JP2015525445A - 不活性気圧の前冷却および後加熱 - Google Patents

Abstract

イオン注入システム（１０１）は、プロセスチャンバ（１２２）のプロセス環境（１２６）内のサブ周囲温度チャック（１３０）上に配置されたワークピース（１１８）にイオン（１１２）を提供する。中間環境（１３８）を有する中間チャンバ（１３６）は、外部環境（１３２）と流体連通状態にあり、ワークピース（１１８）を冷却および加熱するための冷却ステーション（１４０）および加熱ステーション（１４２）を有する。ロードロックチャンバ（１５０）は、中間環境（１３８）からプロセス環境（１２６）を分離するために、プロセスチャンバ（１２２）と中間チャンバ（１３６）との間に配置されている。圧力源（１６６）は、中間チャンバ（１３６）内において、外部環境（１３２）の露点よりも低い露点で、中間チャンバ（１３６）にドライガス（１６８）を提供する。該圧力源は、中間チャンバから外部環境へのドライガスのフローを通じて、中間環境を外部環境から分離する。

Description

本発明はイオン注入システムに関するものであり、特には、イオン注入システム内のワークピース(加工中の製品)上に結露が発生するのを防ぐイオン注入システムに関する。

静電クランプまたは静電チャック（ＥＳＣｓ）は、イオン注入、エッチング、化学蒸着（ＣＶＤ)等のプラズマベースまたは真空ベースの半導体工程間に、ワークピースまたは基板をクランプするため半導体産業でしばしば利用されている。ＥＳＣｓのクランプ性能、同様にワークピースの温度調節は、シリコンウェハ等のウェハまたは半導体基板の加工処理の際に非常に役立つことが証明されている。例えば、典型的なＥＳＣは、導電性電極を覆うように配置された誘電体層を含み、半導体ウェハはＥＳＣの表面に配置されている（例えば、前記ウェハは誘電体層の表面に配置されている）。半導体加工処理の間（例えば、イオン注入）、クランプ電圧は一般的に前記ウェハと前記電極との間に加えられ、そこで、前記ウェハは静電力によってチャック面に対してクランプされる。

あるイオン注入工程では、ＥＳＣの冷却によるワークピースの冷却が望ましい。しかし、より低い温度では、結露がワークピース上に発生し得る。または、ワークピースがプロセス環境（例えば、真空環境）内の冷たいＥＳＣから外部環境（例えば、より高い圧力、より高い気温およびより高い湿気環境）へ搬送された時、ワークピース表面の大気中の水分の凍結すら起こり得る。例えば、ワークピース内にイオン注入後、通常、ワークピースはロードロックチャンバへ搬送され、続いてロードロックチャンバは排気される。そこからワークピースを取り除くためにロードロックチャンバが開かれる時、該ワークピースは概して周囲の空気（例えば、大気圧における暖かく湿った空気）に曝され、該ワークピース上に結露が発生し得る。結露は、ワークピース上に粒子を堆積および/またはワークピース上に残留物を残し得、前方粒子（例えば、活性領域）に有害な効果をもたらし得るので、欠陥および生産ロスを招き得る。

そのため、寒冷環境からより温暖な環境への搬送の際、ワークピース上の結露を軽減するための装置、システムおよび方法への要求が本技術分野においては存在する。

本発明は、冷却されたイオン注入システム内でワークピース上の結露軽減のためのシステム、装置および方法を提供することによって従来技術の限界を克服する。したがって、以下は本発明のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、本開示の簡単な概要を述べている。本概要は、本発明の広範囲にわたる概観ではない。本概要は本発明の範囲を描写するものでも、本発明の要所または決定的な要素を確認するよう意図されたものでもない。本概要の目的は、後程述べられるより詳細な説明への前置きとして、簡単化された形式で本発明のいくつかの概念を述べることである。

本開示によって、冷たいワークピース内にイオン注入するためのイオン注入システムが提供される。例えば、イオン注入システムは、プロセスチャンバ内に設置されているワークピースへ複数のイオンを提供するために構成されているイオン注入装置を含み、プロセスチャンバは、自身に関連づけられているプロセス環境を有する。１つの例では、複数のイオンによるワークピースの暴露の間、プロセスチャンバ内のワークピースを支えるために構成された、極低温に冷却される静電チャック等のサブ周囲温度チャックがある。前記極低温チャックはプロセス温度まで前記ワークピースをさらに冷却するために構成され、該プロセス温度は外部環境の露点より低い。

１つの態様によると、中間チャンバに関連した中間環境を有する中間チャンバは、外部環境と流体連通している状態でさらに提供される。例えば、中間チャンバは、第１温度に至るまで前記ワークピースを冷却するために構成された冷却ステーションおよび第２温度に至るまで前記ワークピースを加熱するために構成された加熱ステーションを含む。例えば、前記第１温度はプロセス温度と関連し、前記第２温度は外部環境の外部温度と関連し、前記第２温度は前記第１温度より大きい。

ロードロックチャンバ（load lock chamber）がさらに提供され、該ロードロックチャンバは前記プロセスチャンバおよび前記中間チャンバと使用可能なように連結されている。ロードロックチャンバは、前記中間環境から前記プロセス環境を分離するために構成されている。前記ロードロックチャンバは、さらに、前記プロセスチャンバと前記中間チャンバとの間で前記ワークピースの搬送の間、ワークピースを支えるために構成されたワークピースサポート部を含む。

本開示の他の態様によれば、陽圧源がさらに提供され、該陽圧源は前記中間チャンバへドライガスを提供するために構成されている。例えば、ドライガスは、外部環境の露点より低い露点を有している。そのため、前記中間チャンバと併せて前記陽圧源は、概して、前記中間チャンバから前記外部環境へのドライガスの流動を介して、前記外部環境から前記中間環境を分離している。

したがって、前記中間チャンバは、前記外部環境と前記プロセス環境との間の搬送の間に1つまたはそれ以上のワークピースが内部に存在し得る中間環境を提供する。したがって、前記外部環境と前記プロセス環境との間の、ワークピースの有利なプロセスフローが提供される。前記ワークピースの中間加熱および中間冷却、および前記中間環境内のワークピースの待機（queuing）によって、従来のロードロックチャンバ（例えば、ロードロックチャンバ内で加熱および/または冷却が行われる場合）内で費やされた時間は本開示によって有利に減らされる。

以上の概要は、本発明のいくつかの態様におけるいくつかの特徴を簡潔な概観で提供しようとするものでしかなく、他の態様が以上に述べたものに追加、および/または異なる特徴を含むこともある。特に、本概要は本明細書の範囲を制限するように解釈されるべきではない。そのため、前述およびそれに関連した目的の遂行のため、本発明は以下に述べられた特徴および請求項で特に指摘された特徴を含んでいる。以下の詳述および添付された図面は、本発明のある例示的な態様の詳細を述べている。しかしながら、これらの態様は、適応され得る本発明の原理の様々な方法のうち少数を示している。本発明の他の目的、利点および新しい特徴は、図面と併せて考慮された時、以下の本発明の詳細な説明から明白になるであろう。

図１は、本開示のいくつかの態様による、イオン注入システムを含む例示的な真空システムのブロック図である。 図２は、本開示の別の態様による、例示的なイオン注入システムと関連した例示的な中間チャンバのブロック図である。 図３は、さらに別の態様による、ワークピースへのイオンの冷却注入において結露を軽減するための方法を図示している。

本開示は概して、イオン注入システム内のワークピース上の結露を軽減するためのシステム、装置および方法へと向けられたものである。したがって、本発明は、前記図面と関連して説明され、全体を通じて、類似した要素の言及には、類似した参照番号が使用され得る。これらの態様の詳述は単なる実例であり、制限された意味で解釈されるべきではないことが、理解されるべきである。下記の詳述において、説明の目的、多数の具体的な詳細記述は、本発明の完全な理解を提供するために述べられる。しかしながら、以上は当業者にとっては明らかであり、本発明はこれらの具体的な詳細記述が無くても実行され得る。さらに、本発明の範囲は、添付図面に関連する以下に詳述される態様または実施例によって制限されるようには意図されてなく、添付された請求項および該請求項と同義のものによって制限されるように意図されている。

前記図面は、本開示の実施例におけるいくつかの態様の実例を供するために提供されるので、該図面は単に概略図と見なされる。特に、図面内で示されている要素は必ずしもお互い一定の縮尺ではなく、そして、図面内の様々な要素の配置はそれぞれの態様の明確な理解を提供するために選ばれたもので、本発明の一実施の態様による実施において、実際の相対的な位置を示しているものとして必ずしも解釈されるわけではない。さらに、本明細書に詳述されているそれぞれの実施の形態および実施例の特徴は、他の明確な言及がされていない限り互いに組み合わせられてもよい。

下記の詳述でさらに理解されるべきことは、図面内に示されているまたは本明細書に詳述されている機能的なブロック、装置、構成要素、回路素子または他の物理的、機能的ユニットとの間の任意の直接的結合または連結は、非直接的な結合または連結によってさらに実施され得る。さらに、図面に示されている機能的なブロックまたはユニットは、1つの実施の態様の中で独立した特徴または回路として実施されてもよく、さらにまたは代わりに、他の実施の態様の中の共通の特徴または回路において、完全にまたは部分的に実施されてもよいことは、理解されるべきである。例えば、いくつかの機能的なブロックは、信号処理装置等の共通の処理装置上で稼働するソフトウェアとして実施される。さらに理解されるべきことは、以下の詳述でワイヤーベースとして述べられる任意の接続は、相反する言及がされていない限り無線通信としても同様に実施され得る。

本開示の1態様に関連して、図１は典型的な真空システム１００を例示している。本実施例の真空システム１００はイオン注入システム１０１を含むが、プラズマ処理装置、または他の半導体処理装置等、他の様々なタイプの真空システムを同時に意図する。例えば、イオン注入システム１０１は、端末１０２、ビームラインアセンブリ１０４、およびエンドステーション１０６を含む。

概して、端末１０２内のイオン源１０８は、ドーパントガスを複数のイオンにイオン化しイオンビーム１１２を生成するために、電源１１０と接続されている。本実施例のイオンビーム１１２は、ビーム舵取り装置（beam steering apparatus）１１４を通して導かれ、エンドステーション１０６に向けて開口部１１６から出ていく。エンドステーション１０６内では、チャック１２０（例えば、静電チャックまたはＥＳＣ）へ選択的にクランプまたは搭載されるワークピース１１８（例えば、シリコンウェハ、表示パネル等の半導体）をイオンビーム１１２が照射する。１度ワークピース１１８の格子に挿入されると、注入されたイオンはワークピースの物理的および/または化学的な性質を変える。その結果、イオン注入は材料科学研究において、半導体装置製造および金属表面処理、同様に様々な応用において使用される。

本開示のイオンビーム１１２は、ペンシルビーム（pencil beam）またはスポットビーム、リボンビーム、走査ビームまたは任意の他の形状をとることができ、イオンはエンドステーション１０６に向けて導かれる。このような全ての形状は、本開示の範囲に含まれると考えられる。

典型的な１つの態様によれば、エンドステーション１０６は、真空チャンバ１２４等のプロセスチャンバ１２２を含み、プロセス環境１２６は前記プロセスチャンバと関連している。プロセス環境１２６は、概してプロセスチャンバ１２２内に存在していて、１例として、前記プロセスチャンバへ接続された真空源１２８（例えば、真空ポンプ）によって引き起こされた真空を含み、実質上、前記プロセスチャンバを真空状態にするために構成されている。

イオン注入システム１０１を利用する注入の間、電荷イオンがワークピースと衝突した時、エネルギーは熱という形でワークピース１１８上に蓄積され得る。対策がなければ、該熱は潜在的にワークピース１１８をゆがめる、または割る可能性があり、ある実施においては、ワークピースを無価値（または著しく価値が降下）にする可能性がある。該熱はさらに、好ましいイオンの量とは異なる量のイオンがワークピース１１８へ伝わるようにしてしまい、好ましい機能性を変え得る。例えば、もし１×１０^１７原子/ｃｍ^２の量が、ワークピース１１８の外表面すぐ下の極端に薄い部分に注入されるのが好ましいとしたら、好ましくない加熱は、伝わったイオンが極端に薄い部分から拡散するようにさせてしまい、これによって、実際に達成された量が１×１０^１７原子/ｃｍ^２以下となる。事実上、好ましくない加熱は、注入された電荷を好ましい部位よりも広範囲に塗りつけるということを起こし得、有効な量を好ましい量以下まで減らす。他の好ましくない効果も同様に、ワークピース１１８の好ましくない加熱から起こり得る。

さらにいくつかの状況では、熱の蓄積を防ぐために注入の間ワークピース１１８を冷却するのが好ましいだけでなく、高度なＣＭＯＳ集積回路機器製造において、極薄接合形成を可能にするワークピース１１８の表面の好ましいアモルファス化などを可能にする、周囲温度以下または以上の温度でイオン注入をするのがさらに好ましい。

このように別の実施例によれば、チャック１２０は、サブ周囲温度チャック１３０を含み、前記サブ周囲温度チャックは、イオンビーム１１２にワークピースが曝されている間プロセスチャンバ１２２内でワークピース１１８の既定温度を保持するか、またはワークピース１１８を支持および冷却するために構成されている。言及されなければならないのは、チャック１２０が本実施例の中でサブ周囲温度チャック１３０として言及されている一方、チャック１２０も同様にスーパー周囲温度チャック（図示せず）を含むことができ、スーパー周囲温度チャックはプロセスチャンバ１２２内のワークピース１１８を支持および加熱するために構成されている。例えば、サブ周囲温度１３０は静電チャックであり、周囲温度または周囲の大気中の温度または外部環境１３２（例えば、大気中の環境”とも呼ばれる）より相当低い処理温度までワークピース１１８を冷却または冷やすために構成されている。同様に、チャック１２０が上記のスーパー周囲温度チャックを含む場合、スーパー周囲温度チャックは静電チャックを含み得、該静電チャックは、周囲温度または周囲の大気中の温度または外部環境１３２よりも相当に高い処理温度に、ワークピース１１８を加熱するために構成されている。冷却システム１３４がさらに提供され得、別の実施例では、該冷却システムは、サブ周囲温度チャック１３０を冷却または冷やすために構成されており、そのため、ワークピース１１８は前記処理温度に至るまでサブ周囲温度チャック上に存在する。別の実施例および類似した様式では、スーパー周囲温度チャックの場合、加熱システム（図示せず）がさらに提供され得、加熱システムは、スーパー周囲温度チャックおよび処理温度に至るまでスーパー周囲温度チャック上に存在するワークピース１１８を加熱する為に構成された。

真空装置１００のいくつかの典型的な作動において、処理温度は、外部環境１３２の周囲露点（例えば、８度、露点温度とも呼ばれる）以下であり、このような処理温度は約−４０度である。このような作動では、処理温度が外部環境１３２の露点温度より著しく低いため、外部環境にさらす前にワークピース１１８を温めなければ結露が該ワークピース上に発生し、この後詳細により一層述べられるように潜在的に有害がワークピースに影響する。

そのため本開示によれば、中間チャンバ１３６がさらに提供され、１つまたは複数のベント孔１３７を通じて、該中間チャンバは外部環境１３２と流体連通状態である。中間チャンバはさらに中間チャンバと関連した中間環境１３８を有し、以後詳細がさらに述べられる。本実施例の中間チャンバ１３６は、さらに第１温度までワークピース１１８を冷却するために構成された冷却ステーション１４０と、第２温度までワークピースを加熱するために構成された加熱ステーション１４２とを含む。

中間チャンバ１３６は図２により一層の詳細が例示されており、例えば、冷却ステーション１４０は、ワークピース１１８を支持しおよび該ワークピースを前記第１温度まで冷却するために構成された冷却プレート１４４を含む。例えば、冷却プレート１４４は、１つまたはそれ以上のペルチェクーラー（Peltier cooler）、膨張チャンバ、極低温ヘッド、およびワークピース１１８を選択的に冷却または冷やすために構成された循環冷凍ループを含む冷却要素１４６を含む。例えば、加熱ステーション１４２は、ワークピース１１８を支持し加熱するために構成された加熱ステーションサポート１４８を含む。例えば、加熱ステーションサポート１４８は、１つまたはそれ以上のホットプレート、熱ランプ、高温ガス源、およびマイクロ波源を含む。

言及されなければならないのは、冷却ステーション１４０および加熱ステーション１４２の両者が中間チャンバ１３６内に存在していると述べられている一方、冷却ステーションおよび加熱ステーションの一方または両方が、省略し得ることおよび/または、ワークピース１１８の活性加熱および/または冷却無しでワークピース１１８を支持するために構成されたワークピースサポート（図示せず）によって置き換えられ得ることが考えられる。代わりに、付加的な冷却ステーション１４０および加熱ステーション１４２が、後に述べるように、付加的な処理能力効率のため中間チャンバ１３６内に提供され得る。さらに、別の実施例によれば、冷却ステーション１４０および加熱ステーション１４２は概して中間チャンバ内でお互いに分離されており、前記冷却ステーションと前記加熱ステーションとの間で熱移動を最小にする距離、側板（shroud）、他の装置、または特徴等により分離されている。

別の実施例によれば、図２に例示されているように、中間チャンバ１３６は、さらに、１つまたはそれ以上の冷却ステーション１４０および加熱ステーション１４２と関連している１つまたはそれ以上のワークピース温度監視装置１４９Ａおよび温度監視装置１４９Ｂを含んでいる。１つまたはそれ以上のワークピース温度監視装置１４９Ａ、１４９Ｂは、冷却ステーション１４０および加熱ステーション１４２のそれぞれの上に存在するワークピース１１８の温度を測定するために構成されている。そのため、ワークピースを冷却および加熱している間にワークピースの温度を監視し、プロセス効率を向上させる。

別の態様に従って、図１を再び言及すると、ロードロックチャンバ１５０は、さらにプロセスチャンバ１２２および中間チャンバ１３６に動作可能に接続されており、該ロードロックチャンバは、中間環境１３８からプロセス環境１２６を分離するために構成されている。ロードロックチャンバ１５０はさらに、プロセスチャンバ１２２と中間チャンバ１３６との間で前記ワークピースを搬送する間、ワークピース１１８を支持するために構成されたワークピースサポート１５２を含む。例えば、ワークピースサポート１５２は、前記ワークピースサポート上に前記ワークピースが存在する時、ワークピース１１８をさらに加熱および/または冷却するために構成されている。複数のロードロックドア１５４Ａ、１５４Ｂは、ロードロックチャンバ１５０をプロセスチャンバ１２２および中間チャンバ１３６にそれぞれ動作可能に接続し、該ロードロックチャンバを前記プロセスチャンバおよび前記中間チャンバに選択流動的に接続し、ロードロックチャンバ環境１５６を定める。

したがって、ロードロックチャンバ１５０は、ロードロックチャンバ環境１５６内の変動を通じて真空システム１００内のプロセス環境１２６（例えば、ドライ環境または真空環境）を保持する。例えば、ロードロックチャンバ１５０内の圧力は、ロードロックチャンバ真空源１５８およびロードロックチャンバベント源１６０等を通じて、プロセス環境１２６と関連している真空と、中間環境１３８と関連している中間圧力との間で変わるように構成されている。ロードロックヒーター１６２はベント源１６０に併せて随意に提供され得、ベント源と関連しているガスは、ロードロックチャンバ１５０の排出の間、加熱される。したがって、ロードロックチャンバ１５０は、前記イオン注入システム内で真空（例えば、プロセス環境１２６）の質を損なうことなく、イオン注入システム１０１の中および外へとワークピース１１８の搬送を可能にする。

さらに、別の典型的な態様によれば、中間チャンバ１３６の中間環境１３８は、ドア１６３によってさらに前記外部環境から選択的に分離されており、該ドアは、ワークピース輸送コンテナ１６４（例えば、ＦＯＵＰ）を前記中間チャンバへ選択的に動作可能に接続するために構成されている。例えば、ワークピース輸送コンテナ１６４は、真空システム１００へおよび真空システム１００から、大気中の環境１３４内で複数のワークピース１１８を搬送するために構成されている。ワークピース１１８のそのような空気中での操作は、該ワークピースを大気中の環境１３４の湿気に曝すことであることに注目されたい。

本発明者達は、例えば、ワークピースが外部環境の露点温度より冷やされている時、もし該ワークピースがイオン注入装置１０１内のプロセス環境１２６から外部環境へ搬送された場合、冷却された温度（例えば、外部環境１３２の露点温度より低い任意の温度）で行われたイオン注入が該ワークピース１１８上に結露を発生させ得ることを認識している。例えば、もしワークピース１１８の温度が水の氷点以下だった場合、外部環境１３２の周囲の大気内で大気中の水分（例えば、湿気）に曝されることで該ワークピースは霜（例えば、堆積した凍結水の蒸気）を発達させ得る。

そのため、本開示の別の態様によれば、陽圧源１６６は動作可能に中間チャンバ１３６に接続され、該陽圧源は、外部環境１３２と関連した大気中の圧力よりも大きな中間圧力で中間チャンバへドライガス１６８を提供するために構成されている。例えば、ドライガス１６８は、ワークピース１１８の温度（例えば、ウェハ温度とも呼ばれる）よりも低い露点を有する。別の実施例では、ドライガス１６８は外部環境１３２の露点よりも低い露点を有する。陽圧源１６６によって提供されたドライガス１６８はドライガスヒーター１６９によってさらに加熱され得る。したがって、陽圧源１６６は概して、前記中間環境と前記外部環境との間の圧力差により、中間チャンバ１３６から外部環境へ、ドライガスを流すことによって、中間環境１３８を外部環境１３２から分離する。

１つの実施例では、ドライガス１６８はドライ窒素等の不活性ガスを含む。ゆえに、ドライガス１６８を提供している陽圧源１６６は、ドライガス１６８を保持/貯蔵するための圧力タンクまたは容器（図示せず）を含み得る。代わりにドライガス１６８は、実質的に乾燥した大気中のガスを含み、陽圧源１６６は外部環境１３２と関連した大気中のガスから概して湿気を除くための他の装置、または１つまたはそれ以上の乾燥器（図示せず）を含む。大気中のガスは容易に利用可能であり、圧力容器の追加操作が必要とされないことから、乾燥した大気中のガスは圧力容器に搬送された他のガスよりコスト効果があり得ることから、乾燥した大気中のガスは、圧力容器内に搬送された商業的なガスとは対照的に有利であろうと信じられている。

しかし、別の実施例においては、搬送装置１７０Ａは、中間環境１３８内にワークピース１１８を搬送するために構成されている。例えば、搬送装置１７０Ａは、ワークピース輸送コンテナ１６４から/またはワークピース輸送コンテナ１６４へ向けて、ワークピース１１８を取り除くおよび/またはワークピース１１８を戻すために構成されている。搬送装置１７０Ａはさらに、１つまたはそれ以上の冷却ステーション１４０および加熱ステーション１４２へ向けておよび/または１つまたはそれ以上に冷却ステーション１４０および加熱ステーション１４２から、ワークピース１１８を搬送するために構成されている。さらに搬送装置１７０Ａは、ロードロックチャンバ１５０へ向けておよび/またはロードロックチャンバ１５０から、ワークピース１１８を搬送するために構成されている。したがって、中間チャンバ１３６内でのワークピース１１８の搬送は、中間環境１３８内および中間環境１３８を通して、ワークピースを搬送する。同様に、別の搬送装置１７０Ｂは、チャック１２０およびロードロックチャンバ１５０等へ向けて、およびチャック１２０およびロードロックチャンバ１５０等から、プロセス環境１２６内でワークピース１１８を搬送するために構成されている。

図１に例示されている別の態様によれば、第２監視装置１７２が備えられており、該第２監視装置は、少なくとも外部環境１３２の外部温度を測定するために構成されている。コントローラー１７４がさらに備えられており、該コントローラーは、ワークピース１１８が中間チャンバ１３６から外部環境１３２に向けて搬送された時、該ワークピース上に結露が発生しないであろうワークピース１１８の温度を決定するために構成されている。例えば、該決定は、１つまたはそれ以上のワークピース温度監視装置１４９Ａ、１４９Ｂ、および第２監視装置１７２からのデータに少なくとも部分的には基づいて成されている。

真空システム１００に関連したワークピース１１８の典型的なフロー図または移転が、該真空システムの操作における豊富な操作上の実施例の１つを提供するために、簡潔に述べられる。本開示は提供される典型的なフローに限定されることなく、該真空システムの中、外側、および内部へのワークピース１１８の様々な移転が本開示の範囲の範疇として考えられることに注目されたい。

１つの典型的なワークピースフローでは、ワークピース１１８は、ワークピース輸送コンテナ１６４からプリアライナステーション（図示せず）へ搬送され、該ワークピースは、プロセス要件に沿って揃えられる。ワークピース１１８はそして、サブ周囲注入またはスーパー周囲注入のどちらが望まれるかに応じて、中間チャンバ１３６内の冷却ステーション１４０および加熱ステーション１４２のうち１つへ搬送される。例えば、サブ周囲注入（例えば、周囲温度以下の温度での注入）においては、ワークピース１１８は冷却ステーション１４０へ搬送され、該ワークピースは略プロセス温度まで事前冷却される。一度冷却ステーション１４０を通して（または加熱ステーション１４２を通して）おおよそのプロセス温度まで冷却されると、ワークピース１１８はロードロックチャンバ１５０内へ搬送され、該ロードロックチャンバは適宜に排気される。一旦排気されると、ワークピース１１８は、プロセス要件に沿った適切なイオン注入のため、ロードロックチャンバ１５０からチャック１２０へ搬送される。

一旦注入が完了すると、ワークピース１１８はチャック１２０から除かれ、ロードロックチャンバ１５０内へ再び配置され、該ロードロックチャンバが排気される。そして、ワークピース１１８は、再びサブ周囲注入またはスーパー周囲注入のどちらが望まれるかに応じて、中間チャンバ１３６内の冷却ステーション１４０および加熱ステーション１４２のうちの１つへロードロックチャンバ１５０から搬送される。上記のサブ周囲注入の実施例において、ワークピース１１８は加熱ステーション１４２へ搬送され、本実施例において該ワークピースは上記に詳述した通り、外部環境１３２の露点温度より高い温度に加熱される。例えば、一旦外部環境１３２の露点温度以上になると、ワークピース１１８はワークピース輸送コンテナ１６４へ戻される。

本発明の別の典型的な態様によって、ワークピース上の結露を防ぐために、図３が例示する典型的な方法２００が提供される。典型的な方法は一連の工程または事象として本文に例示され述べられている一方、本発明によるいくつかの工程は、本文に記載および述べられた工程とは違う他の工程によって、異なる順番または/および同時に起こり得るので、本発明は例示されている工程または事象の順番によって限定されないことを認識できるであろう。加えて、本発明による方法論を実施するために、例示された全ての工程が必要とされないこともある。さらに、該方法は、ここで、例示されたシステムのみでなく、例示されていない他のシステムでも実施され得ることは認識できるであろう。

図４の方法２００は、冷却インプラントイオン注入システム内のプロセスチャンバのプロセス環境内に、ワークピースが提供される工程２０２で始まる。例えば、該ワークピースは、外部環境の周囲露点以下の第１温度である。工程２０４で、該ワークピースはプロセスチャンバからロードロックチャンバへ搬送され、圧力はプロセスチャンバと関連しているプロセス圧力から外部環境と関連している外部圧力まで引き上げられる。工程２０６で、該ワークピースはロードロックチャンバから、中間チャンバと関連している中間環境を有する中間チャンバへ搬送される。本開示の１つの実施例によれば、中間チャンバは外部環境と流体連通状態である。

工程２０８で、ドライガスは中間チャンバへ流し込まれる。そのため陽圧差は外部環境に対して中間チャンバ内で確立される。１つの例では、ドライガスのフローは、中間チャンバと関連している１つまたはそれ以上のベントによって中間チャンバから排出される。工程２１０で、該ワークピースは中間チャンバ内で外部環境の周囲露点以上の第２温度まで加熱される。そして工程２１２で、該ワークピースは中間チャンバから除かれ、工程２１０で行われたように該ワークピースの温度を周囲露点以上まで上げることによって、該ワークピース上の結露を弱める外部環境内へ持ち込まれる。

１つの実施例によれば、プロセスチャンバのプロセス環境内にワークピースを提供する工程は、該ワークピースをロードロックチャンバからプロセスチャンバへ搬送する工程を含む。そのような搬送の前に、該ワークピースは中間チャンバ内で第１温度まで冷却され、該ワークピースは中間チャンバから、圧力が外部圧力からプロセス圧力まで低下されたロードロックチャンバへ搬送される。

本開示はこのように、図１のイオン注入システム１０１の生産性の増加を提供する。ドライガスに包囲されている中間チャンバ１３６内のワークピース１１８を加熱または冷却することによって、ロードロックチャンバ１５０内で費やされる時間は最小限にされ、処理量は最大化される。

本発明は特定の態様または複数の態様に対して述べられ示されているが、上記に述べられている態様は、本発明のいくつかの態様の単なる実施例として機能し、本発明の適用はこれらの態様によって制限されないことに注目されたい。特に、上記に述べられた要素（組立部品、装置、回路等）、それらの要素を述べるために使用される用語（“手段”も含む）によって行われる様々な機能に関しては、その他の記載がない限り、本発明の本文で例示された典型的な態様において、特定の機能を行う開示された構造がたとえ構造的に同等でなくとも、述べられた要素の特定の機能を行う任意の要素（すなわち、作用的に同等）に一致するように意図されている。加えて、本発明の特定の特徴が、いくつかの態様のうち１つだけに対して開示されている可能性があるが、そのような特徴は、任意または特定の適用において、望まれおよび有利となり得るので、他の態様のうち１つまたはそれ以上と組み合わせてもよい。したがって、本発明は上記に述べられた態様に制限されるものではなく、添付された請求項および該請求項と同等のものによってのみ制限される。

Claims (20)

1. 自身に関連づけられているプロセス環境を有するプロセスチャンバと、
   前記プロセスチャンバ内に設置されたワークピースに複数のイオンを供給するために構成されているイオン注入装置と、
   前記複数のイオンに前記ワークピースが暴露されている間、前記プロセスチャンバ内の前記ワークピースを支持するとともに、さらに前記ワークピースを処理温度に至るまで冷却するために構成されたサブ周囲温度チャックと、
   関連している中間環境を有し、外部環境と流体連通状態にあり、第１温度に至るまで前記ワークピースを冷却するために構成された冷却ステーションと、第２温度に至るまで前記ワークピースを加熱するために構成された加熱ステーションとを含む中間チャンバと、
   前記プロセスチャンバおよび前記中間チャンバと動作可能に接続されているとともに、前記中間環境から前記プロセス環境を分離するために構成され、前記プロセスチャンバと前記中間チャンバとの間での前記ワークピースの搬送の間に前記ワークピースを支持するために構成されたワークピースサポートを含む、ロードロックチャンバと、
   前記中間チャンバに前記外部環境の露点よりも低い露点を有するドライガスを供給するために構成されており、前記中間チャンバから前記外部環境への前記ドライガスのフローを通じて、前記外部環境から前記中間環境を分離する、陽圧源と、を含んでいるイオン注入システム。
2. 前記ドライガスが不活性ガスを含んでいる、請求項１に記載のイオン注入システム。
3. 前記不活性ガスがドライ窒素を含んでいる、請求項２に記載のイオン注入システム。
4. 前記ドライガスが実質的に乾燥した大気ガスを含んでいる、請求項１に記載のイオン注入システム。
5. 前記冷却ステーションは、前記ワークピースを支持および前記第１温度に至るまで冷却するために構成された冷却プレートを含んでいる、請求項１に記載のイオン注入システム。
6. 前記冷却プレートが、１つまたはそれ以上のペルチェクーラー、膨張チャンバ、極低温ヘッドおよび循環冷凍ループを含んでいる、請求項５に記載のイオン注入システム。
7. 前記加熱ステーションが、１つまたはそれ以上のホットプレート、熱ランプ、高温ガス源、およびマイクロ波源を備えた加熱ステーションサポートを含んでいる、請求項１に記載のイオン注入システム。
8. 前記プロセスチャンバを実質的に真空状態にするために構成された真空ポンプをさらに含み、前記プロセスチャンバは真空チャンバを含む、請求項１に記載のイオン注入システム。
9. 前記中間チャンバはドアを含み、前記ドアは前記外部環境から選択的に前記中間チャンバを分離する、請求項１に記載のイオン注入システム。
10. さらに前記プロセスチャンバ、前記ロードロックチャンバ、前記中間チャンバ、および前記外部環境の間で前記ワークピースを搬送するために構成された１つまたはそれ以上の搬送装置を含む、請求項１に記載のイオン注入システム。
11. 前記イオン注入装置は、
    イオンビームを生成するために構成されたイオン源と、
    前記イオンビームを質量分析するために構成されたビームラインアセンブリと、および
    前記プロセスチャンバを備えたエンドステーションと、を含んでいる、請求項１に記載のイオン注入システム。
12. 前記サブ周囲温度チャックが前記ワークピースを冷やすために構成された静電チャックを含み、前記処理温度が外部環境の大気の露点よりも低い、請求項１に記載のイオン注入システム。
13. 前記加熱ステーションおよび前記冷却ステーションが、前記中間チャンバ内で互いから分離されている請求項１に記載のイオン注入システム。
14. 前記中間チャンバがさらに、１つまたはそれ以上の加熱ステーションおよび冷却ステーションと関連している１つまたはそれ以上のワークピース温度監視装置を含んでいる、請求項１に記載のイオン注入システム。
15. 少なくとも前記外部環境の外部温度を測定するために構成された第２温度監視装置と、および
    前記ワークピースが前記中間チャンバから前記外部環境へ搬送される時、前記ワークピース上に結露が発生しない前記ワークピースの温度を決定するために構成されたコントローラーと、を含み、
    前記１つまたはそれ以上のワークピース温度監視装置および前記第２温度監視装置からのデータに少なくとも部分的に基づいて前記決定がされる請求項１４に記載のイオン注入システム。
16. 冷却インプラントイオン注入システム内のプロセスチャンバのプロセス環境内にワークピースを提供し、前記ワークピースが外部環境の周囲露点以下の第１温度である工程と、
    前記ワークピースを前記プロセスチャンバからロードロックチャンバへ搬送し、前記プロセスチャンバと関連しているプロセス圧力から前記外部環境と関連している外部圧力まで圧力を上げる工程と、
    前記ロードロックチャンバから中間チャンバと関連している中間環境を有する中間チャンバへ前記ワークピースを搬送し、前記中間チャンバが外部環境と流体連通している工程と、
    ドライガスが前記中間チャンバ内へ流れ、前記外部環境に対して前記中間チャンバ内に陽圧差を供給する工程と、および
    前記中間チャンバ内の前記ワークピースを、前記外部環境の周囲露点以上の第２温度まで加熱する工程と、を含むワークピース上に結露が発生するのを防ぐ方法。
17. 前記プロセスチャンバのプロセス環境内に前記ワークピースを提供する工程は、前記ロードロックチャンバから前記プロセスチャンバへの前記ワークピースの搬送を含み、
    前記中間チャンバ内で前記ワークピースを前記第１温度まで冷却する工程、および
    前記ワークピースを前記中間チャンバから前記ロードロックチャンバへと搬送し、前記外部圧力から前記プロセス圧力へ圧力を下げる工程と、をさらに含んでいる、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ワークピースを冷却する工程は、１つまたはそれ以上のペルチェクーラー、膨張チャンバ、極低温ヘッドおよび循環冷凍ループを含んでいる冷却プレート上に前記ワークピースを配置する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記ワークピースを加熱する工程は、１つまたはそれ以上のホットプレート、熱ランプ、高温ガス源、およびマイクロ波源を含む加熱ステーションサポート上に前記ワークピースを配置する工程を含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記中間チャンバ内へドライガスが流れる工程は、１つまたはそれ以上の不活性ガス、ドライ窒素、および実質的に乾燥した大気ガスの前記中間チャンバ内への流れを含む、請求項１６に記載の方法。

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