JP2017527953A - 高処理能力の加熱イオン注入システムおよび方法 - Google Patents

高処理能力の加熱イオン注入システムおよび方法 Download PDF

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Abstract

イオン注入システムは、第１の二重ロードロックアセンブリ（１３６）および第２の二重ロードロックアセンブリ（１３６）に接続されたイオン注入装置を有する。各アセンブリは、それぞれ、共有壁（１４６）によって隔てられた第１室（１３８）と第２室（１４０）とを有する。第１室のそれぞれは、加工品を第１温度まで加熱するように構成された予熱装置を有する。第２室のそれぞれは、前記加工品を第２温度まで冷却するように構成された後冷却装置を有する。熱チャックは、前記加工品を、イオン注入のための処理室に留め、該熱チャックは、前記加工品を第３温度まで加熱するように構成されている。ポンプおよび排出口は、選択的に、液体を介して第１室および第２室とつながる。コントローラは、前記予熱装置によって、前記加工品を大気環境において前記第１温度まで加熱し、前記熱チャックによって、前記加工品を前記第２温度まで加熱し、前記イオン注入装置を介して、前記加工品にイオンを注入し、前記の予熱装置、後冷却装置、ポンプ、排出口、および、熱チャックを制御することによって、大気環境と真空環境との間で、前記加工品を搬送するように構成されている。

Description

発明の詳細な説明
〔技術分野〕
本発明は、一般的に、加工品を処理するための加工品処理システムおよび方法に関し、とりわけ、処理能力が最大化された、加工品に加熱イオンを注入するための、システムおよび方法に関する。
〔背景技術〕
半導体処理において、１つの加工品または半導体ウエハに対して複数の操作が実施される。一般に、加工品に対するそれぞれの処理操作は、典型的には、特定の順序にて実施される。ここで、先の操作が完了するまで各操作が待機になる。したがって、加工品が次の処理ステップに移行できるようになる時間に影響が出る。処理場所に誘導する処理フローが、そのような処理に関連付けられた次のイベントによって中断される場合、イオン注入などのような、真空下で実行される比較的短い処理についての、ツール生産性またはスループットは、大幅に制約を受け得る。例えば、搬送装置または格納カセットと処理システムとの間で加工品を交換する操作、前記処理システムの注入室における大気環境から真空環境へ加工品を搬送する操作、および、例えばノッチ位置決めなどの、真空環境内での加工品位置決めの操作などのような各操作は、ツール生産性について、重大な影響を受け得る。
例えばイオン注入のような、加工品の処理は、典型的に、注入室の減圧環境下で実施される。ここで、イオンは、一般に、ビームラインに沿って増進させられ、そのイオンは、真空の注入室に入り、所定の方法（例えば、所定の線量、所定のエネルギー量）で加工品に打ち付けられる。いくつかの操作は、典型的には、加工品を注入室に導入するために、また、イオン注入室内のイオンビームに関して、適正な位置および方向に加工品を配置するために、注入までに実施される。例えば、加工品は、大気カセットまたは格納装置からロードロック室へと、ロボットを介して搬送される。ここでは、ロードロック室は、イオン注入器の真空処理環境に加工品を導くために、続けて真空にされる。例えば、カセットまたは格納装置は、コンベヤーシステムまたはその他のタイプの搬送装置を介して、イオン注入器へと搬送されてもよい。
〔発明の概要〕
イオン注入処理技術の公知例としては、熱イオン注入処理がますます一般化されつつある。この処理では、加工品は、加熱され、処理温度が３００℃から６００℃の範囲でイオンを注入される。この処理温度は、典型的には、注入の間、加工品を支持する静電チャック（ＥＳＣ；electrostatic chuck）によって達成される。このような、イオン注入室の真空環境における静電気チャックによる加熱は、時間を要し、加工品のスループットに深刻な影響を与え得る。その上、室温下にある比較的冷たい加工品が、静電気チャックによって固定され、そのような高い処理温度にまで加熱される場合、加工品の熱膨張によって、加工品が、ＥＳＣから有害に動かされ、これにより、粒子が発生したり、ＥＳＣの固定面および／または電極の摩耗が早められたりする。
本発明は、従来技術の制約を、高温のイオン注入システムにおいて、大気環境と真空環境との間で加工品を搬送するためのシステム、装置、および、方法を提供することによって克服する。さらに、本発明は、前記システムの所有者に対して、スループットの最大化と、コストの最小化とを提供する。
したがって、本発明のいくつかの態様について基本的な理解をもたらすために、以下では、単純化された発明の概要が提示される。本概要は、本発明の広範囲な上位概念とは限らない。本概要は、本発明のキーまたは重大な要素を特定する意図もなければ、本発明の外延を描写する意図もない。本概要の目的は、後述されるより詳細な説明の前置きとして、単純化された形態にて、本発明のいくつかの概念を提示することである。
本発明は、一般的に、イオン注入装置を備えたイオン注入システムに着目している。前記イオン注入装置は、イオンビームを処理室に向けて導くように構成されており、該処理室は、その中で真空環境を有する。第１の二重ロードロックアセンブリおよび第２の二重ロードロックアセンブリが設けられる。第１の二重ロードロックアセンブリおよび第２の二重ロードロックアセンブリのそれぞれは、第１室および第２室を備えている。
第１室および第２室のそれぞれの内部容積は、概ね、共有壁によって互いに隔てられている。第１室および第２室のそれぞれは、真空ドアと大気ドアとを有している。各真空ドアは、第１室および第２室と、前記真空環境との間における、選択的な液体流通経路を提供するように構成されている。各大気ドアは、第１室および第２室と、大気環境との間における、選択的な液体流通経路を提供するように構成されている。
ある典型的な態様によれば、各第１室は、その中に予熱装置を有している。該予熱装置は、該第１室の中で処理される加工品を第１温度まで加熱するように構成されている。
他の態様によれば、各第２室は、加工品がそれぞれの第２室で処理されたときに、該加工品を第２温度まで冷却するように構成された後冷却装置を有する。第１の二重ロードロックアセンブリおよび第２の二重ロードロックアセンブリのそれぞれにおける第１室と第２室との間にある前記共有壁は、第１室と第２室とを分け隔てるとともに、概ね、第１室と第２室との間の熱障壁も規定する。例えば、前記熱障壁は、第１冷却チャネルが通っているプレートを備えている。ここで、第１冷却チャネルの中を通っている第１冷却液体は、第１室および第２室とは互いに、熱的に実質独立している。ある具体例によれば、前記プレートは、概ね、第２室内で加工品を支持するように構成された冷気プレートを規定する。そして、第１冷却チャネルの中を通っている第１冷却液体は、実質的に、加工品を前記第２温度まで冷却する。
例えば、熱チャックは、さらに、処理室内で加工品を選択的にそこに固定するように構成されている。前記熱チャックは、さらに、加工品を、第１温度よりも高い第３温度まで加熱するように構成されている。そして、熱チャックは、加工品にイオンビームが当たっている間、加工品をそこに固定したままである。前記熱チャックは、例えば、加熱静電チャックを備えている。
第１の二重ロードロックアセンブリおよび第２の二重ロードロックアセンブリのそれぞれが備えている第１室および第２室における選択的な液体流通経路には、ポンプがさらに設けられている。そして、第１の二重ロードロックアセンブリおよび第２の二重ロードロックアセンブリのそれぞれが備えている第１室および第２室における選択的な液体流通経路には、排出口がさらに設けられている。
他の典型的な態様によれば、コントローラが設けられており、該コントローラは、前記予熱装置を介して、加工品を、大気環境において、第１温度まで加熱するように構成されている。該コントローラは、それから、加熱イオン注入のための前記熱チャックを介して、加工品を第３温度まで加熱するように構成されている。前記コントローラは、前記イオン注入装置を介して、加工品にイオンを注入するように構成されてもよい。また、前記コントローラは、前記後冷却装置を介して、加工品を前記第２温度まで冷却するように構成されてもよい。さらに、コントローラは、前記ポンプ、前記排出口、ならびに、第１の二重ロードロックアセンブリおよび第２の二重ロードロックアセンブリのそれぞれが備えている大気ドアおよび真空ドアを制御することによって、加工品を、大気環境と真空環境との間で、選択的に搬送するように構成されている。
前述の目標および関連する目標の達成のために、本発明は、後にすべて説明される特徴、とりわけ、請求項において示される特徴を備える。以下の説明および添付の図面は、本発明の例示的な特定の実施形態を詳細に陳述する。しかしながら、これらの実施形態は、本発明の本質が採用されてもよい様々な様式のうちの少数を示すに過ぎない。本発明の他の目的、利点および新規な特徴は、図面と併せて考慮されたときに、本発明の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
〔図面の簡単な説明〕
図１は、本開示のある態様に基づく、加熱イオン注入システムの具体例を示すブロック図である。
図２は、本開示の他の態様に基づく、二重ロードロックアセンブリの具体例を示す斜視図である。
図３は、本開示の他の態様に基づく、二重ロードロックアセンブリの具体例を示す他の斜視図である。
図４は、本開示の他の態様に基づく、二重ロードロックアセンブリの具体例を示す部分断面図である。
図５は、本開示の他の態様に基づく、二重ロードロックアセンブリの具体例における第１室を示す上面図である。
図６は、本開示の他の態様に基づく、二重ロードロックアセンブリの具体例における第１室を示す斜視図である。
図７は、本開示の他の態様に基づく、二重ロードロックアセンブリの具体例における共有壁を示す斜視図である。
図８は、本開示の他の態様に基づく、放射熱源の具体例を示す図である。
図９は、本開示の他の態様に基づく、加熱イオン注入システムの他の具体例を示す図である。
図１０は、本発明の他の具体的な態様に基づく、加工品に加熱イオンを注入するための具体的方法を示すブロック図である。
〔発明の詳細な説明〕
本発明は、一般に、イオン注入システムに向けられ、より詳細には、高処理能力の加熱イオン注入システムに向けられている。したがって、本発明は、同様の参照番号が全体を通して同様の構成要素の参照に使用されてもよい、図面の参照と共に記載されるだろう。これらの態様の記載は、単なる解説に過ぎず、これらは制限の意味において解釈されるべきではないことが理解されるべきである。下記の記載において、説明の目的のため、多くの固有の詳細は、本発明の十分な理解を提供する目的のために示される。しかしながら、本発明はこれらの固有の詳細を伴わずに実行できることが当業者には明らかだろう。
本開示の一態様にしたがって、図１は例示的なイオン注入システム１００を図解する。本例におけるイオン注入システム１００は、例示的なイオン注入装置１０１を備えるが、プラズマ処理システム、または他の半導体処理システムのような、様々な他の種類の真空半導体処理システムもまた考慮される。イオン注入装置１０１は、例えば、末端部１０２と、ビームラインアセンブリ１０４と、終端ステーション１０６とを備える。
一般に、末端部１０２におけるイオン源１０８は、添加ガスを複数のイオンにイオン化し、イオンビーム１１２を形成するために、電源１１０と接続される。本例におけるイオンビーム１１２は、質量分析装置１１４を通り、終端ステーション１０６に向かって開口１１６の外に向けられている。終端ステーション１０６において、イオンビーム１１２は選択的にクランプされた、またはチャック１２０（例えば、静電チャックまたはＥＳＣ）に搭載された加工品１１８（例えば、シリコンウエハ、表示パネルなどのような基板）に衝突する。一度加工品１１８の格子に衝突すると、注入されたイオンは加工品の物理的および／または化学的性質を変化させる。このため、イオン注入は、物質科学研究における様々な適用例と同じく、半導体装置製造および金属最終加工において使用される。
本開示のイオンビーム１１２は、イオンが終端ステーション１０６に向けられる、ペンシルまたはスポットビーム、リボンビーム、走査ビーム、または他の何れかの形式のような、何れかの形式が例として挙げられ、全てのこのような形式は本開示の範囲内に入るように考慮される。
一例示的態様によれば、終端ステーション１０６は、真空室１２４のような処理室１２２を備え、処理環境１２６が処理室と関連している。処理環境１２６は、概ね処理室１２２内部に存在し、１つの例において、処理室に接続され、処理室を実質的に真空にする、真空源１２８（例えば、真空ポンプ）によって作り出された真空を備える。
一例において、イオン注入装置１０１は、加工品１１８が処理温度（例えば、おおよそ摂氏６００度）に加熱される、高温イオン注入を提供するように構成される。したがって、本例において、チャック１２０は熱チャック１３０を備える。加工品をイオンビーム１１２に曝す前、最中、および／または後において、加工室１２２内部の加工品１１８をさらに過熱する間に、熱チャックは加工品１１８を支持し、保持するように構成されている。
熱チャック１３０は、例えば、周囲または外部環境１３２（例えば、「大気環境」とも呼ばれる）環境または大気の温度よりも相当高い処理温度まで、加工品を加熱するように構成された静電チャック（ＥＳＣ）を備える。静電チャック１３０を加熱し、順番に、加工品１１８が所望の処理温度に属するように構成されている、加熱システム１３４がさらに提供されてもよい。
発明者は、このような温度への加工品１１８の加熱は、従来的に、所望の温度に到達するまで、加工品が処理環境１２６の真空中のチャックにおいて、「濡れている」ことを許されるイオン注入システム１００を通したサイクル時間に悪影響をおよぼしかねないと評価する。したがって、製造効率を向上させるために、本開示は、処理室１２２と連結するように作動する、第１二重ロードロックアセンブリ１３６Ａと第２二重ロードロックアセンブリ１３６Ｂとを提供する。
図２は本開示のいくつかの態様に基づいて、より詳細に例示的な二重ロードロックアセンブリ１３６を描写する。図２から７の二重ロードロックアセンブリ１３６および構成要素は、図１の第１二重ロードロックアセンブリ１３６Ａと第２二重ロードロックアセンブリ１３６Ｂとの両方を表すと考えられることに言及されるべきであり、同様の特徴が、第１二重ロードロックアセンブリと第２ロードロックアセンブリとの両方に存在する。
例えば、図２から４に示されるように、二重ロードロックアセンブリ１３６は、第１室１３８と第２室１４０が、おおよそ他の上方に並べられ、それぞれの内部容積１４２および１４４が、第１および第２室の間に共有された共通壁１４６を介して、他の１つとおおよそ独立している、第１および第２室のそれぞれと連結している、垂直に積層された構成を備える。第１室１３８と第２室１４０とのそれぞれは、それぞれ真空ドア１４８および大気ドア１５０（例えば、図１から５に描かれた真空ドアと大気ドアとのそれぞれのうちの１つ）を有する。それぞれの真空ドア１４８は、第１室１３６または第２室１３８と真空環境１２６との間の流体的連通を選択的に提供するように構成されている。さらに、それぞれの大気ドア１５０は、第１室１３６または第２室１３８と大気環境１３２との間の流体的連通を選択的に提供するように構成されている。
本例において、第１室１３８と第２室１４０とのそれぞれは、二重ロードロックアセンブリ１３６一つにつき、合計で二つの真空ドアと二つの大気ドアとが提供されるように、真空ドア１４８と大気ドア１５０とを個別に提供することに言及される。しかしながら、二重ロードロックアセンブリ１３６は、第１および第２室１３８および１４０の両方に提供される、ただ一つの真空ドア１４８と大気ドア１５０とを提供されてもよいことも考慮される。それでもさらに、図１に描かれた真空ポンプおよび排気口１５１は、図２に描かれた二重ロードロックアセンブリ１３６のそれぞれの第１および第２室１３８および１４０との流体的連通が、さらに選択的に提供されてもよい。図１の真空ポンプおよび排気口１５１は、図２の第１および第２室１３８および１４０のそれぞれの内部に真空を選択的に提供し、すなわち、第１および第２室１３８および１４０のそれぞれの内部を大気に選択的に排気する。
本開示の一例示的態様にしたがって、図２から６に描かれるように、第１室１３８は予熱装置１５２を備える。予熱装置１５２は、例えば、おおよそ摂氏３００度から摂氏７００度のオーダーであってもよい、第１温度へ第１室１３８内部に配置された加工品（図示せず）を加熱するように構成されている。第１温度は、例えば、処理温度と比べて、等しく、低く、または高くともよく、１つの例において、概ね摂氏４００度から摂氏６００度の間の範囲であってよい。処理温度よりも低い第１温度は、処理室１２２への加工品１８の次の輸送の間のさらなる熱損失を許すため、処理能力が改善できる。処理温度よりも高い第１温度は、熱チャック１３０上を別に要求された加熱を制限するが、むしろ熱チャックは加工品を所望の温度に簡単に維持できる。このように、第１室１３８と熱チャックとの間の加工品１１８の輸送の間の熱損失を最小化できる。用具設計、処理、および所望の処理能力に基づく仕事の流れに依存して、加工品は、処理温度と比べて等しいまたは低い第１温度まで、予熱装置１５２を介して予熱されてもよく、このために、図１の真空室１２４の内部の熱チャック１３０上の最終温度の均等化が可能となる。このような筋書きは、処理温度までの最終加熱が熱チャック１３０上において実行される、処理室１２２への輸送の間の加工品１１８のいくらかの熱損失を許す。代わりに、加工品１１８は予熱装置１５２を介して、処理温度よりも高い第１温度に予熱されてもよい。したがって、処理室１２２への輸送の間の加工品１１８の冷却が、熱チャック１３０に保持されるときに加工品が処理温度になることがちょうど可能であるように最適化されるだろう。
したがって、二重ロードロックアセンブリ１３６の第１室１３８と関連する予熱装置１５２は、処理室１２２の処理環境１２６の真空へ加工品を運ぶ前に、外部環境１３２の大気圧において加工品１１８を有利に加熱できる。例えば、処理室１２０内部のような、高い真空環境における加工品１１８への熱移動は、輻射によって大きく優位である。摂氏３００度から摂氏５００度の間の温度の結晶シリコンの半球放射率の合計は、例えば、おおよそ０．２から０．６の間の範囲であり、したがって、加工品１１８の照射された熱吸収の低い比率のために、早いウエハの熱渡過をよく導かない。
熱の立ち上がりを加速させ、熱移動のための追加の機構を可能にするために、加工品１１８の背面は、熱チャック１３０と伝導接触をもたらされる。この伝導接触は熱チャック１３０と加工品１１８との間の、（「背面ガス」とも呼ばれる）圧力制御されたガス境界面を介して達成される。背面ガスの圧力は、例えば、熱チャック１３０の静電気力によって概ねが制限され、５から２０トルの範囲に概ね保持されてもよい。背面ガス境界面の厚み（例えば、加工品１１８と熱チャック１３０との間の距離）は、ミクロンのオーダー（典型的には５から２０マイクロメートル）において制御され、このように、この圧力体制における分子平均自由行路は、境界面の厚みが、転換と分子ガス体制との中にシステムを押すために、十分大きくなる。
ここで使用されるシステムは、例えば、Ｋｎ＝１とＫｎ＝５との間の範囲におけるクヌーセン数を有することができる。分子ガス流体制への転換は、例えば、１よりも大きいクヌーセン数（Ｋｎ＝λ／ｄ＞１、ここで、λは平均気体自由経路であり、ｄはシステムの特徴的な長さ−この場合は境界層の厚みである）によって記述される。粘性気体体制（Ｋｎ＜＜１）において、熱伝導は実質的には気体圧力および密度の関数ではない。Ｋｎ＞１の希薄気体状態である、分子流体制への転換において、気体熱伝導は気体圧力とシステムの特徴的な長さとの強い関数となる。
例えば、熱伝導率の増加の方法による、この境界層中部の圧力の増加は、加工品１１８と熱チャック１３０との間の熱移動に対する熱抵抗を実質的に増加させてもよい。このため、低い熱抵抗は、定常状態の温度に到達させる、加工品に対する熱の立ち上がりの加速と同様に、熱チャック１３０と加工品１１８との間の比較的低い熱勾配を許す。加工品１１８の熱平衡を早くすることは、よりよいシステム全体の加工品の処理能力の獲得を助ける。
したがって、本開示は、加工品１１８と熱源、この場合は予熱装置１５２との間の境界層における粘性流体制を有するためであることと同様に、加工品の予熱に対する高い圧力環境の提供への貢献を評価する。このため、加工品１１８と予熱装置１５２との間の気体境界層の最大熱伝導率は、大気環境１３２の大気圧において獲得され、熱移動の性能を最大化させることにより獲得される。
かわりに、処理環境１２６の真空圧力において、予熱装置１５２は加工品１１８を加熱してもよい。今までの他の代替において、予熱装置１５２は、第１室１３８が大気圧力から真空圧力へ遷移するように気体引きされるのと同じ時間枠の間に、加工品１１８を加熱してもよい。
予熱装置１５２は、例えば、図２に描かれるように、第１室１３８内に配置されたホットプレート１５４を備える。ホットプレート１５４は、例えば、ホットプレート、熱ポンプ、またはホットプレートから加工品１１８へ熱エネルギーを伝搬させるためのその他の機構に埋め込まれた加熱素子を含んでいてもよい、抵抗ヒータを備える。一例によれば、リフト機構１５６がさらに規定され、予熱装置１５２の表面１５８へ、および表面１５８から、加工品（図示せず）を選択的に輸送するように構成される。リフト機構１５６は、例えば、ホットプレートの表面１５８を介して選択的に延びる、（図５においても示される）複数のリフトピン１６０を備える。代わりに、図４に描かれるように、リフト機構１５６は、加工品（図示せず）の周囲と係合し持ち上げるように構成された１つ以上の支持部１６２を備える。
他の態様にしたがって、図５に示される予熱装置１５２は、例えば、ホットプレート１５４の表面１５８に規定された気体排気経路１６２を描写し、気体（図示せず）は加工品１１８とホットプレートとの間の境界層の中に規定される。例えば、そうでなければ、加工品の至る所の圧力差から持ち上げる力によって引き起こされてもよい、加工品１１８の移動を伴わない、気体排気経路１６２を通じた、第１室１３８の気体引きの間に、気体が排気されることを許される。
他の例によれば、図１の予熱装置１５２は、輻射熱源１７９を備える。例えば、輻射熱源１７９は１つ以上のハロゲンランプ、発光ダイオード、および赤外加熱装置を備える。一例において、第１室１３８は窓（図示せず）を備え、輻射熱源は第１室の外に配置され、輻射熱源は、窓を介して、第１室内部に配置された加工品に向かって、輻射エネルギーを方向づけるように構成されている。
他の例にしたがって、図１の輻射熱源１７９は、図８に描かれるように、セラミックの蓋１９６を有する概ね中空のパン１９５を備える。例えば、合金に基づいた加熱素子１９７（例えば、Ｎｉ−Ｃｒ、インコネル等）が、概ね中空のパン１９５内部に規定され、加熱素子はセラミックの蓋１９６へ輻射エネルギーを選択的に提供するように構成されている。低い放射率を有する輻射遮蔽１９８（例えば、モリブデン、ニッケル等）がさらに規定される。セラミックの蓋１９６は、例えば、概ね平面であり、炭化シリコンまたは他の適する材料から構成される。このため、セラミックの蓋１９６は、加工品がセラミックの蓋１９６の表面１９９にあるとき、加工品１１８を選択的に加熱するように構成されている。
本開示の他の態様にしたがって、二重ロードロックアセンブリ１３６の第２室１４０は、加工品が、イオン注入の間にイオンを連続して注入される、第２室内部に配置されたときに、加工品を第２温度まで冷却するように構成された、予冷装置１８０を備える。第２温度は、例えば、第１温度および／または処理温度よりも概ね低い。
例えば、図２に描かれた共通壁１４６は、二重ロードロックアセンブリ１３６の第１室１３８と第２室１４０との間に位置する、物理および熱両方の障壁１８２を規定する。共通壁１４６は、例えば、さらに第１室１３８を第２室１４０から分離し、第２室１４０にも冷却を提供しながら、二重ロードロックアセンブリ１３６の外表面へ冷却を提供してもよい。共通壁１４６は、例えば、第１室１３８の冷却も提供してよい。熱障壁１８２は、例えば、貫通する冷却経路１８６を有する板１８４を備える。冷却経路１８６を通じて流れる冷却流体（例えば、水）は、第２室１４０から第１室１３８を概ね熱的に分離する。板１８４は、例えば、概ね第２室１４０内部の加工品を支持するように構成された冷板１８６をさらに規定してもよく、冷却経路を通じて流れる冷却流体は、さらに加工品を第２温度へ実質的に冷却する。
代わりに、予冷装置１８０は、熱障壁１８２から分離された冷却された加工品の支持部（図示せず）を備え、冷却された加工品の支持部は熱伝導を介してそこに存在する加工品を能動的に冷却するように構成されている。冷却された加工品の支持部は、例えば、貫通する第２冷却経路を有する冷板を備え、第２冷却経路を通る第２冷却流体は、冷板の表面に存在する加工品を実質的に冷却する。
図１において描かれるように、コントローラ１８８がさらに規定され、大気圧において加工品１１８それぞれに熱エネルギーを伝搬させ、第１所定温度まで加工品それぞれの温度を上昇させるために、予熱装置１５２のそれぞれを作動させるように構成されている。コントローラ１８８は、例えば、第２所定温度まで加工品１１８のそれぞれを冷却するように、予冷装置１８０のそれぞれをさらに作動させるように構成されている。コントローラ１８８はさらに、予熱装置１５２を介して第１室１３８において第１温度まで加工品１１８を加熱し、熱チャック１３０を介して処理室１２２において処理温度まで加工品を加熱し、イオン注入装置１０１を介して加工品にイオンを注入し、予冷装置１８０を介して第２室１４０において第２温度まで加工品を冷却し、ポンプおよび排気口１５１の制御を介して大気環境１３２と真空環境１２６との間、および第１および第２二重ロードロックアセンブリ１３６Ａ、１３６Ｂのそれぞれの大気ドア１５０と真空ドア１４８との間において、加工品を選択的に輸送するように構成されてもよい。
図９は、本発明にしたがって、図１の例示的な加熱イオン注入システム１００をより詳細に描き、ここで詳細に記載され、垂直に積層された、二重ロードロックアセンブリ１３６Ａ、１３６Ｂと組み合わされた、図１から９に描かれたイオン注入システムの設計が、システムを通して最大化された加工品の高い処理能力を可能にするように有利に修正されてもよい、複数の工程を可能にすることが評価されるだろう。以下の例において、加工品の流れは、逆転してもよいことが言及されるべきであり、当業者によって評価されるだろう。例えば、第１の実施形態において、加工品１１８（例えば、一般的にはウエハの形式）が、選択された二重ロードロックアセンブリ１３６Ａの第１室１３８Ａへ選択された正面開口一体化容器（ＦＯＵＰ）から、第１「空中」ロボット１９０Ａによって、加工品が初めに輸送されるように、処理室１２２へ、および処理室１２２から供給される。
加工品１１８は第１室１３８内の大気圧において加熱され、それから第１室はその内部環境に真空圧力をもたらすように排気される。この加熱と加圧とは、連続して、同時に、または共に発生してもよい。しかし、実質的に早い熱の立ち上がりが、低い真空圧力と比べて高い大気圧において得られるように、大気圧における加工品１１８の加熱が様々な有利点を提供することを、本開示は評価する。さらに、加工品１１８は第１室１３８内において、固定して維持されていない（例えば、重力によるもの以外に、クランプまたは拘束されていない）ことから、加工品は加熱の間自由に伸長し、このために、加工品の熱伸長による割れ、破損、または微粒子の生成の可能性を最小化する。
例えば、比較的冷たい加工品１１８が第１室１３８に移動させられると、実体的な温度上昇がみられる。そうしている間、加工品１１８へ付加されたエネルギーが、加工品について、物質の容積に係る膨張を促進する。加工品１１８が、（例えば、チャックの固定する力によって）外部から束縛された場合、加工品の膨張は、これらの外部束縛のせいで、加工品内部において内的圧力を引き起こし得る。結果として、加工品１１８の裏面の粒子および擦り傷が、摩擦のせいで発生し得る。最終的に、このような過剰な束縛しようと固定する力は、加工品における熱傾斜および熱衝突と相まって、加工品の破損を引き起こし得る。したがって、外部の力無しで、有利には、加工品の熱の均等化を実現する、束縛されないシステムを持つことが望まれる。図１のシステム１００において、予熱装置１５２に加工品１１８を固定するために能動的な力は必要ない。予熱サイクル全体が大気圧の下で実施されるので、加工品にかかる外部圧力は、重力と摩擦力のみである。したがって、加工品１１８は、上述の過剰な束縛の外部からの力なしに、容積にかかる熱膨張を比較的自由に達成する。
本具体例によれば、加工品１１８が予熱装置１５２によって予熱されると、加工品は、第１室１３８Ａから、第１真空ロボット１９４Ａによるイオン注入のための処理室１２２へ搬送される。第１真空ロボット１９４Ａは、選択された二重ロードロックアセンブリ（本具体例では、第１の二重ロードロックアセンブリ１３６Ａ）に関連付けられている。高温イオン注入処理が完了した後、加工品１１８は、アセンブリに関連付けられた第２真空ロボット１９４Ｂによって、該アセンブリの第２室１４０Ｂに搬送されてもよい。該アセンブリとは、二重ロードロックアセンブリであり、例えば、本具体例では、第２の二重ロードロックアセンブリ１３６Ｂである。この時点で、加工品１１８は、冷却されて、第２室１４０は、換気され、内部環境が大気圧に戻される。加工品１１８は、第２“空中”ロボット１９０Ｂによって、ＦＯＵＰ１９２Ｃ、１９２Ｄに戻される。
あるいは、第２の実施形態において、加工品を選択されたＦＯＵＰ１９２から、選択された二重ロードロックアセンブリ１３６（本具体例では、二重ロードロックアセンブリ１３６Ａ）の第１室１３８Ａに搬送することによって、加工品１１８を、処理室１２２から移動させたり、処理室１２２へ移動させたりしてもよい。ここで、該加工品は加熱され、続いて第１室は、選択された二重ロードロックアセンブリに関連付けられた第１真空ロボット１９４Ａによって、後に続く処理室１２２への移動のために、その内部環境が真空圧力になるように空気を抜かれる。その後、加工品１１８は、同じ二重ロードロックアセンブリ１３６Ａの同じ第１真空ロボット１９４Ａによって、該アセンブリの第２室１４０Ａへ搬送されてもよい。こうして、加工品は冷却され、第２室は空気が抜かれて、該加工品が、ＦＯＵＰ１９２Ａ、１９２Ｂに戻るように、第１“空中”ロボット１９０Ａによって搬送されることが可能となる。各ＦＯＵＰ１９２、各ロボット１９０、１９４、各二重ロードロックアセンブリ１３６、各アセンブリの第１ロードロック室１３８および第２ロードロック室１４０、ならびに、処理室１２２の間で、並行して、複数の処理ステップを容易に実施するために、様々な代替の作業フロー経路があり得るということが理解されるであろう。
図１０は、加熱イオン注入処理におけるスループットを向上させるための、本発明に係る、具体例としての方法２００を示す。なお、典型的な方法は、一連のアクト（act）またはイベント（event）として図示および説明されるが、本発明によれば一部のステップは、図示および本詳細な説明に記載されているのと、異なる順序でおよび／または離れている別の一部のステップと同時に、起こってもよいので、本発明は、このようなアクトまたはイベントの図示された順序によって限定されないと理解されるであろう。加えて、図示される全てのステップが、本発明に係る方法論を実施するために、必要とされるわけではない。さらに、該方法は、図示および本詳細な説明に記載されているシステム、ならびに、図示されていない別のシステムに関連して実施されてもよいと認められるであろう。
図１０に示すとおり、方法２００は、アクト２０２から始まる。ここで加工品は、ＦＯＵＰから取り出される。アクト２０４において、加工品は、大気圧条件下の二重ロードロックアセンブリの第１室に置かれる。アクト２０６において、加工品は、第１室で、大気圧下で、第１温度まで加熱される。アクト２０８において、第１室の大気ドアが閉められ、第１室は、概ね真空にされる。アクト２０８のタイミングに応じて、全体的にまたは部分的に、大気圧下で、大気圧から真空圧力へ移行する間に、または、真空圧力下で、アクト２０６の加熱が実施されてもよい。アクト２１０において、第１室の真空ドアが開けられ、加工品が第１室から取り出され、加熱されたチャックに置かれる。アクト２１２において、該加熱されたチャックにより、加工品が処理温度まで加熱され、加熱された加工品は、加熱イオン注入によって、イオンを注入される。
アクト２１４において、加熱イオン注入が完了すると、二重ロードロックアセンブリの第２室に加工品が置かれる。そして、第２室の真空ドアが閉められる。アクト２１６において、加工品は、第１室と壁を共有している冷却プレート上で、第２温度まで冷却される。アクト２１８において、第２室の大気ドアが開けられ、加工品が第２室から取り出される。もう一度、アクト２１８のタイミングに応じて、全体的にまたは部分的に、真空圧力下で、真空圧力から大気圧へ移行する間に、または、大気圧下で、アクト２１６の冷却が実施されてもよい。
本発明はある好ましい実施形態に関して示され、かつ説明されているが、この明細書および添付された図面を読んで理解した当業者にとって、同等の代替および改良が想到されるだろうことは明らかである。具体的には、上述にて説明された要素（アセンブリ、装置、回路など）によって実施される様々な機能に関して、このような要素を説明するために用いた用語（手段への言及を含む）は、他に指示がない限り、ここで記載された本発明の模範的な実施形態における機能を実施する開示された構造と構造的には同等でないとしても、説明された要素の特定の機能を実施する（例えば機能的に同等な）任意の要素に相当することが意図されている。追加して、本発明の特定の特徴は、いくつかの実施形態のうちのただ１つに対して開示されていてもよい。このような特徴は、必要に応じて、また、任意または特定の用途に有利である場合に、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。
本開示のある態様に基づく、加熱イオン注入システムの具体例を示すブロック図である。 本開示の他の態様に基づく、二重ロードロックアセンブリの具体例を示す斜視図である。 本開示の他の態様に基づく、二重ロードロックアセンブリの具体例を示す他の斜視図である。 本開示の他の態様に基づく、二重ロードロックアセンブリの具体例を示す部分断面図である。 本開示の他の態様に基づく、二重ロードロックアセンブリの具体例における第１室を示す上面図である。 本開示の他の態様に基づく、二重ロードロックアセンブリの具体例における第１室を示す斜視図である。 本開示の他の態様に基づく、二重ロードロックアセンブリの具体例における共有壁を示す斜視図である。 本開示の他の態様に基づく、放射熱源の具体例を示す図である。 本開示の他の態様に基づく、加熱イオン注入システムの他の具体例を示す図である。 本発明の他の具体的な態様に基づく、加工品に加熱イオンを注入するための具体的方法を示すブロック図である。

Claims (29)

  1. イオン注入システムであって、
    イオン注入装置と、
    第１の二重ロードロックアセンブリおよび第２の二重ロードロックアセンブリと、
    コントローラとを備え、
    前記イオン注入装置は、イオンビームを処理室に向けて導くように構成されており、該処理室は、その中が真空圧力となる真空環境を有し、
    前記第１の二重ロードロックアセンブリおよび前記第２の二重ロードロックアセンブリのそれぞれは、第１室および第２室を備えており、それぞれの第１室および第２室の内部容積は、共有壁によって互いに概ね隔てられており、各室の間で該共有壁が共有されており、第１室および第２室のそれぞれは、真空ドアと大気ドアとを有し、各真空ドアは、第１室または第２室と、前記真空環境との間における、選択的な液体流通経路を提供するように構成されており、各大気ドアは、第１室または第２室と、その中が大気圧となる大気環境との間における、選択的な液体流通経路を提供するように構成されており、各第１室は、中に予熱装置を有しており、該予熱装置は、該第１室の中で処理される加工品を加熱するように構成されており、各第２室は、中に後冷却装置を有しており、該後冷却装置は、それぞれの第２室で処理された加工品を冷却するように構成されており、
    前記コントローラは、それぞれの予熱装置が大気圧下のそれぞれの加工品に熱エネルギーを伝達するように該予熱装置を動作させるように構成されており、該予熱装置の中でそれぞれの加工品の温度は、第１の所定温度まで上昇し、前記コントローラは、さらに、それぞれの後冷却装置がそれぞれの加工品を第２の所定温度まで冷却するように該後冷却装置を動作させるように構成されている、イオン注入システム。
  2. 前記コントローラは、さらに、それぞれの予熱装置が真空圧力下のそれぞれの加工品に熱エネルギーを伝達するように該予熱装置を動作させるように構成されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
  3. 前記イオン注入システムは、さらに、熱チャックを備え、
    前記熱チャックは、前記処理室内で加工品を選択的に固定するように構成され、前記熱チャックは、さらに、加工品を、第１温度よりも高い処理温度まで加熱するように構成され、前記熱チャックは、加工品にイオンビームが照射されている間、加工品を固定したままである、請求項１に記載のイオン注入システム。
  4. 前記イオン注入システムは、さらに、
    前記第１の二重ロードロックアセンブリおよび前記第２の二重ロードロックアセンブリそれぞれの第１室および第２室とつながる選択的な液体流通経路に設けられているポンプと、
    前記第１の二重ロードロックアセンブリおよび前記第２の二重ロードロックアセンブリそれぞれの第１室および第２室とつながる選択的な液体流通経路に設けられている排出口とを備えている、請求項３に記載のイオン注入システム。
  5. 前記コントローラは、さらに、前記予熱装置を介して、加工品を、第１室において、第１温度まで加熱するように構成され、前記熱チャックを介して、加工品を、前記処理室において、前記処理温度まで加熱するように構成され、前記イオン注入装置を介して、加工品にイオンを注入するように構成され、前記後冷却装置を介して、加工品を、第２室において、第２温度まで冷却するように構成され、前記ポンプ、前記排出口、ならびに、第１の二重ロードロックアセンブリおよび第２の二重ロードロックアセンブリのそれぞれが備えている前記大気ドアおよび前記真空ドアを介して、加工品を、大気環境と真空環境との間で選択的に搬送するように構成されている、請求項４に記載のイオン注入システム。
  6. 前記予熱装置は、前記第１の二重ロードロックアセンブリおよび前記第２の二重ロードロックアセンブリのうちの１つまたは複数に備えられている第１室内に配置されたホットプレートを備えている、請求項１に記載のイオン注入システム。
  7. 前記イオン注入システムは、さらに、熱障壁を備えており、
    前記熱障壁は、前記第１の二重ロードロックアセンブリおよび前記第２の二重ロードロックアセンブリそれぞれの第１室と第２室との間に設けられ、
    前記熱障壁は、前記第１室と前記第２室との間に共通壁を概ね規定する、請求項１に記載のイオン注入システム。
  8. 前記熱障壁は、第１冷却チャネルが通っているプレートを備え、第１冷却チャネルの中を通っている第１冷却液体は、第１室と第２室とを、互いに実質的に熱的に絶縁している、請求項７に記載のイオン注入システム。
  9. 前記プレートは、概ね、第２室内で加工品を支持するように構成された冷気プレートを概ね規定し、第１冷却チャネルの中を通っている第１冷却液体は、加工品を第２温度まで実質的に冷却する、請求項８に記載のイオン注入システム。
  10. 前記第１の二重ロードロックアセンブリおよび前記第２の二重ロードロックアセンブリは、さらに、リフト機構を備え、該リフト機構は、加工品を、前記予熱装置に対して、選択的に平行移動させるように構成されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
  11. 前記予熱装置は、前記第１の二重ロードロックアセンブリおよび前記第２の二重ロードロックアセンブリのうちの１つまたは複数に備えられている第１室内に配置されたホットプレートを備え、前記リフト機構は、加工品を、前記予熱装置の表面から、および、表面へ、選択的に平行移動させるように構成されている、請求項１０に記載のイオン注入システム。
  12. 前記リフト機構は、前記ホットプレートの表面に選択的に延伸する複数のリフトピンを備えている、請求項１１に記載のイオン注入システム。
  13. 前記リフト機構は、加工品の周囲と選択的に係合するように構成されている１つまたは複数の支持部を備えている、請求項１０に記載のイオン注入システム。
  14. 前記予熱装置は、中で規定されている気体冷却チャネルを有するホットプレートを備え、前記気体冷却チャネル内で発生した気体が前記ホットプレートを選択的に冷却する、請求項１に記載のイオン注入システム。
  15. 前記予熱装置は、セラミックの蓋を有する概ね中空のパンを備え、該パン内に存在するインコネル合金加熱素子は、前記セラミックの蓋に対して放射エネルギーを選択的に供給し、加工品は、前記セラミックの蓋の表面上に存在している場合に、選択的に加熱される、請求項１に記載のイオン注入システム。
  16. 前記セラミックの蓋は、炭化ケイ素から成る、請求項１５に記載のイオン注入システム。
  17. 前記予熱装置は、放射熱源を備えている、請求項１に記載のイオン注入システム。
  18. 前記放射熱源は、１または複数の、ハロゲンランプ、発光ダイオード、および、赤外線熱装置を備えている、請求項１７に記載のイオン注入システム。
  19. 前記第１の二重ロードロックアセンブリおよび前記第２の二重ロードロックアセンブリのうちの１つまたは複数に備えられている第１室は窓を備え、前記放射熱源は、第１室の外に配置され、放射熱源は、放射エネルギーを、前記窓を介して、第１室内に配置された加工品に向けるように構成されている、請求項１７に記載のイオン注入システム。
  20. 前記後冷却装置は、冷却加工品支持部を備え、該冷却加工品支持部は、熱伝導を介して該冷却加工品支持部に存在している加工品を能動的に冷却するように構成されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
  21. 冷却加工品支持部は、プレート内を通っている第２冷却チャネルを有する冷気プレートを備え、第２冷却チャネルを通っている第２冷却液体は、前記冷気プレートの表面上に存在する加工品を実質的に冷却する、請求項１に記載のイオン注入システム。
  22. 前記第１の二重ロードロックアセンブリおよび前記第２の二重ロードロックアセンブリそれぞれの第１室および第２室は、垂直方向に積層されている、請求項１に記載のイオン注入システム。
  23. 熱チャックは、セラミックの加熱素子を備えている、請求項１に記載のイオン注入システム。
  24. 大気環境から真空環境へ加工品を移行させるのに用いる二重ロードロックアセンブリであって、該アセンブリは、
    第１室および第２室と、
    第１室および第２室に関連付けられた真空ドアと、
    第１室および第２室に関連付けられた大気ドアと、
    第１室に関連付けられた加熱装置と、
    第２室に関連付けられた冷却装置と、
    コントローラとを備え、
    第１室および第２室のそれぞれの内部容積は、互いに概ね離間しており、それらの間で共有壁を共有しており、
    各真空ドアは、第１室または第２室のそれぞれと、前記真空環境との間をむすぶ、選択的な液体流通経路を供給するように構成されており、
    各大気ドアは、第１室または第２室のそれぞれと、大気圧を有する前記大気環境との間をむすぶ、選択的な液体流通経路を供給するように構成されており、
    前記加熱装置は、第１室で処理される加工品を第１温度まで加熱するように構成されており、
    前記冷却装置は、第２室で処理された加工品を第２温度まで冷却するように構成されており、
    前記コントローラは、大気圧下で前記加熱装置が第１室で処理される加工品に熱エネルギーを伝達するように、該加熱装置を動作させるように構成され、これにより、大気圧下で加工品が第１温度まで加熱され、前記コントローラは、前記冷却装置が加工品を第２温度まで冷却するように、該冷却装置を動作させる、二重ロードロックアセンブリ。
  25. 加工品を大気環境から真空環境へと移行させるための第１のロードロック室と、
    加工品を真空環境から大気環境へと移行させるための第２のロードロック室とを有するイオン注入システムにおける、加工品の高温イオン注入方法であって、該方法は、
    第１のロードロック室において加工品が処理される間、大気環境の大気圧の下で加工品を加熱するステップと、
    第２のロードロック室において加工品が処理される間、真空環境の真空圧力の下で加工品を冷却するステップとを含む、高温イオン注入方法。
  26. 前記真空圧力は、前記真空圧力から前記大気圧への移行に関連付けられた可変の圧力である、請求項２５に記載の高温イオン注入方法。
  27. 前記方法は、処理温度で加工品を処理するステップをさらに含み、
    加工品は、第１のロードロック室において、第１温度まで加熱される、請求項２５に記載の高温イオン注入方法。
  28. 前記第１温度は、前記処理温度よりも低い、請求項２７に記載の高温イオン注入方法。
  29. 前記第１温度は、前記処理温度よりも高く、加工品は、該加工品が処理されるのに先行して、前記処理温度近くまで冷却され得る、請求項２７に記載の高温イオン注入方法。
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