JP2013529371A - イオン注入装置のための蒸気圧縮冷却チャック - Google Patents

Abstract

本発明の態様は、蒸気圧縮冷却システムを利用したイオン注入システムに関する。ある実施形態において、注入時のワークピースの望ましくない熱を制限あるいは抑制することに役立てるため、あるいはワークピースを積極的に冷却するために、蒸気圧縮システムの温度コントローラは、理想的な蒸気圧縮サイクル（vapor compression cycle）に従ってコンプレッサおよびコンデンサに冷媒流体を送る。

Description

発明の詳細な説明

（関連出願）
本出願は、２００８年４月３０日に出願され、「気体軸受静電チャック（gas bearingelectrostatic chuck）」と題された、米国出願第１２／１１３，０９１号の一部継続であり、その内容は、全ての目的でその全体を参照することにより本明細書に組み込まれる。

（背景）
半導体装置およびその他の製品の製造において、イオン注入システム（ion implantation system）はワークピース（workpiece）（例えば、半導体ウェーハ、ディスプレイパネル、およびガラス基板など）の中へドーパント（dopant）を注入するために適用されている。これらのイオン注入システムは典型的には、「イオン注入装置（ion implanter）」と呼ばれている。

図１は、ターミナル（terminal）１２、ビームラインアセンブリ（beamline assembly）１４、およびエンドステーション（end station）１６を備える、イオン注入システム１０の一態様を示している。一般的に、ドーパントの気体をイオン化して、イオンビーム（ion beam）２２を形成するために、ターミナル１２内のイオン源１８は電源２０と連結されている。上記イオンビーム２２はビームステアリング装置（beam-steering apparatus）２４を通って、開口部（aperture）からエンドステーション１６に向けて出射するように誘導される。エンドステーション１６の終端において、イオンビーム２２は、取り外し可能なように静電チャック（electrostatic chuck）３０に仕掛けられたワークピース２８（例えば、半導体ウェーハ、またはディスプレイパネルなど）に衝撃される。ひとたびワークピース２８の格子の中に埋め込まれると、注入されたイオンはワークピースの物理的性質、あるいは化学的性質の少なくとも一方を変化させる。これにより、イオン注入は材料科学研究においてさまざまに利用されているのみならず、半導体装置の製造、および金属の仕上げ処理にも使用されている。

対策を講じなければ、イオン注入過程の間、荷電イオン（charged ion）がワークピースと衝突するにつれて、エネルギーは熱となってワークピース２８に蓄積する。この熱によってワークピース２８は曲がって、あるいは割れてしまうかもしれない。そして、ある実施形態においてはワークピース２８が無駄に（または、ほとんど役に立たなく）なってしまうかもしれない。

さらに、たとえワークピースは無駄にならなかったとしても、この望ましくない熱によって、所望の量と異なる量のイオンが供給されて、所望の機能性とは違うものになってしまうかもしれない。例えば、ワークピースの外表面のすぐ下のごく薄い領域に供給したい量が１×１０^１７atom/cm³であるならば、望ましくない熱によって注入されたイオンがこのごく薄い領域外に拡散してしまい、実際には１×１０^１７atom/cm³よりも少ない量しか供給されない。つまり、望ましくない熱は、注入された荷電を所望する領域よりも大きい領域に「滲ませて」しまい、そのことにより、有効量を所望の量よりも少なく減じてしまう。その他の望ましくない効果も生じ得る。

その他の例では、非常に低温に冷却されたチャックを使用して、常温以下の温度で注入することが要求されるかもしれない。このような理由のために、冷却システム（cooling system）が開発されてきた。プラズマプロセシング装置（plasma processing apparatus）などの分野において、冷却システムはいくつかの点で知られているが、イオン注入装置に蒸気冷却システムを組み込むことは極めて困難である。なぜならば、ワークピースの近傍には構成要素の機械が密集しているからである。例えば、イオン注入装置内の静電チャックは大抵、普通のプラズマプロセシング装置に使用されているものと比較して、かなり複雑である。従って、本発明者は、イオン注入装置の中の静電チャックを冷却する技術を開発した。これにより、注入時に進行するワークピースの望ましくない加熱を減じることができる。

（要約）
本発明は、半導体加工システム（semiconductor processing system）におけるシステム、装置、およびワークピースの固定方法を提供することにより、当技術分野の制限を克服する。従って、以下では、本発明のいくつかの態様の基本的な理解を可能とするために、本発明の簡略化した概要を記載する。この要約は、本発明の完全な概観ではない。本発明の重要な要素を特定することも、本発明の範囲を正確に記述することも意図していない。その目的は、後に記載される本発明のより詳細な説明に対する前置きとして、本発明の概念を簡略化した形で提供することである。

本発明の態様は、蒸気圧縮冷却システムを利用したイオン注入システムに関する。ある実施形態において、注入時のワークピースの望ましくない熱を制限あるいは抑制することに役立てるため、あるいはワークピースを積極的に冷却するために、蒸気圧縮システムの温度コントローラは、理想的な蒸気圧縮サイクル（vapor compression cycle）に従ってコンプレッサ（compressor）およびコンデンサ（condenser）に冷却流体を送る。

従って、前述の目的、および関連する目的の達成のために、本発明は、以下の請求項において、完全に記載され、かつ詳細に示される、特徴点を備えている。後述の説明、および添付された図面は、本発明のある実施形態の実例を詳細に説明する。しかしながら、これらの実施形態は、本発明の原理が適用され得るさまざまな様式の中のいくつかについて示したにすぎない。本発明の他の目的、利点、および新規な特徴は、後述する本発明の詳細な説明によって、図面とともに考察すれば、明らかになるであろう。

（図面の簡単な説明）
図１は、従来のイオン注入システムのブロック図を示している。

図２は、一実施形態に係るイオン注入システムのブロック図を示している。

図３は、一実施形態に係る静電チャックに含まれるスキャンアームの斜視図である。

図４は、図３の実施形態に係る静電チャックの一例の簡略化した断面図である。

図５Ａ−５Ｆは、一実施形態に係るイオンビームに対するスキャンアームの一連の動作を示している。

図６は、本発明の一態様に係る静電チャックの分解斜視図を示している。

図７は、本発明のまた別の態様に係る冷却プレートの一例の上部平面図を示している。

図８は、本発明に係るワークピースを固定する方法の一例を示すブロック図である。

図９は、一実施形態において実施可能な蒸気圧縮冷却サイクルを示している。

（詳細な説明）
本発明は、改善された固定、および温度の均一性を提供する一方で、さらに、裏面の粒子汚染を低減する、静電クランプ（electrostatic clamp）あるいは静電チャック（ＥＳＣ）と共に用いることが可能な冷却技術に概して向けられている。それに応じて、本発明は以下において図を参照しながら説明される。なお、以後、同じ参照番号は同じ構成要素を表現するために用いられるときもある。これらの態様に関する説明は、単に例示するものであり、制限する意味に解釈するべきではない。以下の記載では、説明のために、本発明を完全に理解するため多くの具体的な細部が説明される。しかしながら、当業者であれば、これらの具体的な細部を用いることなく、本発明を実施することが可能であることは明らかであろう。

図２は、本発明の一態様に係るイオン注入装置２００の一例を示している。特に図２に示す実施形態では、クランピングコントロールシステム（clamping control system）２０４および蒸気圧縮冷却システム２０６の両方に結合して双方を制御する静電チャック２０２を備えている。概して、クランピングコントロールシステム２０４は選択的にワークピース２１６を静電チャック２０２の契合領域（engagement region）２１８に付着させる。ワークピース２１６は選択的に契合領域２１８に接着している間、注入中においてワークピース２１６の望ましくない加熱を制限あるいは抑制することを助けるため、蒸気圧縮システムはチャック２０２を冷却する。

静電チャック２０２は第１プレート２３０と第２プレート２３２を備えており、第１プレート２３０と第２プレート２３２は大抵別個の構成要素であるが、ある実施形態においては、一体として合体させることも可能である。第１プレート２３０は、ワークピース２１６が取り外し可能なように契合する契合領域２１８を備えている。

簡単に図３−４を参照して説明すると、契合領域２１８は中央領域２３４を備え、該中央領域２３４は、中央領域２３４の周縁部におおよそ露出している環状領域２３６に対して凹んでいる。中央領域２３４が環状領域２３６に対して凹んでいるため、空洞（cavity）２３８がワークピース２１６の裏側の領域と中央領域２３４との間に形成される。この空洞２３８はワークピース２１６と静電チャック２０２とが直接に表面同士で接触することを制限する。これにより、ワークピースの汚染を制限し、ワークピースの欠陥数を制限することに役立つ。

図２の説明に戻れば、空洞２３８を、加圧ガス源２１２および真空源２１４と結合するために、供給コンジット２４０および排出コンジット２４２は、それぞれ、第１プレートの中央領域に張り巡らされた、１つ以上の気体供給オリフィス（gas supply orifice）２４４を介して空洞２３８と流体連通（fluid communication）している。

ワークピース２１６を静電チャック２０２に付着させるために、静電チャック２０２内の電極は電源２１０によってバイアス電圧が印加されている。従って、図２に示すように、クランピングコントローラ２０７は、空洞２３８への気体供給（ワークピース２１６を契合領域２１８から離れさせる傾向がある）に対して、電極のバイアス電圧（ワークピース２１６を契合領域２１８に「張り付ける」ことになる傾向がある）を釣り合わせる。従って、電極にバイアス電圧が印加されているときに、空洞２３８内の気体はある点では緩衝材（cushion）として働く。これにより、クランピングコントロールシステム２０４は、ワークピース２１６を契合領域２１８に選択的に付着させ、かつ契合領域２１８から選択的に放出することができる。よって、イオンの注入が正確にワークピースに行われる。

注入時にワークピースの望ましくない熱を制限あるいは抑制することに役立てるため、あるいは注入時にワークピースを冷却するために、静電チャック２０２の第２プレート２３２もまた、１つ以上の冷却チャネル（cooling channel）２５０および流量制限器（flow restrictor）２５２を備えている。作動中に、コンプレッサ２２２は、戻りコンジット（return conduit）２５４から、気相として存在することができる冷媒流体を受け取る。コンプレッサ２２２は、流体の圧力を増加させるために、冷媒流体（例えば、ハイドロフルオロカーボン（hydro-fluorocarbon）、アンモニア、二酸化炭素など）を圧縮する。それから、コンデンサ２２４は、放熱によって加圧された流体を凝縮する。凝縮した流体を、供給コンジット（supply conduit）２５６を通して静電チャック２０２へ向けて供給する。流体は、流量制限器２５２の中へ続き、流体はそこで膨張（気化）し、冷却される。冷却された蒸気が冷却チャネル２５０を通ると、蒸気が静電チャックから熱を吸収する。今度は加熱された蒸気は、別の循環に向けて、戻りコンジット２５４を通ってコンプレッサ２２２へ戻る。これにより、蒸気圧縮冷却システム（vapor compression cooling system）は、望ましくない加熱を制限あるいは抑制し、あるいは積極的に冷却するためにチャックの温度を調節に役立つ。

流量制限器２５２の利用は、他の構成要素に比べて優れている。なぜならば、流量制限器２５２の側壁は、流量制限器の中央領域において近づき、流量制限器の末端領域において離れるようなテーパー形状となっており、イオン注入静電チャックに適用される比較的密な配置に対して適用することができるからである。従って、他の構成要素（例えば、バルブなど）をある実装器具として利用することができたとしても、静電チャックによく見られる窮屈な幾何学的制約のゆえに、流量制限器の利用が、イオン注入システムにおいて特に有利である。

図９は、蒸気圧縮冷却システムによって実行可能な、蒸気圧縮冷却サイクル９００を示している。このサイクルにおいて、流体はまず、圧力の増加によってコンプレッサの中で圧縮される。これにより、等エントロピー的な温度上昇（９０２）が起きる。次に、熱を除去することにより、流体は、定圧でコンデンサによって凝縮される（９０４）。次に、流量制限器は流体を該システムで機能させる。そして、その後、流体冷却チャネルの中で膨張する（９０６）。流体が膨張するにつれて、静電チャックから熱を吸収する（９０８）。このようにして、該サイクルは繰り返すことができる。

図３は、静電チャック２０２を搭載することのできる、スキャンアーム（scan arm）３００の一例を示しており、図４は、該静電チャックの断面図である。明解にする目的のため、図３ではワークピースがそこに付着していない静電チャック２０２を示し、一方、図４では、静電チャック２０２に付着したワークピース２１６を含めている。

以下においてより詳細に理解されるように、スキャンアーム３００は旋回心軸（pivot point）３０２と遠端３０４との間に半径方向に延びている。そして、その遠端３０４は、ワークピース２１６を選択的に付着させる契合領域２１８を備えている。気体供給コンジット（gas supply conduit）３０６、および別個に冷媒供給コンジット（refrigerant supply conduit）３０８が、旋回心軸３０２と遠端３０４との間に延ばされている。気体供給コンジット３０６は、１つ以上の気体供給オリフィス２４４を介して空洞２３８と流体連通している。冷媒供給コンジット３０８は、少なくとも１つの冷却チャネル２５０と流体連通しており、気体供給オリフィス２４４および空洞２３８の双方に対して流体隔離されている。スキャンアームは、さらに、アキシアルハブ（axial hub）３１０を備えている。これにより、静電チャックはスキャンアームの遠端と結合されている。

説明の便宜のため、図５Ａ−５Ｆでは、ワークピース２１６を付着させているスキャンアーム３００が、適時にイオンビーム（ion beam）２２を横切るように移動することができる一様式を示す。図５Ａ−５Ｃでは、スキャンアーム３００は、旋回心軸が第１の距離ｙ_１によってイオンビーム２２の中心から分けられたまま、ワークピース２１６を旋回心軸３０２の周りに移動させる。図５Ｄでは、スキャンアームの旋回心軸３０２がイオンビーム２２の中心と比較して距離Δｙだけ漸進的に移動している。従って、図５Ｄ−５Ｆのイオンビーム２２を通過するようにスキャンアーム３００がワークピース２１６を走査するとき、イオンビーム２２はワークピース上の異なる領域と衝突することになる。イオン注入は、ワークピースの全体が注入されるまで、イオンビーム２２と旋回心軸３０２とが、他方に対して漸進的に移動する間継続される。加えて、スキャンアームが振り子様に動いている間、静電チャックがアキシアルハブ３１０（例えば、３１２で示すように）の周りに回転してもよい。

図５Ａ−５Ｆでは振り子のようなスキャンシステム（scan system）を示しているが、他の実施形態（図示せず）では、イオンビームの方を、電気的にあるいは磁気的に第１軸（例えば、水平軸）に沿って、速いスキャン速度で往復させてスキャンし、一方、ワークピースが選択的に取り付けられたスキャンアームの方は、第２軸（例えば、垂直軸）に沿って低速で移動してもよい。さらに、他の実施形態では、イオンビームをワークピースの表面に対して固定してもよい。

図６は、「ＥＳＣ」とも呼ばれる、静電クランプ６００の別の実施形態の分解斜視図である。図６に示す、ＥＳＣ６００は、例えば、クランピングプレート（clamping plate）６０４（ある実施形態では第１プレートとも呼ばれることもある）、および冷却プレート６０８（ある実施形態では第２プレートとも呼ばれることもある）を備えている。第１電極６０６、および第２電極６１０もＥＳＣに含まれている。第１電極６０６と第２電極６１０とだけが示されているが、本発明の範囲内で任意の数の電極が想定されるであろう。

クランピングプレート６０４は、環状領域６１２と、その中に規定された中央領域６１４とを備え、環状領域は中央領域の周辺に概して露出している。環状領域６１２は、これと関係する第１表面６１８を含んでおり、第１表面は、一例を挙げれば、ワークピース（図示せず）と表面どうしで接触するように構成されている。中央領域６１４は、第２表面６２８を含んでおり、所定の距離だけ第２表面６２８から概して凹んでいる。従って、ワークピースがクランピングプレートに契合したときに、空洞が、クランピングプレートの第２表面６２８と、ワークピースの裏側の表面との間に規定される。

ある実施形態においては、第２表面６２８はワークピースの裏側の表面から、０から１００μｍ概して凹んでいる。ある具体的な例を挙げると、第２表面６２８は、第１ｇ表面から、およそ１０μｍ概して凹んでいる。従って、ワークピースがＥＳＣ６００に取り付けられたとき、環状領域６１２は外部の環境（例えば、真空室、処理室など）から中央領域を概して隔離するように機能する。一態様を例示すれば、クランピングプレート６０４の環状領域６１２は、エラストマ材料（elastomeric material）（ゴム状シール（elastomeric seal））を含み、エラストマ材料は第１表面６１８を概して規定する。従って、エラストマ材料は、ワークピースとクランピングプレート６０４との間のシール材を提供し、中央領域６１４は外部の環境から隔離される。

別の例を挙げると、クランピングプレート６０４の、環状領域６１２と中央領域６１４とは、Ｊ−Ｒタイプの素材（例えば、チタンをドープされたアルミナ、酸化セリウムをドープされた窒化アルミニウムなど）を含んでいる。Ｊ−Ｒ材料（例えば、バルク抵抗率が１×１０^８Ohm・cmから１×１０^１２Ohm・cmの抵抗半導体）は、ドープされていない材料に比べて、Ｊ−ＲタイプのＥＳＣ６００において有利である。なぜならば、クランピングプレート６０４を十分に熱くすることが可能で（例えば、厚さ０．５ｍｍ以上）、有効なクランプ力を生み出すために、あとで機械加工、研削、あるいはその他の技術によって薄くする必要がないからである。あるいは、クランピングプレート６０４の、環状領域６１２と中央領域６１４とは、非Ｊ−Ｒ材料を含み、ＥＳＣ６００はクーロンタイプ（Coulombic-type）のクランプと考えてもよい。

ある例によれば、図６に示すＥＳＣ６００の第１電極６０６は、中央領域６１４に関連しており、第２電極６１０は環状領域６１２に関連している。第１電極と第２電極とは、互いに電気的に概して隔離されている。例えば、１つ以上の第１電極６０６と第２電極とは、１つ以上の銀、金、チタン、タングステン、あるいは他の導電性の金属または素材を含んでいる。ＥＳＣ６００の第１電極６０６および第２電極６１０とは、それぞれ第１電極（例えば、第１電圧）および第２電極（例えば、第２電圧）と電気的に接続されている。

クランピングプレート６０４は、さらに、中央領域６１４と関連している複数の気体供給オリフィス６５０を備えており、複数の気体供給オリフィス６５０は、加圧されたガス源、あるいは供給（例えば、図２におけるガス源２１２）と流体連通している。例えば、複数の気体供給オリフィス６５０は、気体の緩衝剤（図示せず）を、クランプ表面（例えば、第２表面６２８）とワークピースの表面との間に供給するように構成されている。

また別の実施形態によれば、１つ以上のガス戻りオリフィス６５６は、クランピングプレート６０４の１つ以上の中央領域６１４、および環状領域６１２において規定される。例えば、１つ以上のガス戻りオリフィス６５６は、真空源（例えば、図２における真空源２１４）と流体連通している。例えば、１つ以上のガス戻りオリフィス６５６は、１つ以上の溝、および環状領域６１２と中央領域６１４との境界周辺に露出している孔を含み、これにより、ＥＳＣ６００の中を通るクッションガスの排気路を提供する。

例えば、環状領域６１２は、さらに、ワークピースの表面１２０とＥＳＣ６００との間の十分なシール材を提供するように機能し、クッションガスが、環状領域、中央領域６１４、およびワークピースによって規定される容積の中に概して維持される。複数の気体供給オリフィス６５０からの、および、１つ以上のガス戻りオリフィス６５６を通る（例えば、図２におけるガス源、真空源を経由して）、クッションガスの圧力と流量とを制御することによって、クランピングプレート６０４は、ＥＳＣ６００からワークピースを概して遠ざけるための第１の力を提供する。このように、複数の気体供給オリフィス６５０からのクッションガスの圧力と流量とは、第１電源と第２電源とを介して第１電極６０６と第２電極６１０とに印加される電圧に関連する静電的な力と概して対抗することができる。このような対抗作用、あるいは力の均衡は、ワークピースとクランピングプレート６０４の少なくとも中央領域６１４との間に、摩擦の無い接触面を提供するように機能する。さらに、複数の気体供給オリフィス６５０からの、および１つ以上のガス戻りオリフィス６５６を通る、クッションガスの圧力と流量を制御することにより、ワークピースとＥＳＣ６００との間の熱の移動を、クッションガスの流量と温度とに依存して制御することができる。

一例を挙げれば、１つ以上のガス戻りオリフィス６５６は、直径がおよそ２ｍｍ以下である。しかし、本発明の範囲内でさまざまな口径の孔が想定されるであろう。例えば、１つ以上のガス戻りオリフィス６５６は、直径がおよそ５００μｍであってもよい。ガス戻りオリフィスの口径は、圧力と流速に基づいて変えることができ、ＥＳＣ６００の任意の所定の利用法のために最適化することができる。

一変形例を挙げれば、図６に示す１つ以上のガス戻りオリフィス６５６は、１つ以上のスリット（図示せず）を備えている。１つ以上のスリットは、環状領域６１２と中央領域６１４との間の境界に沿って、所定の距離（図示せず）概して延びている。例えば、１つ以上のスリットは直線状または弓状に曲がったスリットを含んでおり、１つ以上の弓状に曲がったスリットの半径幅を、環状領域６１２と中央領域６１４との間でＥＳＣ６００の半径に沿って測定すれば、およそ２ｍｍ以下である。１つ以上の長く延びたスリットの長さは、例えば、半径幅よりも十分長くてもよい。本開示の態様の別の例によれば、図６に示すＥＳＣ６００の冷却プレート６０８は、以前図４に示したように、クランピングプレート６０４の裏面６６８に関連している。

図７では、１つ以上の冷却チャネル７０２を備える冷却プレート６０８の別の例を示している。例えば、１つ以上の冷却チャネル７０２は、半導体処理中にＥＳＣ６００を冷却するために、ハイドロフルオロカーボンまたはその他の冷媒流体（図示せず）の経路が、クランピングプレート６０４と冷却プレート６０８との間、および冷却プレートの少なくとも一方を通るように構成されている。図７は冷却プレート６０８の前側の表面を例示している。冷却プレートの前側の表面は、例えば、図６に示すクランピングプレート６０４の裏側６６８と概して接している。ここで示された冷却チャネルの所定のパターンは、図示されたものと異なるものでもよく、このような全てのパターンは本発明の範囲内に含まれることは明らかである。

図７に示すように、冷却プレート６０８の前側の表面と関連する１つ以上の冷却チャネル７０２は、半径方向の通路７０６を介して相互に概して接続している、複数の同心円チャネル７０４を備えている。例示された複数の同心円チャネル７０４、半径方向の通路７０６は、例えば、冷却流体をここに通すときに空気泡が概して最少になる、冷却流体の流れを概して提供する。

図示されていない実施形態において、クランピングプレート６０４は、さらに、複数のピン（pin）、止め具（stop）、あるいは周辺部に露出するその他の部材を備えている。複数のピンは、取扱い中、または処理中のいずれか一方におけるワークピースの周辺領域と接するように構成されている。例えば、３つ以上のピンがクランピングプレートの周囲において、第１表面に対して概して垂直に突きでている。これらのピンは、ワークピースのスキャン中のワークピースの横方向の動きを概して防ぐ。例えば、該ピンは、緩衝剤ガスが供給されているときに、ワークピースの位置を維持するように選択的に配置されている。

本発明の別の態様によれば、図８は、静電チャックを介してワークピースを固定するための方法８００の例を示している。一連の動作あるいは事象として該方法が例示され、説明されるが、本発明によれば、ここで例示され説明される内容から離れて、いくつかのステップが異なる順序で、あるいは他のステップと同時に起きてもよく、本発明は、ここで示される動作の順序、あるいは事象の順序によって限定されないことは明らかである。さらに、本発明によれば、示された全てのステップが、該方法の実施のために必要であるとは限らない。そしてさらに、該方法は、ここで記載されるシステムを用いて実施され得るのみならず、図示されていない他のシステムを用いても実施され得ることは明らかである。

図８に示すように、方法８００は動作８０２により開始する。この時、図２−７のＥＳＣなどの静電チャックが提供される。例えば、動作８０２において提供されたＥＳＣは、クランピングプレートを備えている。そのクランピングプレートは、環状領域６１２と、その中に規定された中央領域６１４とを備えており、第１電極は、少なくとも中央領域に関連している。クランピングプレートは、さらに、中央領域に関連している複数の気体供給オリフィス、およびガス戻りオリフィスを備えている。

動作８０４において、一例として、クランピングプレート上にワークピースを置き、ワークピースの周辺領域をクランピングプレートの環状領域に接触させる。動作８０６において、クッションガスを、複数の気体供給オリフィスを通して、緩衝剤ガス源を経由して、第１気体圧で供給する。クッションガスは、第１の反発力によってワークピースをクランピングプレートから概して遠ざける。緩衝剤ガス圧は力の量と、ワークピースとクランピングプレートとの間の熱の移動を概して決定する。動作８０８において、第１電圧が第１電極に印加される。これにより、第１の引力（例えば、第１のクランプ力）によってワークピースをクランピングプレートに引き寄せる。

動作８１０において、第１電圧、およびクッションガスの圧力が制御され、第１電圧は、クランピングプレートにワークピースを第１の力によって概して引き寄せ、クッションガスの圧力は、反対に、遠ざける力を提供する。一例において、第１の引力と第１の反発する力とは、動作８１０の制御によって均等化する。このとき、ワークピースとクランピングプレートの少なくとも中央領域との間に、概して摩擦の無い接触面を提供する。

動作８１２において、圧縮された冷媒流体はチャックを冷却するために、静電チャックに供給される。ある実施形態においては、圧縮された冷媒は、流量制限器を経由して、静電チャックに供給される。そして、その流量制限器は、第１の距離によって隔てられている側壁を有する中央領域と、第１の距離より大きい第２の距離によって隔てられている側壁を有する末端領域とを備えている。

動作８０６において第１電極に対して印加された第１電圧に由来する最初の引力は、一例において、クランピングプレートに対するワークピースの位置をおおよそ維持するために十分であり、かつ、外部の環境にクッションガスが漏出することを避けるために、ワークピースと環状領域との間の実質的な密封材となるためにも十分である。外部の環境にクッションガスが漏出することを避けるために、その他の例では、差動排気溝（differential pumping groove）が、ワークピースとクランピングプレートとの間の密封材となる。

したがって、本発明は、ワークピースの温度コントロールの改善をもたらす静電チャックを提供する。ここでは本発明の好適な実施形態について説明されたが、本明細書および添付された図面を読み、理解すれば、他の当業者が同等の変更や改変を想起することは明らかである。上記で記載された構成要素（アセンブリ、装置、回路など）、および構成要素の説明をするために用いられる用語（「手段」に関係するものを含む）は、別段の指示がない限り、ここに示された本発明の実施形態の具体例に記載の機能を実行する開示された構造と構造上等価でなくても、上記の構成要素の具体的な機能を実行する（すなわち機能的に等価な）任意の構成要素に対応させることを意図している。さらに、本発明の特定の特徴点は、様々な実施形態のうちのただ１つに関して開示されたものかもしれない。しかし、任意の、所定あるいは特定の適用にとって望ましく、かつ有利となるように、このような特徴は他の実施形態の１つ以上の他の特徴と組み合わされてもよい。

従来のイオン注入システムのブロック図を示している。 一実施形態に係るイオン注入システムのブロック図を示している。 一実施形態に係る静電チャックに含まれるスキャンアームの斜視図である。 図３の実施形態に係る静電チャックの一例の簡略化した断面図である。 一実施形態に係るイオンビームに対するスキャンアームの一連の動作を示している。 本発明の一態様に係る静電チャックの分解斜視図を示している。 本発明のまた別の態様に係る冷却プレートの一例の上部平面図を示している。 本発明に係るワークピースを固定する方法の一例を示すブロック図である。 一実施形態において実施可能な蒸気圧縮冷却サイクルを示している。

Claims (14)

1. イオン注入システムであって、
   旋回心軸（pivot point）と遠端との間が半径方向に伸びたスキャンアーム（scan arm）であって、気体供給コンジット（gas supply conduit）と独立した冷媒供給コンジット（refrigerant supply conduit）との両方が上記スキャンアームの旋回心軸の近傍から上記スキャンアームの上記遠端に向かって伸びているスキャンアームと、
   上記スキャンアームの上記遠端に隣接して結合されている静電チャックであって、上記静電チャックは、ワークピースと選択的に契合する契合領域と、上記冷媒供給コンジットと流体連通（fluid communication）している１つ以上の冷却チャネルとを備える静電チャックと、を備え、
   上記契合領域とワークピースとは、両者が契合するときにおいて、協同して両者の間に空洞（cavity）を形成するとともに、上記空洞は上記気体供給コンジットと流体連通している一方、少なくとも１つの冷却チャネル（cooling channel）に対して流体隔離されている、ことを特徴とするイオン注入システム。
2. 上記静電チャックは、さらに、
   上記冷媒供給コンジットと少なくとも１つの冷却チャネルとの間の流量制限器（flow restrictor）であって、上記流量制限器は、第１の距離で隔てられている側壁を備える中央領域（central region）と、上記第１の距離よりも大きい第２の距離で隔てられている側壁を備える複数の末端領域（distal region）と、を備えることを特徴とする、請求項１に記載のイオン注入システム。
3. 上記スキャンアームは、ワークピースが第１の軸上を、イオンビームが第１の軸に直交する第２の軸に沿って走査される間に、移動するように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のイオン注入システム。
4. 上記スキャンアームは、上記旋回心軸の周りに振り子のような様式で往復するように形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のイオン注入システム。
5. 上記スキャンアームの上記遠端に近接する上記静電チャックと結合されたアキシアルハブ（axial hub）であって、上記アキシアルハブは、上記スキャンアームが上記振り子のような様式で動作する間、上記ワークピースが上記アキシアルハブの周囲を回転するように、上記静電チャックを回転するように形成されていることを特徴とする、請求項４に記載のイオン注入システム。
6. 上記契合領域は、
   少なくとも１つの気体供給オリフィス（gas supply orifice）を備える中央領域と、
   上記中央領域の周縁部におおよそ露出している環状領域（annulus region）と、
   を備え、
   上記中央領域は、上記環状領域に対して凹んでおり、上記静電チャックの表面と上記ワークピースとの間に、両者が契合するときに、上記空洞を形成することを特徴とする、請求項１に記載のイオン注入システム。
7. イオン注入システムであって、
   旋回心軸と遠端との間が半径方向に伸びたスキャンアームであって、気体供給コンジットと冷媒供給コンジットとの両方が上記スキャンアームの旋回心軸の近傍から上記スキャンアームの上記遠端に向かって伸びているスキャンアームと、
   上記スキャンアームの上記遠端に付随し、ワークピースが取り外し可能なように契合する契合領域を有する第１プレートであって、
   上記契合領域は、少なくとも１つの気体供給オリフィス、および上記中央領域の周縁部におおよそ露出している環状領域を備え、
   上記中央領域は、上記環状領域に対して凹んでおり、上記ワークピースと上記第１プレートとの間に上記空洞を規定し、
   上記空洞は、少なくとも１つの気体供給オリフィスを介して、上記冷媒供給コンジットと流体連通しており、
   第１プレートと、
   上記第１プレートと上記スキャンアームの上記遠端に位置する第２プレートであって、 上記冷媒供給コンジットと流体連通した、少なくとも１つの冷却チャネルを備え、
   上記少なくとも１つの冷却チャネルは、上記気体供給コンジットおよび上記空洞から流体隔離されている、
   第２プレートと、
   を備えることを特徴とする、イオン注入システム。
8. 上記第１プレートと上記第２プレートとの少なくとも一方は、さらに、上記冷媒供給コンジットと上記少なくとも１つの冷却チャネルとの間に流量制限器を備え、
   上記流量制限器は、第１の距離によって隔てられている側壁を備える中央領域（central region）と、上記第１の距離よりも大きい第２の距離によって隔てられている側壁を備える複数の末端領域（distal region）とを備えることを特徴とする、請求項７に記載のイオン注入システム。
9. 上記スキャンアームは、上記旋回心軸の周りに振り子のような様式で往復するように形成されていることを特徴とする、請求項７に記載のイオン注入システム。
10. アキシアルハブの周囲から上記スキャンアームの上記遠端にかけて設置されている、上記第１プレートおよび第２プレートであって、
    上記アキシアルハブは、
    上記アキシアルハブは、上記スキャンアームが上記振り子のような様式で動作する間、上記ワークピースが上記アキシアルハブの周囲を回転するように、上記第１プレートを回転するように形成されていることを特徴とする、請求項９に記載のイオン注入システム。
11. 上記イオン注入システムは、さらに、
    クランピング電圧（clamping voltage potential）と選択的に組み合わせて形成された、少なくとも１つの電極を備えることを特徴とする、請求項７に記載のイオン注入システム。
12. 上記第１プレートの上記中央領域は、おおよそ平らで、そこから外に向かって伸びる任意の構造の空隙であることを特徴とする、請求項７に記載のイオン注入システム。
13. ワークピースの固定方法であって、
    少なくとも１つの冷却チャネルを有する静電チャックであって、少なくとも１つの電極を備える上記静電チャックを供給するステップと、
    最初の気体圧において、上記静電チャックの上記中央領域において規定される、少なくとも１つの気体供給オリフィスを介してクッションガス（cushioning gas）を供給するステップと、
    少なくとも１つの電極に対して電圧を印加するステップであって、
    ひきつける力によって、ワークピースを上記静電チャックにおおよそ引き付けるステップと、
    最初の気体圧と最初の電圧を制御するステップであって、最初の引きはがす力と最初の引き寄せる力とは、おおよそ均等にするステップと、
    上記静電チャックを冷却するために流体を供給するステップと
    を含むことを特徴とする固定方法。
14. 圧縮冷却流体は、流量制限器を介して上記静電チャックに供給され、
    上記流量制限器は、第１の距離によって隔てられている側壁を備える中央領域と、上記第１の距離よりも大きい第２の距離によって隔てられている側壁を備える複数の末端領域とを備えることを特徴とする、請求項１３に記載の固定方法。

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