JP2018504774A - ウエハー処理のためのダイナミック加熱方法及びシステム - Google Patents

ウエハー処理のためのダイナミック加熱方法及びシステム Download PDF

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Abstract

処理中にワークピースをダイナミックに加熱するシステム及び方法が開示される。該システムは、イオン源およびアレイに配列された複数のＬＥＤを含み、それらは、ワークピースの表面の部分に向けられる。ＬＥＤは、ワークピースにより直ちに吸収される周波数範囲の光を放出するように選択されるので、ワークピースを加熱する。いくつかの実施態様において、その部分がイオンビームにより処理されるすぐ前に、ＬＥＤは、ワークピースの部分を加熱する。別の実施態様において、その部分が処理されている時に、ＬＥＤは、ワークピースの部分を加熱する。ＬＥＤは、アレイに配列することができ、アレイは、少なくともイオンビームの幅と同じ幅を有することができる。アレイは、また、１つ以上の行のＬＥＤを有する、その幅に垂直な長さを有する。

Description

本発明の実施形態は、処理中にワークピースをダイナミックに加熱するシステム及び方法に関し、特に、処理中にワークピースを加熱するためにＬＥＤを用いることに関する。
半導体デバイスの製造は、複数の離散的及び複雑なプロセスを含む。これらのプロセスを実施するために、ワークピースは、典型的に、プラテン上に配置される。プラテンは、プラテン内の電極により作り出される静電力を加えることにより、ワークピースを保持するように設計された静電チャックであり得る。
いくつかの実施態様において、１つ以上のこれらの処理は不均一であり得て、ワークピースのその部分において、他のどんな部分よりも、より多く処理される。例えば、堆積プロセスは、ワークピースの第２の部分よりも第１の部分に、より多くの物質を堆積させることができる。別の例において、化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスは、第２の部分からよりも第１の部分から、より少ない物質を除去することができる。これを代償するために、続いて、ワークピースを不均一に処理することが、有利であり得る。例えば、続いて、第２の部分からよりも第１の部分から、より多くの物質をエッチングすることが有益であり得る。この技術は、他の方法により達成することができるよりも、もっと均一なワークピースをもたらし得る。
さらに、いくつかの半導体プロセスは、それらの効率が、処理中のワークピースの温度に基づいて、変化するように、温度に影響を受けやすい。例えば、同一のエッチングプロセスは、より冷たいワークピースからよりも加熱したワークピースから、より多くの物質を除去することができる。
この現象は、ワークピース処理中により良い均一性を達成するために、利用することができる。しかしながら、この温度に影響を受けやすい処理を実施するために、ワークピースの小部分の正確な加熱が望まれ得る。しかしながら、ワークピースを選択的に加熱する技術は、不正確となり得るか、又は、望ましい解決を可能としない可能性がある。
それ故に、ワークピース処理中にワークピースの部分をダイナミックに加熱し、所望の量の温度と空間の制御を可能にするシステム及び方法があれば、有益であろう。
処理中にワークピースをダイナミックに加熱するシステム及び方法が開示される。該システムは、イオン源およびアレイに配列された複数のＬＥＤを含み、それらは、ワークピースの表面の部分に向けられる。ＬＥＤは、ワークピースにより直ちに吸収される周波数範囲の光を放出するように選択されるので、ワークピースを加熱する。いくつかの実施態様において、その部分がイオンビームにより処理されるすぐ前に、ＬＥＤは、ワークピースの部分を加熱する。別の実施態様において、その部分が処理されている時に、ＬＥＤは、ワークピースの部分を加熱する。ＬＥＤは、アレイに配列することができ、アレイは、少なくともイオンビームの幅と同じ幅を有することができる。アレイは、また、１つ以上の行のＬＥＤを有する、その幅に垂直な長さを有する。
一実施態様において、ワークピース処理システムが開示される。該ワークピース処理システムは、幅を有する引き出しアパーチャを有するイオン源であって、前記引き出しアパーチャは前記イオン源の側面に位置付けられる、イオン源と、ワークピースに近接して、前記引き出しアパーチャの１方の側に配置された第１のＬＥＤアレイであって、該第１のＬＥＤアレイは、第２の幅を有し、前記引き出しアパーチャに平行である、第１のＬＥＤアレイと、前記ワークピースに近接して、前記第１のＬＥＤアレイから前記引き出しアパーチャの反対の側に配置された第２のＬＥＤアレイであって、該第２のＬＥＤアレイは、前記第２の幅を有し、前記引き出しアパーチャに平行である、第２のＬＥＤアレイと、を備え、前記第１のＬＥＤアレイ及び前記第２のＬＥＤアレイは、各々、複数の列及び少なくとも１つの行で配列された複数のＬＥＤを備える。特定の実施態様において、前記ＬＥＤは１μｍ未満の波長を有する光を放出する。特定の実施態様において、コントローラは、前記第１のＬＥＤアレイ及び前記第２のＬＥＤアレイと通信し、前記複数のＬＥＤを選択的に動作させる。いくつかの実施態様において、前記複数のＬＥＤの各々は独立に動作される。いくつかの実施態様において、前記第１のＬＥＤアレイ及び前記第２のＬＥＤアレイは、前記引き出しアパーチャに近接して、前記イオン源の前記側面に配置される。他の実施態様において、前記第１のＬＥＤアレイ及び前記第２のＬＥＤアレイは、前記ワークピースに最も近く配置された前記引き出し電極の上に配置される。
別の実施態様において、ワークピース処理システムが開示される。該ワークピース処理システムは、幅を有するイオンビームを生成するイオン源であって、イオンビームは焦点をワークピースの領域に合わせられる、イオン源と、複数の列及び少なくとも１つの行で配列された複数のＬＥＤを備える、ＬＥＤアレイと、前記複数のＬＥＤから放出される光を前記ワークピースの前記領域の方へ向ける、光学装置と、を備える。いくつかの実施態様において、前記イオン源は、ビームラインイオン注入機である。他の実施態様において、前記イオン源は、プラズマチャンバである。
別の実施態様において、ワークピース処理方法が開示される。該方法は、前記ワークピース上の第１の位置を、ＬＥＤアレイの第１のＬＥＤから放出される光で、選択的に加熱する、ステップと、前記ワークピースをスキャン方向にスキャンする、ステップと、加熱後に前記第１の位置をイオンビームに照射する、ステップと、を有する。更なる実施態様において、該方法は、前記第１の位置を、前記ＬＥＤアレイの第２のＬＥＤから放出される光で、選択的に加熱する、ステップも有する。別の更なる実施態様において、該方法は、前記第１の位置を、前記第２のＬＥＤから放出される光で、選択的に加熱する間に、前記ワークピース上の第２の位置を、前記第１のＬＥＤから放出される光で、選択的に加熱する、ステップも有する。
本発明をよりよく理解するため、参考として本明細書に組み入れる添付図面を参照して説明する。
一実施形態によるＬＥＤアレイの斜視図である。 図１ＡのＬＥＤアレイの一実施形態の拡大図である。 図１ＡのＬＥＤアレイの第２の実施形態の上面図である。 ＬＥＤアレイを利用する第１のシステムを例示する。 図２Ａに示す第１のシステムの変形を例示する。 図２Ｂに示すシステムの変形を例示する。 図２Ａのシステムの上面図である。 図４Ａ〜４Ｅは、ワークピースを加熱し、かつ、照射するシーケンスを示す。 ＬＥＤアレイを利用するシステムの第２のシステムを例示する。 ＬＥＤアレイを利用するシステムの第３のシステムを例示する。
上記のように、特定の半導体製造プロセスが温度に影響を受けやすいことを利用するために、処理中のワークピースの部分を選択的に及びダイナミックに加熱することが有益であり得る。
図１Ａは、ワークピースの選択部分をダイナミックに加熱するために用いる、ＬＥＤアレイ１００の第１の実施形態の斜視図を示す。ＬＥＤアレイ１００は、その長さよりも大きい幅を有し得る。ＬＥＤアレイ１００の幅は、以下にもっと詳細に説明するように、少なくともイオンビームと同じ幅になるように選択することができる。いくつかの実施形態において、ＬＥＤアレイ１００の幅は、イオンビームより広い。ＬＥＤアレイ１００は、また、幅に垂直な寸法である長さを有する。ＬＥＤアレイ１００の長さは、任意のサイズであり得て、本発明により限定されない。
図１Ｂは、図１ＡのＬＥＤアレイの一実施形態の拡大図を示す。ＬＥＤアレイ１００は、二次元アレイに配列された複数の個々の発光ダイオード（ＬＥＤ）１１０から成る。本実施形態において、ＬＥＤの行として呼ばれ得る、ＬＥＤアレイ１００の長さ方向に配置された１２個のＬＥＤ１１０がある。しかしながら、ＬＥＤの任意の数の行を用いることができる。例えば、図１Ｃは、図１ＡのＬＥＤアレイの第２の実施形態の上面図を示す。本実施形態において、ＬＥＤ１１０の１つの行だけがある。全ての実施形態において、複数のＬＥＤ１１０を幅の方向に沿って配置する。長さ方向に並べたＬＥＤの一組をＬＥＤの列として呼ぶことができる。ＬＥＤの任意の数の列を用いることができる。したがって、ＬＥＤアレイ１００は、複数の列及び少なくとも１つの行で配列された複数のＬＥＤ１１０を備える。多くの実施形態において、ＬＥＤアレイ１００は、また、行の数は本発明により限定されないけれども、５個と５０個との間の行などの複数の行を備える。
これらの実施形態において、ＬＥＤ１１０の各々は、独立に制御することができ、それ故に、任意のＬＥＤ１１０は、他の全てのＬＥＤ１１０とは独立に動作することができる。言い換えれば、特定の行及び列に配置されるＬＥＤ１１０は、その行及び列の中の任意の他のＬＥＤ１１０を動作させることなく、動作することができる。
特定の実施形態において、ＬＥＤの出力周波数が、処理されるワークピース又はワークピース上に堆積されるフィルムにより直ちに吸収されるように、特定のタイプのＬＥＤが選択される。例えば、シリコンは、約１μｍ以下の波長を有する光のエネルギーを吸収する。シリコンの吸収は、この波長を超えると顕著に低減する。したがって、一実施形態において、ＬＥＤ１１０は、各々、約４５０〜４９０ｎｍの波長で光を放出するInGaNから作られる。別の実施形態において、ＬＥＤ１１０は、各々、約６１０〜７６０ｎｍの波長で光を放出するAlGaAs又はGaAsPから作られる。これらのタイプのＬＥＤの両方は、シリコンのワークピースにより吸収され、熱に変換される光を放出する。もちろん、１μｍ以下の波長を有する光を放出する他のタイプのＬＥＤを利用することができる。
いくつかの実施形態において、ＬＥＤ１１０の波長は、ワークピースの上に配置されるフィルムの吸収特性に基づいて、選択される。フィルムは、例えば、酸化物又は窒化物とすることができる。フィルムは、下部のワークピースと同じか又は異なる吸収特性を有することができる。
他の実施形態において、異なるタイプのワークピースを用いることができる。例えば、他のワークピースは、GaN、AlN、GaAs、Ge、サファイア又は他の物質を用いて作ることができる。これらの実施形態において、ＬＥＤ１１０の波長は、ＬＥＤ１１０の波長が、その特定のワークピースにより吸収されるように、選択することができる。いくつかの実施形態において、紫外線を放出するＬＥＤを用いることができる。
いくつかの実施形態において、ＬＥＤアレイ１００は、異なる出力の波長を有する複数のＬＥＤ１１０を備えることができる。例えば、ＬＥＤ１１０の内のいくつかは、シリコンに対して最適化することができ、一方、ＬＥＤ１１０の内のその他は、ワークピースの上に配置されるフィルム又は異なるタイプのワークピースなどの異なる物質に対して最適化することができる。
ＬＥＤアレイ１００は、また、ＬＥＤ１１０の各々と通信する回路基板（図示せず）を備える。回路基板は、各ＬＥＤ１１０に対して、個々の制御を提供することができる。さらに、回路基板は、ＬＥＤ１１０に対して、ヒートシンクを提供することができる。回路基板は、コントローラと通信することができる。
ＬＥＤ１１０の各々は、１mm2以下の面積を占めることができる。いくつかの実施形態において、ＬＥＤ１１０は、各々、１００μｍ×１００μｍの面積を占めることができる。したがって、１cm2の面積において、任意の構成で、１００以上のＬＥＤ１１０を配置することができる。さらに、各ＬＥＤは、約１Ｗ/ mm2の電力を生成することができる。
ＬＥＤ１１０から放出される光は、光を受けるワークピースの部分の温度を上昇させるのに十分である。一試験において、ワークピースが、１０mm/sのスキャン速度で５秒の期間、ＬＥＤ１１０からの光にさらされる時、温度の１５℃の上昇が観察された。その上、別の試験において、ＬＥＤ１１０の個々の制御により、１０mm/sのスキャン速度で、１０℃/cmより大きいワークピースの温度勾配を可能にする。言い換えれば、一部分を加熱し、かつ、隣接部分を加熱せず又は冷却さえすることにより、温度勾配を創生することができる。この正確な温度の制御は、各ＬＥＤ１１０の小さいサイズ、各ＬＥＤ１１０により生成される電力及び各ＬＥＤ１１０の個々の制御により、達成される。ライトの電力は、本ＬＥＤアレイ１００を用いて焦点を合わせることができるのと同じようには、精密に焦点を合わせることができないため、ランプを用いて同様の温度勾配を生成することはできない。
図２ＡはＬＥＤアレイ１００を用いるシステム２００の第１の実施形態を示す。本実施形態において、イオン源２０１を用いてイオンが創生される。一実施形態において、イオン源２０１はプラズマチャンバであり得て、プラズマチャンバは、外壁に配置されたガス注入口及びＲＦアンテナを有し、ＲＦアンテナは、イオンを創生するために、プラズマチャンバ内のガスにエネルギーを与える。それらのイオンは、イオンビーム２１０として、引き出しアパーチャ２０２を通してイオン源２０１から引き出される。引き出しアパーチャ２０２は、ワークピース２２０に最も近いイオン源２０１の側面２０３に位置付けることができる。イオンビーム２１０は、ワークピース２２０の方へ向けられる。ワークピース２２０は、スキャンの方向２２１にスキャンされる。本例示的実施形態において、イオンビーム２１０は、より長い寸法でありページの中へ入る方向である幅を有するリボンビームである。第１のＬＥＤアレイ１００ａは、イオン源２０１の側面２０３上であって、ワークピース２２０に最も近く、引き出しアパーチャ２０２に近接する表面上に配置される。イオンビーム２１０と同様に、第１のＬＥＤアレイ１００ａの幅は、ページの中へ延びる。第２のＬＥＤアレイ１００ｂは、また、引き出しアパーチャ２０２に近接するイオン源２０１の側面２０３上に配置される。この第２のＬＥＤアレイ１００ｂは、ワークピースに最も近い側面２０３の表面上であって、第１のＬＥＤアレイ１００ａから引き出しアパーチャ２０２の反対側に配置される。
コントローラ２５０は、第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂと通信することができる。コントローラ２５０は、処理装置及び処理装置と通信するメモリ要素を備えることができる。メモリ要素は、処理装置により実行される時に、システム２００が、本明細書に説明されるように、動作することを可能にする命令を記憶するために、用いることができる。メモリ要素は、また、他のデータを含むことができる。コントローラ２５０は、また、他の入力を有することができる。例えば、ヒートマップをコントローラ２５０へ供給することができる。このヒートマップは、二次元アレイであり得て、そのアレイの各エントリーは、ワークピース２２０上の物理的位置を表す。各エントリーに記憶される値は、その物理的位置に適用されるべきヒートの設定を表すことができる。コントローラ２５０は、また、他の入力を有することができる。例えば、コントローラ２５０は、ＬＥＤアレイ１００を適切に制御するように、ワークピース２２０のスキャン速度及びスキャン方向を知ることができる。さらに、コントローラ２５０は、ＬＥＤアレイ１００の行及び列の数などの構成を認識する。コントローラ２５０は、また、ＬＥＤアレイ１００とイオンビーム２１０との間の距離及び他の寸法を含む物理的構成を知ることができる。コントローラ２５０は、第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂに配置された複数のＬＥＤ１１０を選択的に動作させるために、用いられる。
本実施形態において、ワークピース２２０をスキャン方向２２１にスキャンすることができる。ワークピース２２０が上方へ動く時、コントローラ２５０は、ワークピース２２０を予熱するために、第１のＬＥＤアレイ１００ａを用いることができる。図に示すように、イオンビーム２１０が特定の位置２４０を当てる前に、又は、イオンビーム２１０と同時に、第１のＬＥＤアレイ１００ａからの光のエネルギーが、その特定の位置２４０を当てる。ワークピースがこの方向にスキャンされている時、第２のＬＥＤアレイ１００ｂは、コントローラ２５０により、動作を停止することができる。ワークピースがスキャン方向２２１の下方にスキャンされる時、第２のＬＥＤアレイ１００ｂは、コントローラ２５０により、動作を可能にされ、ワークピース上の位置がイオンビーム２１０にさらされる前に、又は、と同時に、ワークピース上のその位置を加熱するために用いられる。一実施形態において、第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂは、ワークピース２２０の上の約５ｍｍに配置することができる。もちろん、他の距離も用いることができる。
上記のように、引き出しアパーチャ２０２は、その長さより非常に大きい幅を有する。ワークピース２２０は、引き出しアパーチャ２０２の長さの寸法に平行であり、その幅に垂直である、スキャン方向２２１にスキャンされる。第１のＬＥＤアレイ１００ａは、長さ方向に沿う引き出しアパーチャ２０２の一方の側に配置され、第２のＬＥＤアレイ１００ｂは、長さ方向の引き出しアパーチャ２０２の反対の側に配置される。このように、第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂは、長さ方向に引き出しアパーチャ２０２と平行な構成で配置される。上記のように、第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂの幅は、引き出しアパーチャ２０２の幅を超えることができる。
代替の実施形態において、ワークピース２２０は、往復システムの、一方向にスキャンのみされ、又は、一方向に処理のみされる。本実施形態において、１つのＬＥＤアレイ１００のみを採用することができる。
さらに、図２Ａは、イオン源２０１の底表面の側２０３の上に直接に配置される第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂを示す。別の実施形態において、第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂは、引き出しアパーチャ２０２のどちらかの側の上でワークピース２２０の近くに配置されるが、しかし、それらは、側面２０３の上に直接に配置されない。一実施形態において、第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂは、側面２０３の上に配置されたプラットフォームの上に配置することができ、ワークピース２２０の方へ延びる。別の実施形態において、第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂは、側面２０３に全く接続しなくすることができる。
図２Ｂは、図２Ａのシステムの変形を示す。本構成において、システム２６０は、イオンビーム２１０をイオン源２０１から引き出して、イオンビーム２１０をワークピース２２０の方へ加速するために用いられる引き出し電極２７０を含む。前のように、引き出しアパーチャ２０２は、イオン源２０１の側面２０３の上に配置される。第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂは、引き出し電極２７０の上であって、ワークピース２２０に最も近い表面の上に配置される。図２Ｂは引き出し電極２７０の１つの組のみを示すが、任意の数の引き出し電極を含むことができ、かつ、ＬＥＤアレイ１００はワークピース２２０に最も近いそれらの電極の上に配置されることが理解される。
図２Ｃは、図２Ｂのシステムの変形を示す。本システム２８０は、ＬＥＤアレイ１００が引き出し電極２７０の上に配置される点において、図２Ｂに示すものと類似する。しかしながら、本実施形態において、ＬＥＤアレイ１００は、焦点を内側に向けてイオンビーム２１０の方に合わせられる。いくつかの実施形態において、ＬＥＤアレイ１００からの光は、焦点をイオンビーム２１０に近い位置に合わせられるので、ワークピース２２０は、イオンビーム２１０による照射の前に加熱される。別の実施形態において、ＬＥＤアレイ１００からの光は、焦点をイオンビーム２１０に照射されるワークピース２２０の同じ部分に合わせられるので、その同じ部分は、同時に、加熱され、イオンビーム２１０に照射される。
したがって、図２Ａ〜２Ｃに示す実施形態の各々において、ＬＥＤアレイ１００は、ワークピース２２０に最も近くに配置されるコンポーネントの上に配置される。いくつかの実施形態において、この最も近いコンポーネントは、イオン源２０１の底の表面の側２０３であり得る。他の実施形態において、この最も近いコンポーネントは、引き出し電極２７０であり得る。さらに、任意のこれらの実施形態において、ＬＥＤアレイ１００からの光は、図２Ａ〜２Ｂに示すように、イオンビーム２１０に平行になるように、向けることができる。他の実施形態において、ＬＥＤアレイ１００からの光は、ある角度に曲げることができ、焦点をイオンビーム２１０の方に合わせることができる。このように、図２Ｃに示すように、イオンビーム２１０に照射されるワークピース２２０の部分の方へ、又は、間もなくイオンビーム２１０に照射されるワークピース２２０の部分の方へ、光は向けられる。
図３は、ワークピース２２０が図２Ａのシステム２００により処理される時のワークピース２２０の上面図を示す。本図において、ワークピース２２０、イオンビーム２１０、第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂが、上面図から示される。上記のように、第１のＬＥＤアレイ１００ａ、第２のＬＥＤアレイ１００ｂ及びイオンビーム２１０は、長さ方向に平行である。図２Ａにおけるように、ワークピース２２０は、スキャン方向２２１の上方にスキャンされる。本実施形態において、第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂは、各々が、幅方向に８個のＬＥＤ１１０（すなわち、８列）を有し、長さ方向に２行のＬＥＤ１１０を有する。しかしながら、第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂは、各方向に任意の数のＬＥＤ１１０を有することができるので、これは、単に、例示的目的のためである。いくつかの実施形態において、第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂは、等しい数の行及び等しい数の列を有する。
ワークピース２２０は上方にスキャンされるので、ワークピース２２０の特定の位置が、第１のＬＥＤアレイ１００ａのより低い行のＬＥＤ１１０の特定の列のＬＥＤに、最初に照射される。ワークピース２２０のその位置が、第１のＬＥＤアレイ１００ａのより上の行のＬＥＤ１１０の同じ列のＬＥＤに、次いで照射される。その後、その位置はイオンビーム２１０に照射される。
図４Ａ〜４Ｅは、ワークピース２２０の特定の位置の加熱及び照射を例示する図のシーケンスを示す。これらの図において、ＬＥＤ４００、４１０は第１のＬＥＤアレイ１００ａの部分であり、ＬＥＤ４００はより低い行の中にあり、ＬＥＤ４１０は、ＬＥＤ４００と同じ列の中にあるが、より上の行の中にある。これらのＬＥＤ４００、４１０及びイオンビーム２１０は、空間的に固定していると仮定されるが、一方、ワークピース２２０は、上方の方向に動かさられる。図３及び図４Ａ〜４Ｅは、２つの行を有するＬＥＤアレイ１００を例示するが、任意の数の行をＬＥＤアレイ１００に用いることができることは、理解される。シーケンスの各図は、順次時点を表す。図４Ａにおいて、位置３００は、第１のＬＥＤアレイ１００ａのより低い行のＬＥＤ４００に照射される。このＬＥＤ４００は動作させることができ、又は、オフにすることができる。より低い行のＬＥＤ４００を動作させる場合、位置３００は加熱される。図４Ｂに示すように、ワークピース２２０が上方にスキャンされるにつれて、位置３００は、ＬＥＤ４００を過ぎて、第１のＬＥＤアレイ１００ａのより上の行のＬＥＤ４１０の方へ動き始める。図４Ｃにおいて、位置３００は、第１のＬＥＤアレイ１００ａのより上の行のＬＥＤ４１０に今や照射される。再び、このＬＥＤ４１０は動作させることができ、又は、オフにすることができる。図４Ｄに示すように、ワークピース２２０がスキャン方向に動き続けるにつれて、位置３００は、ＬＥＤ４１０を過ぎて、イオンビーム２１０の方へ動き始める。図４Ｅにおいて、位置３００は、イオンビーム２１０に今や照射される。
本例示において、ＬＥＤ４００、４１０の２つの行がある。これにより、位置３００が複数の異なる温度に加熱されることを可能にする。例えば、一実施形態において、位置３００が全く加熱されないようにする。この実施形態において、位置３００がそれぞれの経路に配置される時に、ＬＥＤ４００及びＬＥＤ４１０の両方共オフにすることができる。別の実施形態において、位置３００は少しだけ加熱することができる。この実施形態において、ＬＥＤ４００は図４Ａにおいて動作させることができ、ＬＥＤ４１０は図４Ｃにおいてオフにすることができる。この組合せは、位置３００に、いくらかの熱を加えるが、しかし、位置３００は、イオンビーム２１０に達する前に、冷え始める。第３の実施形態において、位置３００は、前の実施形態よりもっと加熱することができる。この場合において、ＬＥＤ４００は図４Ａにおいてオフにすることができ、ＬＥＤ４１０は図４Ｃにおいて動作させることができる。同じ量の熱が位置３００に加えられるけれども、加熱が、もっと直近に生じるため、位置３００がイオンビーム２１０に達する時に、本実施形態において、位置３００は、もっと暖かくなり得る。第４の実施形態において、位置３００は、図４ＡのＬＥＤ４００及び図４ＣのＬＥＤ４１０の両方により加熱される。これにより、他の実施形態より、もっと、位置３００を加熱する。
以下の表１に示すように、ＬＥＤの２つの行の使用により、位置３００に対して、４つの異なる加熱の設定が可能である。
Figure 2018504774
上記表は、ＬＥＤを、動作しているか、それとも、オフにしているかを仮定した。しかしながら、加熱の設定の数は、ＬＥＤを調節することにより、増加することができる。例えば、ＬＥＤは、点滅するように作ることができる。点滅動作のデューティサイクルは、ワークピースに加えられる熱量を決定することができる。例えば、オフにされるＬＥＤは、０％のデューティサイクルを有すると仮定することができ、一方、動作されるＬＥＤは、１００％のデューティサイクルを有すると仮定することができる。これらの２つの値の間の任意のデューティサイクルは、異なる熱量を加えるように用いることができる。この点滅の周波数は、任意の適切な周波数とすることができ、本発明により限定されない。
もちろん、異なる数の行により、多かれ少なかれ、加熱の設定を可能にする。例えば、１つの行のみのＬＥＤ１１０がＬＥＤアレイに用いられる場合、ＬＥＤ１１０の調節が採用されないならば、２つの加熱の設定のみを実現することができる。３つの行のＬＥＤ１１０が用いられる場合、８つの異なる加熱の設定が可能である。ＬＥＤ１１０の調節が採用される場合、もっと多くの加熱の設定が可能である。
コントローラ２５０は、特定の位置３００が、第１のＬＥＤアレイ１００ａのＬＥＤ４００、４１０の内の１つの前に配置される時を決定するために、ＬＥＤアレイの行の間の距離、スキャン方向２２１及びスキャン速度を用いることができる。スキャン速度は、また、各ＬＥＤ４００、４１０が動作される継続時間を決定するために用いることができる。例えば、スキャン速度が比較的に遅くあり得る第１の速度である場合、ＬＥＤ４００、４１０は、第１の期間に動作することができる。スキャン速度が第１の速度より速い第２の速度である場合、ＬＥＤ４００、４１０は、第１の期間より短い第２の期間に動作することができる。これは、スキャン速度が増加する時に、位置３００が、ＬＥＤ４００、４１０の各々を、もっと速く通過するためである。さらに、位置３００がＬＥＤ４００の前に配置される時と、位置３００がＬＥＤ４１０の前に配置される時との間の時間は、スキャン速度の増加と共に短くなる。
図４Ａ〜４Ｅは、各ＬＥＤ４００、４１０が個々に制御可能である実施形態を説明する。他の実施形態において、単一の列内の２つ以上のＬＥＤは、コントローラ２５０により１つのグループとして、対処し制御することができる。
上記のように、加熱及び照射のプロセスは、ワークピースの多数の位置で、同時に動作する。したがって、図４Ｃに示すように、位置３００がＬＥＤ４１０に達する時に、第２の位置３１０がＬＥＤ４００に今や照射される。図４Ｅにおいて、位置３００がイオンビーム２１０に照射される時に、第２の位置３１０がＬＥＤ４１０に照射される。さらに、図４Ｅにおいて、第３の位置３２０がＬＥＤ４００の前に配置される。なお、各要素により処理される位置は、要素間の距離に依存し、それらの距離は図４Ａ〜４Ｅに示すものと異なり得る。
したがって、任意の所定の時間で、各ＬＥＤ４００、４１０及びイオンビーム２１０は、各々、異なる位置で動作している。例えば、ＬＥＤ４００は、位置ｉで動作することができる。その後になって、ＬＥＤ４１０は、位置ｉで動作することができるが、一方、ＬＥＤ４００は、今や、位置ｉ＋１で動作している。さらにその後になって、位置ｉはイオンビーム２１０に照射され得るが、一方、ＬＥＤ４１０は、位置ｉ＋１で動作しており、ＬＥＤ４００は、位置ｉ＋２で動作している。ヒートマップ及び各それぞれのＬＥＤの前に配置される物理的位置に基づいて、コントローラ２５０は各ＬＥＤ４００、４１０を制御する。ＬＥＤアレイ１００がＬＥＤの２つの行より多い行を有する場合、もっと多くの物理的位置をＬＥＤアレイ１００により同時に動作することができる。
上記のように、各ＬＥＤは、そのＬＥＤからの光に照射される特定の位置で動作する。各位置のサイズは、各ＬＥＤのサイズ、スキャン速度及びＬＥＤの動作のオン／オフ時間に基づいて、決定することができる。より遅いスキャン速度で、各位置のサイズは、より小さくなり得る。
ＬＥＤ４００、４１０がワークピース２２０を加熱した後、ワークピース２２０は、イオンビーム２１０に達する前に、冷え始める。言い換えれば、ＬＥＤの最後の行とイオンビーム２１０との間の空間のワークピース２２０には、熱が供給されない。それ故に、いくつかの実施形態において、ＬＥＤの加熱効果を最大化するために、ＬＥＤをイオンビーム２１０にできるだけ近くに位置づけることが有益であり得る。したがって、図２Ａにおいて、第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂが、引き出しアパーチャ２０２の近くに配置されるのが示される。いくつかの実施形態において、第１のＬＥＤアレイ１００ａ及び第２のＬＥＤアレイ１００ｂは、引き出しアパーチャ２０２から約１ｃｍ離れて配置することができる。ＬＥＤアレイにより加熱される位置とイオンビームとの間の距離は、図２Ｃに示すように、ＬＥＤアレイからの光をイオンビーム２１０の方へある角度に曲げることにより、さらに低減することができる。
しかしながら、他の実施形態において、ＬＥＤアレイ１００は、ワークピース２２０から、さらに遠くに配置することができる。これらの実施形態において、ＬＥＤ１１０からの光の焦点をワークピース２２０の方に合わせるために、光学装置を用いることができる。上で説明したように、ＬＥＤ１１０により標的にされる領域が、イオンビーム２１０の直前に配置されるか、又は、イオンビーム２１０と同時に配置される時に、加熱が最大化にされる。
いくつかの実施形態において、ＬＥＤアレイ１００からの光は、イオンビーム２１０に照射されるワークピース２２０の位置に当たるように、焦点を合わせることができる。したがって、本実施形態において、加熱及び照射は同時に起こる。言い換えれば、イオンビーム及びＬＥＤアレイ１００からの光は、焦点を共有する。
図５は、ＬＥＤアレイを利用するシステム５００の第２の実施形態を示す。本実施形態において、ワークピース２２０の方に向けられるイオンビーム５１０を作り出すために、イオン源５０１が用いられる。一実施形態において、イオン源５０１はプラズマチャンバであり得て、プラズマチャンバは、外壁に配置されたガス注入口及びＲＦアンテナを有し、ＲＦアンテナは、イオンを創生するために、プラズマチャンバ内のガスにエネルギーを与える。本実施形態において、ＬＥＤアレイ５２０は、イオンビーム５１０及び引き出しアパーチャ５０２から遠位に配置される。上のように、ＬＥＤアレイ５２０は、図２Ａに関連して説明したコントローラ２５０のような、コントローラ５５０と通信する。ＬＥＤアレイ５２０は、複数の列及び少なくとも１つの行に配列された複数のＬＥＤを備える。本実施形態において、窓及び／又はレンズなどの光学装置５３０は、引き出しアパーチャ５０２と反対側のイオン源５０１の側面に配置される。ＬＥＤアレイ５２０は、光学装置５３０の近くに配置され、それ故に、ＬＥＤアレイ５２０のＬＥＤにより放出される光は、焦点を合わせられ、イオン源５０１の内部を通って送られ、イオンビーム５１０と共に引き出しアパーチャ５０２を通って出る。
したがって、システム５００において、ワークピース２２０の加熱及びイオンビーム５１０に照射されることは同時である。いくつかの実施形態において、イオンビーム５１０は特定の幅を有することができる。この幅の全体を加熱するように、ＬＥＤアレイは、十分な数の行を有して組み立てることができる。
図６は、ＬＥＤアレイ６３０を利用する別のシステム６００を示す。本実施形態において、イオン源６０１は、ビームラインイオン注入機であり得る。イオン源６０１は、ＩＨＣ源などのイオン生成機及びイオン生成機から引き出されたイオンを向けるための関連する光学機器を備えることができる。もちろん、Barnas源などの他のイオン生成機も又用いることができる。さらに、イオン源６０１は、質量分析磁石などの１つ以上の磁石を備えることができる。イオン源６０１は、イオンビーム６１０を調整するために、加速及び減速段階も又含むことができる。
イオン源６０１はイオンビーム６１０を生成し、イオンビーム６１０は、プロセスチャンバ６２０に入り、ワークピース２２０に向けられる。図６に示すように、ＬＥＤアレイ６３０は、ワークピース２２０から遠位に配置することができる。前のように、ＬＥＤアレイ６３０はコントローラ６５０と通信することができる。本実施形態において、焦点レンズなどの光学装置６４０は、ＬＥＤアレイ６３０からの光をワークピース２２０の方へ向けるために、用いることができる。
一実施形態において、ＬＥＤアレイ６３０からの光をイオンビーム６１０に照射されるワークピース２２０の同じ部分へ向けるように、焦点を共有するために、ＬＥＤアレイ６３０からの光が向けられる。本実施形態において、光の標的が変わらないので、光学装置６４０は固定することができる。
別の実施形態において、ＬＥＤアレイ６３０からの光の焦点を、間もなくイオンビーム６１０に照射されるワークピース２２０の部分に合わせる。言い換えれば、ワークピース２２０がスキャン方向２２１の下方に動いている時に、光の焦点を、イオンビーム６１０に照射される領域の上に配置されたワークピース２２０の位置に合わせることができる。ワークピース２２０が上方に動いている時に、光の焦点を、イオンビーム６１０に照射される領域の下に配置されたワークピース２２０の位置に合わせることができる。これは、数個の方法の内の１つで実施することができる。一実施形態において、２つの異なるＬＥＤアレイ６３０がプロセスチャンバ６２０内に配置され、１つのＬＥＤアレイの焦点を、イオンビーム６１０に照射されている領域の上に配置されたワークピース２２０の位置に合わせ、第２のＬＥＤアレイの焦点を、イオンビーム６１０に照射されている領域の下に配置されたワークピース２２０の位置に合わせる。本実施形態において、各ＬＥＤアレイの標的が変わらないので、光学装置６４０は固定することができる。別の実施形態において、スキャン方向２２１に基づいて、ＬＥＤアレイ６３０からの光の焦点を、２つの異なる位置の内の１つに合わせるように、光学装置６４０は可動である。
図６は、光の焦点を、レンズなどの光学装置６４０により合わせることを示す。しかしながら、他の実施形態も可能である。例えば、別の実施形態において、光学装置６４０は集束ミラーであってもよい。本実施形態において、ＬＥＤアレイ６３０からの光を、反射することができ、集束ミラーにより焦点に合わせることができる。上記のように、光の焦点を、イオンビーム６１０に照射されている位置に合わせることができ、又は、イオンビーム６１０に間もなく照射される位置に合わせることができる。
さらに、様々な実施形態において説明したＬＥＤアレイを、複数の異なる環境で利用することができる。
一実施形態において、上記のように、ワークピースの部分をイオンビームに照射する前に、又は、と同時に、ワークピースの部分を予熱するために、ＬＥＤアレイを用いる。これは、イオンビームにより実施されるプロセスの温度感受性を利用するために用いることができる。
別の実施形態において、用いられるビームの出力を一致させるように、ワークピースを予熱するために、ＬＥＤアレイを用いる。このように、ウエハーの全ての処理は、単一の温度で、すなわち、「ウォーミングアップ」時間なしで、生じる。
別の実施形態において、熱的に均一なウエハーの処理が均一でないビームの加熱に対する補償を行うことを可能にするために、ＬＥＤアレイを用いる。例えば、いくつかの例において、ワークピースの端部（スキャン中の上部エッジ及び下部エッジなど）は類似の熱プロファイルを有することができ、この熱プロファイルは、いくつかの熱の出力のアプリケーションにおいて、１０℃を超える分だけ高いワークピースの中心と異なり得る。これは、ワークピースの中央はワークピースのエッジよりも、もっと頻繁にイオンビームに照射されるためであり得るからである。ＬＥＤアレイの使用により、ワークピースのエッジが、ワークピースの中心と大体同じ温度になるように、これらのエッジをもっと加熱することが可能になる。
別の実施形態において、ワークピースの外周に沿う温度は、プラテンがワークピースより少し小さいという事実により、ワークピースのその他の部分より低くなり得る。このために、ワークピースの外周はプラテンにより加熱されない。ＬＥＤアレイの使用により、ワークピースの外周の温度がワークピースのその他の部分の温度により近くなるように、この外周をもっと予熱することが可能になり得る。あるいは、いくつかの実施形態において、ワークピースを冷却するために、プラテンが用いられる。このシナリオにおいて、外周はワークピースのその他の部分より暖かくなり得る。ＬＥＤアレイの使用により、ワークピースのその他の部分の温度がワークピースの外周の温度により近くなるように、ワークピースのその他の部分をもっと予熱することが可能になり得る。
ＬＥＤアレイは、ワークピースを選択的に加熱するために用いることができるが、なお、この装置は、他の加熱技術と共に用いることができる。例えば、ＬＥＤアレイは加熱プラテンと共に用いることができる。
本発明は、本明細書に記載される特定の実施形態の範囲に限定されない。実際には、本明細書に記載された実施形態に加えて、本発明に対する他の種々の実施形態及び変更例が、前述の記載及び添付の図面から当業者には明らかであろう。従って、かような他の実施形態及び変更例は、本発明の範囲に含まれるものと意図される。さらに、本明細書の開示は、特定の目的に対する、特定の環境における、特定の実施の文脈にて記載されているが、当業者は、その有用性はこれに限定されないこと及び、本発明があらゆる目的のために、あらゆる環境において有益に実行可能であることを認識されよう。それ故に、以下に説明する特許請求の範囲は、本明細書に記載されたように、本発明の全幅及び精神に鑑みて解釈すべきである。

Claims (15)

  1. ワークピース処理システムであって、
    該システムは、
    幅を有する引き出しアパーチャを有するイオン源であって、前記引き出しアパーチャは前記イオン源の側面に位置付けられる、イオン源と、
    ワークピースに近接して、前記引き出しアパーチャの１方の側に配置された第１のＬＥＤアレイであって、該第１のＬＥＤアレイは、第２の幅を有し、前記引き出しアパーチャに平行である、第１のＬＥＤアレイと、
    前記ワークピースに近接して、前記第１のＬＥＤアレイから前記引き出しアパーチャの反対の側に配置された第２のＬＥＤアレイであって、該第２のＬＥＤアレイは、前記第２の幅を有し、前記引き出しアパーチャに平行である、第２のＬＥＤアレイと、を備え、
    前記第１のＬＥＤアレイ及び前記第２のＬＥＤアレイは、各々、複数の列及び少なくとも１つの行で配列された複数のＬＥＤを備える、システム。
  2. 前記第１のＬＥＤアレイ及び前記第２のＬＥＤアレイと通信し、前記複数のＬＥＤを選択的に動作させるコントローラを更に備える、請求項１記載のワークピース処理システム。
  3. 前記コントローラはヒートマップを有するメモリ要素を備え、前記コントローラはヒートマップを用いて前記複数のＬＥＤを選択的に動作させる、請求項２記載のワークピース処理システム。
  4. 前記第１のＬＥＤアレイ及び前記第２のＬＥＤアレイは、前記引き出しアパーチャに近接して、前記イオン源の前記側面に配置される、請求項１記載のワークピース処理システム。
  5. 前記イオン源と前記ワークピースとの間に配置された１つ以上の引き出し電極を更に備え、前記第１のＬＥＤアレイ及び前記第２のＬＥＤアレイは、前記ワークピースに最も近く配置された前記引き出し電極の上に配置される、請求項１記載のワークピース処理システム。
  6. 前記第１のＬＥＤアレイ及び前記第２のＬＥＤアレイからの光は、前記引き出しアパーチャから引き出されたイオンビームにほぼ平行である、請求項１記載のワークピース処理システム。
  7. 前記第１のＬＥＤアレイ及び前記第２のＬＥＤアレイからの光は、焦点を前記引き出しアパーチャから引き出されたイオンビームの方に合わせられる、請求項１記載のワークピース処理システム。
  8. ワークピース処理システムであって、
    該システムは、
    幅を有するイオンビームを生成するイオン源であって、イオンビームは焦点をワークピースの領域に合わせられる、イオン源と、
    複数の列及び少なくとも１つの行で配列された複数のＬＥＤを備える、ＬＥＤアレイと、
    前記複数のＬＥＤから放出される光を前記ワークピースの前記領域の方へ向ける、光学装置と、を備える、システム。
  9. 前記イオン源は、ビームラインイオン注入機を備える、請求項８記載のワークピース処理システム。
  10. 前記光学装置は、レンズ又は集束ミラーを備える、請求項９記載のワークピース処理システム。
  11. 前記イオン源は、プラズマチャンバを備える、請求項８記載のワークピース処理システム。
  12. 前記光学装置は、前記プラズマチャンバの壁に配置され、前記複数のＬＥＤから放出される前記光は、前記プラズマチャンバを通過する、請求項１１記載のワークピース処理システム。
  13. ワークピース処理方法であって、
    該方法は、
    前記ワークピース上の第１の位置を、ＬＥＤアレイの第１のＬＥＤから放出される光で、選択的に加熱する、ステップと、
    前記ワークピースをスキャン方向にスキャンする、ステップと、
    加熱後に前記第１の位置をイオンビームに照射する、ステップと、を有する、方法。
  14. 前記第１の位置を、前記ＬＥＤアレイの第２のＬＥＤから放出される光で、選択的に加熱する間に、前記ワークピース上の第２の位置を、前記ＬＥＤアレイの前記第１のＬＥＤから放出される光で、選択的に加熱する、ステップを更に有する、請求項１３記載の方法。
  15. 前記第１の位置を、前記イオンビームに照射する間に、前記ワークピース上の第２の位置を、前記ＬＥＤアレイの前記第１のＬＥＤから放出される光で、選択的に加熱する、ステップを更に有する、請求項１３記載の方法。
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