデスタル上に付着させるステップと、
    前記ペデスタルおよび付着された前記液状の加工物パッド材料を、該液状の加工物パッド材料が前記反転された微細構造体の規則的な配列を実質的に覆うように、前記成形型の前記第１面上に配置するステップと、
    前記液状の加工物パッド材料を硬化させ、それによって、前記ペデスタルに結合した硬化された弾性加工物パッド材料を形成するステップと、
    前記成形型の前記第２面から前記剛性のプレートを取り外すステップと、
    前記硬化された弾性加工物パッド材料から前記成形型を取り外し、それによって、弾性的であってさらに弾性微細構造体を含む加工物パッドを備えた前記弾性的な加工物支持体を形成するステップと、を含むことを特徴とする方法。
  31. 前記液状の加工物パッド材料は、ＲＴＶ材料を含むことを特徴とする請求項３０に記載の方法。
  32. 前記液状の加工物パッド材料を硬化させるステップは、圧力、熱、または紫外線の１つまたは複数を適用することを含んでいる請求項３０に記載の方法。
  33. 前記硬化された弾性加工物パッド材料から前記成形型を取り外すステップは、前記硬化された弾性加工物パッド材料から前記成形型を剥離することを含んでいる請求項３０に記載の方法。
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