JP6599374B2 - 高処理能力の加熱イオン注入システムおよび方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (28)
- 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、選択的な流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、選択的な流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、次いで、前記コントローラは、その後に前記処理室へと加工品を輸送するために、前記第1室を真空圧力まで排気させるように動作可能であり、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。 - 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。 - 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流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流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2に記載のイオン注入システム。 - 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3に記載のイオン注入システム。
- 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。
- 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。 - 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冷却流体は、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6に記載のイオン注入システム。
- 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冷却流体は、加工品を第2温度まで実質的に冷却する、請求項7に記載のイオン注入システム。
- 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。
- 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9に記載のイオン注入システム。
- 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10に記載のイオン注入システム。
- 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9に記載のイオン注入システム。
- 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。
- 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。
- 前記セラミックの蓋は、炭化ケイ素から成る、請求項14に記載のイオン注入システム。
- 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。
- 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16に記載のイオン注入システム。
- 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16に記載のイオン注入システム。
- 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。
- 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冷却流体は、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。
- 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。
- 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。
- 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、選択的な流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、選択的な流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、次いで、前記コントローラは、その後に前記真空環境へと加工品を輸送するために、前記第1室を真空圧力まで排気させ、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。 - 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、
前記第1のロードロック室を真空圧力まで排気して、前記真空環境へと加工品を輸送するステップと、
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。 - 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24に記載の高温イオン注入方法。
- 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24に記載の高温イオン注入方法。 - 前記第1温度は、前記処理温度よりも低い、請求項26に記載の高温イオン注入方法。
- 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26に記載の高温イオン注入方法。
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