JP2020505718A - 放射加熱プレソーク - Google Patents

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Abstract

ワークピース処理システムおよび方法は、ワークピースを真空チャンバに移送する工程を含む。加熱チャックは、ワークピースをそのクランプ面に選択的にクランプするように構成され、加熱チャックは、クランプ面を選択的に加熱するように構成される。ワークピース移送装置は、ワークピースを、加熱チャックに移送するように構成されたエンドエフェクタを有しており、ワークピースは、エンドエフェクタ上に載置される。コントローラは、ワークピース移送装置のコントローラを介して、加熱チャックに対してワークピースを選択的に配置する。コントローラは、クランプ面から所定の距離に前記ワークピースを配置するように構成され、当該所定の距離は、通常、前記加熱チャックから当該ワークピースが受ける放射の量を決定する。コントローラは、さらに、ワークピース移送装置を制御することによって、当該加熱チャックの表面上に当該ワークピースを配置するように構成される。

Description

発明の詳細な説明
〔関連出願の参照〕
本願は、「放射加熱プレソーク（ＲＡＤＩＥＮＴ ＨＥＡＴＩＮＧ ＰＲＥＳＯＡＫ）」と題する２０１７年１月１９日に出願された米国仮出願第６２／４４８，３２４号の利益を主張し、その内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
〔分野〕
本開示は、一般的には、ワークピース（被加工物：workpiece）を処理するためのワークピース処理システムおよび方法に関し、より具体的には、加熱チャック（heated chuck）上に配置される前に、ワークピースの温度を制御するシステムおよび方法に関する。
〔背景〕
半導体プロセスでは、イオン注入などの多くの操作が、ワークピースまたは半導体ウェハに対して実行され得る。イオン注入処理技術が進歩するにつれて、ワークピースの様々な注入特性を達成するために、ワークピースにおける様々なイオン注入温度が導入され得る。例えば、従来のイオン注入処理では、以下の３つの温度レジームが通常考慮される。（ｉ）ワークピースにおける処理温度が室温より低い温度に維持される低温注入（cold implants）、（ｉｉ）ワークピースにおける処理温度が、通常３００〜６００℃の範囲の高温に維持される高温注入（hot implants）、および（ｉｉｉ）ワークピースにおける処理温度が室温よりわずかに高いが、高温注入で使用される温度より低い温度に維持されるいわゆる準室温注入（quasi-room temperature implants）であって、準室温注入温度は、典型的に５０〜１００℃の範囲である。
例えば、高温注入は、より一般的になりつつある。処理温度は、典型的には、加熱チャック（加熱されたチャック：heated chuck）を介して達成される。ワークピースは、一般的には、静電力または機械的なクランプによって、注入の間、加熱チャックのクランプ面に固定される。例えば、加熱された静電チャック（electrostatic chuck：ＥＳＣ）は、静電力によってワークピースを保持またはクランプし、一方、機械的クランプは、機械的手段によって、加熱チャックに対してワークピースの位置を機械的に維持する。従来の高温ＥＳＣは、例えば、ＥＳＣおよびワークピースを処理温度（例えば、３００℃〜６００℃）に加熱するためにクランプ面の下に埋め込まれたヒータセットを含み、それによって、気体界面は、従来、クランプ面からワークピースの裏側への熱界面を提供する。
しかしながら、加熱チャックの表面上に比較的冷たいワークピースを配置することは、ワークピースが、温度の上昇によって、クランプ面に対して熱的に膨張または成長する場合に、様々な問題を引き起こし得る。このような膨張は、ワークピースの反りまたは亀裂をもたらす可能性があり、このような膨張は、ワークピースが炭化ケイ素を含む場合に特に問題である。さらに、冷たいワークピースが、加熱されたチャックの表面に配置されると、ワークピース内に実質的に急勾配の加熱速度が引き起され、それによって、ワークピース全体にわたって熱不均一性が誘起される場合がある。したがって、ワークピースの熱応力および破損などの問題にさらにつながり得る。
〔発明の概要〕
本発明は、高温イオン注入システムの大気環境と真空環境との間で、ワークピース（被加工物：workpiece）を移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、従来技術の制限を克服すると共に、スループットを最大限にし、システムに係る所有コストを最小限にする。
したがって、以下では、本発明に係るいくつかの態様の基礎的な理解を提供することを目的として、本発明の簡単な概要を説明する。この概要は、本発明の外延的な要約ではない。これは、本発明の主要または重要な要素を識別するものでも、本発明の範囲を線引きするものでもない。この目的は、後に記載する詳細な説明の序文として、本発明のいくつかの概念を単純化した形で示すことにある。
本発明は、概して、イオン注入システムなどのワークピース処理システムを対象とする。１つの典型的な態様によれば、前記ワークピース処理システムは、真空チャンバと、前記真空チャンバに動作可能に連結された第１チャンバとを備える。例えば、加熱チャック（加熱されたチャック：heated chuck）は、処理チャンバ内に配置され、当該加熱チャックは、ワークピースを当該加熱チャックのクランプ面に選択的にクランプする。前記加熱チャックは、例えば、当該加熱チャックのクランプ面を選択的に加熱する。
一例によれば、前記ワークピース移送装置は、前記ワークピースを選択的に支持するエンドエフェクタを有する。前記ワークピースは、例えば、前記エンドエフェクタ上に載置することができ、それによって、当該エンドエフェクタは、前記ワークピースの自由度を１つだけに拘束する。前記ワークピース移送装置は、例えば、前記加熱チャックと前記第１チャンバとの間、およびそれらの間の様々な位置で前記ワークピースを選択的に移送する。
例えば、コントローラがさらに設けられ、当該コントローラは、前記ワークピース移送装置を制御することにより、前記加熱チャックに対して前記ワークピースを選択的に位置決めする。前記コントローラは、例えば、前記クランプ面から所定の距離に前記ワークピースを位置決めする。前記所定の距離は、前記ワークピースが、前記加熱チャックから受ける放射の量を概ね決定し、それによって、熱放射による前記ワークピースの選択的な加熱を可能にする。前記加熱チャックは、例えば、当該加熱チャック内に埋め込まれるか、または、当該加熱チャックに付随する１つ以上の放射ヒータを備えることができる。前記コントローラは、例えば、前記ワークピース移送装置を制御することにより、前記加熱チャックの表面に前記ワークピースを選択的に配置する。
一例では、前記コントローラは、前記ワークピースが所定の位置に配置されるまでの所要時間を制御する。別の例では、前記コントローラは、前記ワークピースの所望の温度プロファイルおよび前記加熱チャックの所定の温度プロファイルのうちの１つ以上に基づいて、前記所定の距離および前記所要時間のうちの１つ以上を選択的に変更する。
前記加熱チャックは、例えば、前記ワークピースを所定の処理温度まで加熱する。前記所定の処理温度は、例えば、約１００℃〜約１２００℃の範囲とすることができる。
本開示の別の態様によれば、イオン注入システムにおいてワークピースを予熱するための方法が提供される。この方法は、例えば、第１温度の第１位置から、チャンバ内の加熱チャックの表面に近接する所定の位置まで、前記ワークピースを移送する工程を含む。前記所定の位置は、例えば、前記加熱チャックの表面から所定の距離に配された位置を含む。例えば、熱放射は、前記加熱チャックから放出される。このことにより、前記ワークピースは、前記所定の位置で、前記加熱チャックからの熱放射に曝される。前記ワークピースは、例えば、所定の時間、前記所定の位置に維持されることにより、前記ワークピースの温度は第２温度まで上昇する。
一例では、前記第１温度は約１００℃未満であり、前記第２温度は約３００℃よりも高い。別の例では、前記第１温度は、約２０℃〜１００℃の範囲であり、前記第２温度は、約３００℃〜６００℃の範囲である。
別の例では、前記ワークピースは、前記第２温度まで加熱された後、前記加熱チャックの表面にさらに配置され、イオンが当該ワークピースにさらに注入され得る。例えば、前記ワークピースは、前記加熱チャックの表面に静電的にクランプされ得る。あるいは、前記ワークピースは、１つ以上の機械的クランプを介して、前記加熱チャックの表面に機械的にクランプされ得る。
一例では、前記第１位置から、前記加熱チャックの表面に近接する前記所定の位置まで、前記ワークピースを移送する工程は、第１環境からチャンバ内の真空環境まで前記ワークピースを移送する工程をさらに含む。
さらに別の例では、前記所定の距離は、前記加熱チャックの１つ以上の放射特性に基づいて決定される。例えば、前記加熱チャックは、当該加熱チャックの表面を横切る可変放射プロファイルを有することができる。ここで、前記所定の距離を決定する工程は、前記ワークピースと前記加熱チャックの表面との間の形態係数を決定する工程を含む。
本開示の別の典型的な態様によれば、イオン注入システムにおいてワークピースを予熱するための別の方法が提供される。この方法において、前記ワークピースは、第１温度の第１位置から、チャンバ内の加熱チャックの表面から所定の距離に配された所定の位置まで移送される。前記加熱チャックから熱放射が放出され、これにより、前記ワークピースは、前記所定の位置で前記加熱チャックからの熱放射に曝される。前記ワークピースは、所定の時間に亘り、前記所定の位置に維持されることにより、前記ワークピースの温度は、第２温度まで上昇する。前記第２温度に達すると、前記ワークピースは、前記加熱チャックの表面に配置され、静電的な力または機械的なクランプ力などによって、前記加熱チャックに選択的にクランプされ、イオンが、前記ワークピース内にさらに注入され得る。
一例では、前記所定の距離および前記所要時間のうちの１つ以上は、前記ワークピースの所望の温度プロファイルおよび前記加熱チャックの所定の温度プロファイルのうちの１つ以上に基づいてさらに変更される。さらに別の例では、前記ワークピースを第１温度まで加熱する工程は、ロードロックチャンバ内で実施される。
前述の目的およびこれに関連する目的を達成するために、本発明は、以下に詳細に記載されかつ特許請求の範囲に特に示された特徴を備えている。以下の説明および添付された図面は、本発明の例示的な実施形態を詳細に説明する。一方、これらの実施形態は、本発明の原理を用いる様々な方法の一部を示しているにすぎない。本発明についての他の目的、利点、および新規な特徴は、図面を参照して、以下の本発明の詳細な説明によって明らかとなるであろう。
本開示の一態様による例示的な加熱イオン注入システムのブロック図を示す。 本開示の別の例示的な態様による、ワークピースを加熱するための例示的な装置を示すブロック図である。 本開示の別の例示的な態様による、ワークピースの加熱イオン注入のための典型的な方法を示すブロック図である。
〔詳細な説明〕
本開示は、概して、比較的冷えたワークピースを受け入れるように構成された加熱チャックを有するシステムを対象とする。一実施形態では、本開示は、イオン注入システムに関し、より詳細には、高温イオン注入（例えば、３００℃〜６００℃）のために構成されたイオン注入システムに関する。しかし、本開示は、比較的低温のワークピースが比較的高温の表面上に配置される様々な他のシステムに適用可能であることを理解されたい。
したがって、本開示は、ここで、図面を参照して説明され、同様の参照番号は、全体を通して、同様の要素を指すために使用され得る。これらの態様の説明は、単に例示的なものであり、限定的な意味で解釈されるべきではないことを理解されたい。以下の説明では、説明の目的のために、本開示の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細が記載される。しかし、本開示は、これらの具体的な詳細なしに実施され得ることが、当業者に明らかである。
本開示の一態様によれば、図１は、例示的なイオン注入システム１００を示す。本実施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など、様々な他のタイプの真空ベースの半導体処理システムも企図される。イオン注入装置１０１は、例えば、端末１０２と、ビームラインアセンブリ１０４と、エンドステーション１０６とを備えている。
一般的に言えば、端末１０２内のイオン源１０８は、電源１１０に結合されており、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を形成する。本実施例において、イオンビーム１１２は、質量分析装置１１４を通り、開口部１１６を出て、エンドステーション１０６に導かれる。エンドステーション１０６では、イオンビーム１１２は、チャック１２０（例えば、静電チャックまたはＥＳＣ）に選択的にクランプされるかまたは取り付けられるワークピース１１８（例えば、シリコンウェハ、ディスプレイパネル等の基板）に衝突する。一旦、ワークピース１１８の格子に埋め込まれると、注入されたイオンは、ワークピースの物理的特性および／または化学的特性を変化させる。このため、イオン注入は、半導体デバイスの製造および金属仕上げ、ならびに材料科学研究における様々な用途に使用されている。
本開示のイオンビーム１１２は、ペンシルビームもしくはスポットビーム、リボンビーム、走査ビーム、またはイオンがエンドステーション１０６に向けられる他の任意の形状など、任意の形状をとることができ、そのような形状はすべて、本開示の範囲内に含まれると考えられる。
例示的な一態様によれば、エンドステーション１０６は、真空チャンバ１２４などの処理チャンバ１２２を備え、処理環境１２６が前記処理チャンバに関連付けられる。処理環境１２６は、一般に、処理チャンバ１２２内に存在し、一例では、前記処理チャンバに結合され、前記処理チャンバを実質的に排気するように構成された真空源１２８（例えば、真空ポンプ）によってもたらされる真空を含む。
例示的なイオン注入システム１０１（例えば、マサチューセッツ州ＢｅｖｅｒｌｙのＡｘｃｅｌｉｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造されたＰｕｒｉｏｎ ＭまたはＰｕｒｉｏｎ Ｈイオン注入システム）を利用する例示的なイオン注入では、３００ｍｍの直径を有するワークピース１１８がイオンビーム１１２に曝される。
一例では、イオン注入装置１０１は、高温イオン注入を提供するように構成され、ワークピース１１８は、チャック１２０上で処理温度（例えば、約３００〜６００℃）まで加熱される。したがって、本実施例では、チャック１２０は、加熱チャック１３０を備えており、当該加熱チャックは、ワークピース１１８を支持し、保持する。ワークピース１１８が保持されている間、ワークピース１１８は、ワークピース１１８がイオンビーム１１２に曝される前、曝されている間、および／または曝された後に、処理チャンバ１２２内でさらに加熱される。
本実施例の加熱チャック１３０は、周囲環境または外部環境１３２（例えば、「大気環境」とも呼ばれる）の周囲温度または大気温度よりもかなり高い処理温度までワークピース１１８を加熱するように構成された静電チャック（ＥＳＣ）を備える。しかしながら、加熱チャック１３０は、ワークピース１１８を、当該加熱チャック１３０に選択的に固定するための機械的クランプ（図示せず）を有するチャックを代替的に備え得ることに留意されたい。
加熱システム１３４がさらに備えられてもよい。当該加熱システムは、加熱チャック１３０を加熱し、その後、加熱チャック１３０上に存在するワークピース１１８を所望の処理温度まで加熱する。加熱システム１３４は、例えば、加熱チャック１３０内に配置された１つ以上のヒータ１３６を介して、ワークピース１１８を選択的に加熱する。
いくつかの高温注入では、ワークピース１１８は、所望の温度に達するまで、処理環境１２６の真空内で、加熱チャック１３０上で「ソーク（soak）」される。あるいは、イオン注入システム１００を通過するサイクル時間を増加させるために、ワークピースは、予熱装置１５２を介して処理チャンバ１２２に動作可能に結合された１つ以上のチャンバ１３８Ａ、１３８Ｂ（例えば、１つ以上のロードロックチャンバ）内で予熱されてもよい。
ツールの構造、プロセス、および所望のスループットに応じて、ワークピース１１８は、予熱装置１５２によって第１温度まで予熱され得る。この場合、前記第１温度は、処理温度以下であり、したがって、真空チャンバ１２４内の加熱チャック１３０における最終的な熱均等化を可能にする。このようなシナリオにより、ワークピース１１８は、処理チャンバ１２２への移送中にいくらかの熱を失い、処理温度への最終的な加熱は、加熱チャック１３０で実施される。
１つ以上のチャンバ（例えば、図１のチャンバ１３８Ａに示される）に関連する予熱装置１５２は、ワークピース１１８を処理チャンバ１２０の、真空の処理環境１２６に運ぶ前に、大気圧の外部環境１３２でワークピース１１８を加熱することができる。場合によっては、ワークピース１１８は、予熱装置１５２上で初期温度（例えば、室温）から所定の第１温度まで加熱されてもよい。
処理中の熱伝達を達成するために、ワークピース１１８の裏側は、加熱チャック１３０と伝導接続（conductive communication）される。この伝導接続は、加熱チャック１３０とワークピース１１８との間の、圧力制御された気体界面（「バックサイドガス（back side gas）」とも呼ばれる）を介して達成される。バックサイドガスの圧力は、例えば、通常、加熱チャック１３０の静電力によって制限され、通常、５〜２０Ｔｏｒｒの範囲に維持され得る。一例では、バックサイドガス界面の厚さ（例えば、ワークピース１１８と加熱チャック１３０との間の距離）は、ミクロンオーダー（典型的には５〜２０μｍ）に制御される。したがって、この圧力レジーム（regime）における分子平均自由行程は、この界面の厚さに対して十分大きくなり、このシステムを遷移レジームおよび分子ガスレジームに進めることができる。
本開示は、いわゆる「高温注入」のためにシステム１００を利用することを意図しており、それによって、加熱チャック１３０は、約３００〜６００℃の高温注入温度まで加熱される。２０〜１００℃の間の温度での準室温注入も同様である。高温注入では、ワークピース１１８は、加熱チャック１３０に配置される前に、ほぼ高温注入温度までさらに予熱されてもよい。予熱されたワークピース１１８は、前記加熱チャック上に装填され、高温注入が実施される。したがって、本開示は、準室温注入および高温注入を実施するために同じ加熱チャック１３０を利用するためのシステムおよび方法を提供する。これにより、従来のシステムでは見られなかった汎用性を提供する。
別の例示的な態様によれば、コントローラ１７０がさらに備えられ、当該コントローラは、加熱システム１３４、予熱装置１５２、および冷却装置を選択的に作動させて、それぞれの上にあるワークピース１１８を選択的に加熱または冷却する。コントローラ１７０は、例えば、以下のように構成され得る。コントローラ１７０は、予熱装置１５２を介してチャンバ１３８Ａ内のワークピース１１８を加熱し、加熱チャック１３０および加熱システム１３４によって、処理チャンバ１２２内で所定の温度までワークピースを加熱し、イオン注入装置１０１によって、前記ワークピースにイオンを注入し、冷却装置１６０によってチャンバ１３８Ｂ内で前記ワークピースを冷却し、そして、ポンプおよびベント１７２、チャンバ１３８Ａの大気側ドア１７４Ａおよび真空側ドア１７６Ａ、チャンバ１３８Ｂの大気側ドア１７４Ｂおよび真空側ドア１７６Ｂ、ならびにワークピース移送装置１７８Ａ、１７８Ｂ（例えば、ワークピースを支持するように構成されたエンドエフェクタ１８０を有するロボット）を制御することで、大気環境１３２と真空環境１２６との間で前記ワークピースを選択的に移送する。
加熱チャック１３０上に置かれる前であるが、ワークピース１１８が真空チャンバ１２４内に持ち込まれた後、ワークピース１１８は、通常、高真空環境に維持され、それによって、熱伝達は、放射によって大部分が支配される。
ここで、本開示のいくつかの態様に従って説明されるように、ワークピース１１８が初期温度（例えば、約２０℃またはほぼ室温）にあり、当該ワークピースの温度が、前記加熱チャックから放出される熱放射によって上昇され得る場合、ワークピース１１８は、ワークピース移送装置１７８Ｂによって、加熱チャック１３０の表面から所定の距離に有利に配置され得る。加熱チャック１３０から放出される熱放射によってワークピース１１８の温度を上昇させることによって、本開示は、当該ワークピースと当該加熱チャックの表面との間の所定の距離にわたって放射熱を拡散させることにより、当該ワークピースの全体にわたり比較的均一な温度を提供する。
この開示をより良く理解するために、比較的低温のワークピース１１８（例えば、室温または約２０℃）が、加熱チャック１３０上に配置され、クランプされる場合、加熱チャック１３０が実質的に高温（例えば、１０００℃）であるときには、種々の有害な問題が存在し得ることを、まず理解すべきである。例えば、ワークピース１１８（例えば、室温）を、加熱チャック１３０（例えば、実質的により高い温度）上に配置すると、当該ワークピースが当該加熱チャックにクランプされたときに、当該ワークピースの反り（「ポテトチッピング（potato chipping）」）、亀裂、または他の損傷をもたらし得る熱応力を、当該ワークピースに対してもたらし得る。
例えば、ワークピース１１８が加熱チャック１３０に迅速にクランプされる場合、当該ワークピースは、通常、熱膨張することができない。このような膨張における制限は、例えば、応力および破損、ワークピース１１８全体における熱不均一性、ならびに当該ワークピースに対する「衝撃」である熱応力に関連する様々な他の問題につながる可能性がある。
しかしながら、本開示は、ワークピース１１８を、加熱チャック１３０の表面上に配置する前に、加熱チャック１３０（例えば、機械的クランプチャックまたは静電クランプチャック）をワークピース１１８の予熱源として有利に利用するため、本開示は従来のシステムとは異なる。一態様によれば、ワークピース移送装置１７８Ｂのエンドエフェクタ１８０は、例えば、図２に示すように、加熱チャック１３０の表面１８４上、所定の距離１８２（例えば、約１０ｍｍ）にワークピース１１８を支持するように有利に構成される。ワークピース１１８と加熱チャック１３０の表面１８４との間の所定の距離１８２は、例えば、予熱の速度、熱吸収の速度、および当該加熱チャックの１つ以上のヒータ１３６から放出される放射１８６を介した、加熱チャックとワークピースとの間の関連する熱伝達を変化させるために、変更することができる。したがって、加熱チャック１３０からの放射熱伝達は、ワークピース１１８を加熱するように構成されており、それにより、当該ワークピースは、その熱膨張係数（ＣＴＥ）に基づいて、エンドエフェクタ１８０上に載置されている間に、熱的に成長または膨張することが可能となる。
従来、ワークピースは、加熱チャックの表面に直接配置され、それにより、ワークピースの熱膨張は、把持と解放の順で適応される。例えば、従来のワークピースは、チャックの表面に配置され、クランプされ、当該ワークピースは、チャックによって加熱される。ワークピースを膨張させるために、加熱チャックは、ワークピースのクランプを解放し、その後、前記膨張の後に、当該ワークピースを加熱チャック上に再びクランプする。このようなクランプと解放のサイクルは、所望の温度に達するまで繰り返され、時間がかかるだけでなく、粒子汚染にもつながり得る。例えば、ワークピースが完全に平坦でない場合、チャックへのワークピースのクランプは困難であるか、またはワークピースが破損する可能性がある。またはそうでなければ、そのようなクランプおよび解放のサイクルと同時に汚染粒子を引き起こす可能性がある。
したがって、本開示によれば、図２に示すように、加熱チャック１３０の表面１８４の上方の所定の距離１８２でワークピース１１８を放射予熱することによって、ワークピース全体にわたる加熱のより良好な均一性を達成することができる。これは、当該ワークピースと当該加熱チャックの表面との間の形態係数が、熱源（例えば、加熱チャック）からさらに離れていることに起因している。一般に、放射熱伝達は、熱源と加熱される物体との間の温度差と、その物体が熱源に対して有するビュー（view）（形態係数（view factor）として知られている）によって推進される。このような形態係数は、例えば、０から１の範囲である。例えば、ワークピース１１８が熱源の背後にあるか、そうでなければ熱源から遮断されている場合、形態係数はゼロになる。ワークピース１１８が加熱チャック１３０（熱源）の表面１８４上に置かれている場合、例えば、その熱源からの全ての熱がワークピースに伝達されるので、形態係数は１（例えば、１：１）である。ワークピース１１８が、加熱チャック１３０から所定の距離１８２（例えば、１０ｍｍ）だけ離れて配置されている場合、いくらかの熱がワークピースに伝達される一方、いくらかの熱は側面１８７に放射され、ワークピース１１８に伝達されない。例えば、所定の距離１８２が、チャックから１０ｍｍ、１５ｍｍ、または３０ｍｍと変化しながら離れる場合、ワークピース１１８への熱伝達速度は、それに応じて制御され得る。
いくつかの状況では、いわゆる「ホットスポット」が加熱チャック１３０上に存在する場合がある。この場合、加熱チャック１３０の中央などのホットスポット位置１８８は、加熱チャック１３０の残りの部分よりも高温（例えば、３０℃）であり得る。ワークピース１１８が、ワークピース１１８の加熱中にそのようなホットスポットを有する加熱チャック１３０の表面１８４上に直接配置される場合、当該ホットスポットに関連する熱は、ワークピース１１８に直接伝達され、関連する温度の差異が、有害な熱応力を引き起こす可能性がある。しかし、本開示によれば、ワークピース１１８が、そのようなホットスポット位置１８８を有する加熱チャック１３０から所定の距離１８２だけ離れて保持される場合、そのホットスポットからの熱は、有利に拡散される。ワークピース１１８は、形態係数に起因して、表面１８４上に直接存在する場合よりも所定の距離１８２の分あまり加熱されないが、ワークピースを加熱チャックに近づけることによって形態係数を増加させることで、ワークピースの温度をより高い予熱温度にすることができる。
一例では、所定の距離１８２は、変更することができる。これにより、ワークピース１１８を加熱チャック１３０から複数の所定の距離に配置して、当該ワークピースの加熱をさらに制御することができる。例えば、ワークピース１１８は、最初に、加熱チャック１３０の表面１８４から所定の距離１８２（例えば、約３０ｍｍ）に配置することができ、この所定の距離は、ゆっくりと（例えば、約２〜３ｍｍまで）減少させることができる。したがって、熱衝撃を最小限に抑えることができる。ワークピース１１８のこのような位置決めは、比較的低い温度（例えば、室温）から、加熱チャック１３０の７００℃の表面にワークピース１１８を直接配置するよりも有利である。
したがって、本開示は、加熱チャック１３０に関連するホットスポットを有利に緩和し、（例えば、形態係数の変動によって不均一性を低減することによって）ワークピース１１８全体にわたる熱均一性を補助し、以前に経験された熱成長に起因するクランプ応力を補助することが理解されるであろう。ホットスポット位置（例えば、３０℃の差）は、ワークピース１１８の伝導性により、さらに有利に拡散され、緩和されてもよい。
ワークピース１１８は、例えば、図１のワークピース移送装置１７８Ｂ（例えば、ロボット）により、エンドエフェクタ１８０によって保持することができる。エンドエフェクタ１８０は、図２に示されるように、ワークピース１１８が重力によって当該エンドエフェクタ上に載置される、トレイまたは他のスタイルの受動的把持機構を備えてもよい。例えば、ワークピース１１８は、エンドエフェクタに関連する３つ以上のピン１９０上に載置されてもよい。この例では、エンドエフェクタ１８０には軸方向グリッパがない。これによって、ワークピース１１８は、半径方向および軸方向の両方に自由に膨張することができる。例えば、エンドエフェクタ１８０による唯一の拘束度（例えば、ワークピース１１８とピン１９０との間の接触を強制する重力）と、ワークピースの動きの残りの２つの自由度とを有することにより、ワークピースは、有害な結果を生じることなく膨張することができる。
この実施例では、加熱チャック１３０は、ワークピース１１８の垂直下方に配置される。当該ワークピースは、エンドエフェクタ１８０によってその外周の下で保持される。これにより、張り出し部（overlap）１９２が、前記ワークピースと加熱チャック１３０との間に提供される。例えば、加熱されると、ワークピース１１８は、半径方向（及び軸方向）に有利に膨張することができる。
したがって、本開示によれば、エンドエフェクタ１８０は、ワークピース１１８の選択的な加熱のために、加熱チャック１３０の表面１８４から所定の距離１８２でワークピース１１８を操作し、配置するように構成される。所定の距離１８２は、例えば、ワークピース１１８で受け取られるべき、加熱チャック１３０からの所望の放射放出に従って変化させることができる。一例では、所定の温度上昇の後および／または所定の時間が経過した後、ワークピース１１８を、加熱チャック１３０の表面１８４上に直接配置し、そこに選択的にクランプすることができる。例えば、図１の予熱装置１５２を、必要に応じて利用してもよい。例えば、予熱装置１５２は、加熱チャック１３０から所定の距離１８２に配置される前に、ワークピースを所定の量だけ予熱するために利用されてもよい。あるいは、予熱装置１５２は、図２に示される加熱チャック１３０の表面１８４から所定の距離１８２に選択的に配置される前に、排除されてもよく、排除されない場合、ワークピース１１８を加熱するのに利用されなくてもよい。
例えば、加熱チャック１３０から所定の距離１８２にワークピース１１８を配置することは、「ソーク」と考えることができる。すなわち、当該ワークピースは、当該加熱チャックより上で、しばらくソークされ得る。このようなソークは、加工前のワークピース１１８自体の均一な温度を確立するために利用することができる。
本開示は、ワークピース１１８が、加熱チャック１３０の表面１８４から取り外されるとき（例えば、ワークピース１１８中にイオンを注入した後）、当該ワークピースを当該加熱チャックから所定の距離１８２に同様に配置することをさらに企図する。これにより、熱の不均一性を、ワークピース１１８の冷却中に、上述したのとは逆の方法で、さらに緩和することができる。
別の例では、所定の距離１８２および／または当該所定の距離で費やされる時間の変化が企図される。例えば、利用される異なる所定の距離（例えば、１０ｍｍおよび３０ｍｍ）の代わりに、加熱チャック１３０に向かうかまたは加熱チャック１３０から離れる、ワークピース１１８の移動速度（例えば、通常連続的な移動）が企図される。この速度は、例えば、５秒毎に１ｍｍ、または所望の熱移動およびワークピースのスループットに適切な任意の他の速度である。したがって、時間に伴う所定の距離１８２の変化の任意の組み合わせ、ならびに連続した速度または可変速度が企図され、速度、時間、および／または変化率の決定は、各ワークピース１１８および／または当該ワークピースの材料要素構成に対して特徴付けられ得る。さらに、例えば、図１のコントローラ１７０は、加熱チャック１３０に対するワークピース１１８のそのような配置および／または運動を提供するように適切に構成されることに留意されたい。
したがって、本開示は、加熱チャック（例えば、ＥＳＣまたは他のクランププレート）上でクランプされ、加熱されたときに、ワークピースの熱成長に対して従来伴っていた、ワークピース１１８における応力を有利に最小化する。したがって、本開示は、ワークピース１１８が、その後の処理のために加熱チャック１３０にクランプされる前に、熱膨張することを可能にする。本開示は、温度傾斜率をさらに低減する。この温度傾斜率は、上述のように、低減しなければ、ワークピース１１８に熱不均一性および熱応力または破損を引き起こし得る。さらに、本開示は、形態係数を有利に制御して、「ホットスポット」を低減し、その加熱中にワークピース１１８全体にわたってエネルギーをより均一に分散させる。
本開示の別の態様によれば、加熱チャック１３０を、ロードロックチャンバ１３８Ａまたはシステム１０１の他の場所に配置された、独立した予熱装置１５２を有する代わりに、またはそれに加えて、処理チャンバ１２２の内側または近傍に配置された予熱ステーションとして利用することができる。例えば、複数の加熱チャック１３０を、図１の処理チャンバ１２２内に実装することができ、それによって、１つ以上のワークピース１１８の加熱を、上述の有害な効果なしに達成することができる。したがって、システムに伴うコストを有利に低減することができる。
大気中で従来の予熱が実行される場合には時間及び温度などの変数が制限されるという点で、本開示は、ロードロックチャンバ１３８Ａ内に配置された独立した予熱装置１５２を介して、従来単独で実施されていた予熱よりも更に有利である。高温処理の前にワークピース１１８を予熱するための供給源として真空環境１２６内の加熱チャック１３０を利用することにより、図２の所定の距離１８２によって、当該ワークピースの加熱の付加的な制御が有利に提供される。
さらに、本開示はまた、スループットを増加させるためにロードロックチャンバ１３８Ａ内でワークピース１１８を予熱することを企図しつつ、本明細書で開示される加熱チャック１３０におけるワークピースの予熱により、均一性が有利に増大し、当該ワークピースに対する熱衝撃が軽減される。したがって、炭化ケイ素を含むワークピース、または炭化ケイ素からなるワークピースなど、様々な組成のワークピース１１８を処理する際に、有意で付加的な利点を実現することができる。
本開示はさらに、ワークピースを加熱し、ワークピースにわたって実質的に均一な熱特性を提供するために、図３の方法２００を提供する。例示的な方法が、本明細書では一連の動作または事象として図示および説明されているが、本開示は、いくつかの工程が、本開示に従って、本明細書で図示および説明されたものとは別の異なる順序で、および／または他の工程と同時に起こり得るために、そのような動作または事象の図示された順序に限定されないことが理解されるであろうことに留意されたい。さらに、本開示による方法を実施するために、図示されたすべての工程が必要とされるわけではない。さらに、当然のことながら、これらの方法は、本明細書で図示されかつ説明されたシステムに関連して、また、図示されていない他のシステムとも関連して実行されてもよい。
図３に示すように、方法２００は、動作２０２で開始する。前記ワークピースは、設定可能な所定の距離で設定可能な所要時間、真空内の熱源を考慮して配置される。前記ワークピースが前記所定の距離に存在しているときの形態係数および時間は、当該ワークピースが吸収することができる熱エネルギーの量に関連しており（例えば、直接関連し）、それにより、動作２０４において当該ワークピースに温度上昇がもたらされる。温度上昇の速度は、例えば、熱源と前記ワークピースとの間の所定の距離、および当該所定の距離における時間に基づいて変化する。
前記ワークピースは、例えば、動作２０６においてチャック面に直接配置される前に、所定の温度まで到達することができ、したがって、熱膨張の一部を、拘束されていない状態でさせることができる。動作２０４におけるそのような加熱、および動作２０６における配置により、前記ワークピースはそれ自体の内部で熱を伝導するためのさらなる時間が許容され、それにより、熱均一性をより良好にし、かつ前記加熱チャック上の潜在的なホットスポットによって引き起こされる熱応力をより低くすることができる。
動作２０８では、高温でのイオン注入などの処理がワークピースに対して実施される。
本開示は、特定の好ましい実施形態に関して示され、説明されてきたが、本明細書および添付の図面を読んで理解すると、同等の変更および改変が、他の当業者に想起されることは明らかである。特に、上述の構成要素（アセンブリ、デバイス、回路など）によって実行される様々な機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用される用語（「手段」への言及を含む）は、本開示の図示された例示的な実施形態の中でその機能を実行する、開示された構造と構造的に等価ではないが、別段の指示がない限り、説明された構成要素の特定の機能を実行する任意の構成要素（すなわち、機能的等価物）に対応するか、そうでなければ示差することを企図される。さらに、本開示の特定の特徴は、いくつかの実施形態のうちの１つだけに関して開示されているが、このような特徴は、任意の所与用途または特定の用途にとって、望ましく、有利であり得るように、他の実施形態の１つ以上の他の特徴と組み合わせることができる。

Claims (20)

  1. ワークピース処理システムであって、
    真空チャンバと、
    前記真空チャンバに動作可能に連結されている第１チャンバと、
    前記真空チャンバ内に配置される加熱チャックと、
    ワークピース移送装置と、
    コントローラと、を含んでおり、
    前記加熱チャックは、当該加熱チャックのクランプ面にワークピースを選択的にクランプし、
    前記加熱チャックは、前記クランプ面を選択的に加熱し、
    前記ワークピース移送装置は、前記ワークピースを選択的に支持するエンドエフェクタを有しており、
    前記ワークピースは、前記エンドエフェクタ上に載置され、
    前記ワークピース移送装置は、前記加熱チャックと前記第１チャンバとの間で前記ワークピースを選択的に移送し、
    前記コントローラは、前記ワークピース移送装置を制御することによって、前記加熱チャックに対して前記ワークピースを選択的に配置し、
    前記コントローラは、前記クランプ面から所定の距離に前記ワークピースを配置し、
    前記所定の距離は、前記ワークピースが前記加熱チャックから受ける放射線の量を概ね決定し、
    前記コントローラは、前記ワークピース移送装置を制御することによって、前記加熱チャックの表面に、前記ワークピースを選択的に配置する、ワークピース処理システム。
  2. 前記コントローラは、前記ワークピースが前記所定の距離に配置されるまでの所要時間を制御する、請求項１に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、前記ワークピースの所望の温度プロファイルおよび前記加熱チャックの所定の温度プロファイルのうちの１つ以上に基づいて、前記所定の距離および前記所要時間のうちの１つ以上を選択的に変更するように構成される、請求項２に記載のワークピース処理システム。
  4. 前記ワークピースへとイオンビームを導くイオン注入システムをさらに含む、請求項１に記載のワークピース処理システム。
  5. 前記加熱チャックは、前記加熱チャック内に埋め込まれた１つ以上の放射ヒータを含む、請求項１に記載のワークピース処理システム。
  6. 前記加熱チャックは、前記ワークピースを所定の処理温度まで加熱する、請求項１に記載のワークピース処理システム。
  7. 前記所定の処理温度は、約１００℃〜約１２００℃の範囲である、請求項６に記載のワークピース処理システム。
  8. イオン注入システムにおいてワークピースを予熱するための方法であって、前記方法は、
    第１温度の第１位置から、チャンバ内の加熱チャックの表面に近接する所定の位置まで、前記ワークピースを移送する工程と、
    前記加熱チャックから熱放射を放出することにより、前記ワークピースが、前記所定の位置で、前記加熱チャックからの熱放射に曝される工程と、
    前記ワークピースを、所定の時間に亘り前記所定の位置に維持することにより、前記ワークピースの温度を第２温度まで上昇させる工程と、
    前記ワークピースを、前記加熱チャックの表面に配置する工程と、
    前記ワークピースにイオンを注入する工程と、を含む、方法。
  9. 前記ワークピースを、前記加熱チャックの表面に静電的にクランプする工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。
  10. １つ以上の機械的クランプによって、前記ワークピースを前記加熱チャックの表面に、機械的にクランプする工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。
  11. 前記第１位置から、前記加熱チャックの表面に近接する前記所定の位置まで、前記ワークピースを移送する工程は、前記ワークピースを、第１環境から前記チャンバ内の真空環境まで移送する工程をさらに含む、請求項８に記載の方法。
  12. 前記所定の位置は、前記加熱チャックの表面から所定の距離に配された位置を含む、請求項８に記載の方法。
  13. 前記加熱チャックの１つ以上の放射特性に基づいて、前記所定の距離を決定する工程をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記加熱チャックは、当該加熱チャックの表面を横切る可変放射プロファイルを有し、
    前記所定の距離を決定する工程は、前記ワークピースと前記加熱チャックの表面との間の形態係数を決定する工程を含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 前記第１温度は、約１００℃未満であり、前記第２温度は、約３００℃よりも高い、請求項８に記載の方法。
  16. 前記第１温度は、約２０℃〜１００℃の範囲であり、前記第２温度は、約３００℃〜６００℃の範囲である、請求項８に記載の方法。
  17. イオン注入システムにおいてワークピースを予熱するための方法であって、前記方法は、
    第１温度の第１位置から、チャンバ内の加熱チャックの表面から所定の距離に配された所定の位置まで、前記ワークピースを移送する工程と、
    前記加熱チャックから熱放射を放出することにより、前記ワークピースが、前記所定の位置で、前記加熱チャックからの熱放射に曝される工程と、
    前記ワークピースを、所定の時間に亘り前記所定の位置に維持することにより、前記ワークピースの温度を第２温度まで上昇させる工程と、
    前記ワークピースを、前記加熱チャックの表面に配置する工程と、
    前記ワークピースにイオンを注入する工程と、を含む、方法。
  18. 前記ワークピースの所望の温度プロファイルおよび前記加熱チャックの所定の温度プロファイルのうちの１つ以上に基づいて、前記所定の距離および前記所定の時間のうちの１つ以上を変更する工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記ワークピースを前記加熱チャックの表面に配置した後に、前記ワークピースを前記加熱チャックの表面に静電的にクランプする工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
  20. 前記ワークピースを、ロードロックチャンバ内で前記第１温度まで加熱する工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
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