KR102126367B1 - 진공식 고속 예냉 스테이션 및 후열 스테이션 - Google Patents

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Abstract

이온 주입 시스템은 냉각된 척 상에 프로세스 챔버의 진공 환경에 위치된 피가공재에 이온들을 제공한다. 프로세스 챔버 내의 예냉 스테이션은, 피가공재를 제 1 온도로 냉각하도록 구성된 냉각된 피가공재 서포트를 가지며, 프로세스 챔버 내의 후열 스테이션은 피가공재를 제 2 온도로 가열하도록 구성된 가열된 피가공재 서포트를 갖는다. 제 1 온도는 프로세스 온도보다 낮으며, 제 2 온도는 외부 온도보다 높다. 피가공재 전달 아암은 척, 로드 록 챔버, 예냉 스테이션 및 후열 스테이션 중 2 개 또는 그 초과 사이에서 2 개 또는 그 초과의 피가공재들을 동시에 전달하도록 추가로 구성된다.

Description

진공식 고속 예냉 스테이션 및 후열 스테이션{IN-VACUUM HIGH SPEED PRE-CHILL AND POST-HEAT STATIONS}
본 발명은 일반적으로 이온 주입(ion implantation) 시스템들에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 이온 주입 시스템에서 피가공재(workpiece)에 결로(condensation)가 형성되는 것을 방지하는 것에 관한 것이다.
정전식 클램프들 또는 정전식 척들(ESC들)은 종종, 이온 주입, 식각(etching), 화학 기상 증착(CVD) 등과 같은 플라즈마-기반 또는 진공-기반 반도체 프로세스들 동안 피가공재들 또는 기판들을 클램핑하기 위해 반도체 산업에서 활용된다. ESC들의 클램핑 능력들뿐만 아니라 피가공재 온도 제어는 반도체 기판들 또는 실리콘 웨이퍼들과 같은 웨이퍼들을 처리하는 데에 상당히 가치있는 것으로 증명되었다. 예를 들어, 통상적인 ESC는 전도성 전극 위에 위치된 유전체 층을 포함하며, 반도체 웨이퍼는 ESC의 표면 상에 배치된다(예를 들어, 웨이퍼는 유전체 층의 표면 상에 배치된다). 반도체 처리(예를 들어, 이온 주입) 중, 웨이퍼와 전극 사이에 클램핑 전압이 통상적으로 인가되며, 웨이퍼는 정전력(electrostatic force)들에 의해 척 표면과 맞닿게 클램핑된다.
특정 이온 주입 프로세스들 동안, ESC의 냉각을 통해 피가공재를 냉각시키는 것이 바람직하다. 그러나, 피가공재가 프로세스 환경(예를 들어, 진공 환경)의 저온의 ESC로부터 외부 환경(예를 들어, 더 높은 압력, 온도, 및 습도의 환경)으로 전달되는 경우, 더 낮은 온도에서, 피가공재 상에 결로가 형성될 수 있거나, 심지어 대기중에 있는 물이 피가공재의 표면 상에서 동결될 수 있다. 예를 들어, 피가공재로 이온들을 주입한 후, 피가공재는 통상적으로 로드 록 챔버로 전달되고, 로드 록 챔버는 이후에 통기된다(vented). 로드 록 챔버가 개방되고 로드 록 챔버로부터 피가공재가 제거될 경우, 피가공재는 통상적으로 주위 대기(예를 들어, 대기압에서 따뜻한, "습한" 공기)에 노출되고, 피가공재 상에 결로가 발생할 수 있다. 이 결로는 입자들을 피가공재 상에 퇴적시킬 수 있고/있거나 피가공재 상에 잔여물들을 남길 수 있는데, 이는 (예를 들어, 활성(active) 영역들 상의) 전면쪽 입자들에 대해 불리한 영향을 줄 수 있고, 결함들과 제조 손실들을 유발할 수 있다.
피가공재의 가열은, 결로의 부정적인 영향들을 완화시키기 위한 시도를 위해서 실행될 수 있지만; 이러한 가열은 웨이퍼 전달 이전에, 미리 정해진 온도에 도달하도록 ESC 상에서 시간 주기 동안 피가공재를 종종 "침지시킨다(soak)". 긴 침지 시간들은 보편적으로, 이온 주입 시스템에서 피가공재 처리량에 악영향을 미친다.
따라서, "건식" 또는 진공식 환경과 "습식" 또는 대기 환경 사이에서 냉간(cold) 피가공재를 전달하는 경우에, 피가공재 처리량을 개선하면서 피가공재 상의 결로를 완화시키는 장치, 시스템 및 방법에 대한 요구가 종래 기술에 존재한다.
본 발명은 냉각 이온 주입 시스템에서 피가공재 상의 결로를 완화시키고 냉각된 이온 주입 시스템에서 프로세스 처리량을 합리적으로 유지하기 위한 시스템, 장치, 및 방법을 제공함으로써 종래 기술의 제한들을 극복한다. 따라서, 이하, 본 발명의 일부 양태들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 개시물의 단순화된 요약을 제공한다. 이 요약은 본 발명의 광범위한 개관이 아니다. 이는 본 발명의 핵심 또는 중요 요소들을 식별하려는 의도도 본 발명의 범위를 한정하려는 의도도 아니다. 본 발명의 목적은 이후에 제공되는 보다 상세한 설명에 대한 서두로서 간략화된 형태로 본 발명의 일부 개념들을 제시하는 것이다.
본 개시물에 따르면, 이온들을 저온 피가공재로 주입하기 위한 이온 주입 시스템이 제공된다. 이온 주입 시스템은, 예를 들어, 복수의 이온들을 프로세스 챔버 내에 위치된 피가공재로 제공하도록 구성된 이온 주입 장치를 포함하며, 프로세스 챔버는 프로세스 챔버와 연관된 프로세스 환경을 갖는다. 일례로, 극저온으로 냉각된 정전식 척과 같은 주위 온도 이하의 온도를 갖는 척은 피가공재를 복수의 이온들에 대해 노출시키는 동안 프로세스 챔버 내에서 피가공재를 지지하도록 구성된다. 극저온 척은 추가로 피가공재를 처리 온도로 냉각시키도록 구성되며, 프로세스 온도는 외부 환경의 이슬점 미만이다.
일 실시예에 따르면, 로드 록 챔버가 제공되며, 로드 록 챔버는 프로세스 챔버에 작동가능하게 커플링되며, 프로세스 환경을 외부 환경으로부터 격리시키도록 구성된다. 로드 록 챔버는, 프로세스 챔버와 중간 챔버 사이에서 피가공재를 전달하는 동안 피가공재를 지지하도록 구성된 피가공재 서포트를 더 포함한다.
예냉 스테이션은 프로세스 챔버 내에 추가로 위치되며, 여기서 예냉 스테이션은 피가공재를 제 1 온도로 냉각하도록 구성된 냉각된 피가공재 서포트(support)를 포함한다. 일 예에서, 제 1 온도는 프로세스 온도보다 상당히 낮다. 예컨대, 예냉 스테이션은 피가공재를 지지하고 피가공재를 제 1 온도로 냉각하도록 구성된 냉각 플레이트를 포함한다. 다른 예에서, 예냉 스테이션은, 피가공재의 주변부를 지지하도록 구성된 예냉 가스 밀봉 링, 냉각된 피가공재 서포트 상에 피가공재의 위치를 유지하도록 구성된 예냉 클램프, 및 피가공재와 냉각된 피가공재 서포트의 표면 사이에 규정된 가스 냉각 공간 사이에 예냉 가스를 제공하도록 구성된 예냉 가스 소스를 더 포함한다. 예컨대, 예냉 가스의 압력은, 일반적으로 피가공재의 냉각을 결정한다.
후열 스테이션이 또한 프로세스 챔버 내에 위치되며, 여기서 후열 스테이션은 피가공재를 제 2 온도로 가열하도록 구성된 가열된 피가공재 서포트를 포함한다. 예컨대, 후열 스테이션은 피가공재를 지지하고 피가공재를 제 2 온도로 가열하도록 구성된 가열 플레이트를 포함하는 가열 스테이션 서포트를 포함한다. 다른 예에서, 후열 스테이션은, 피가공재의 주변부를 지지하도록 구성된 후열 가스 밀봉 링, 가열된 피가공재 서포트 상에 피가공재의 위치를 유지하도록 구성된 후열 클램프, 및 피가공재와 가열된 피가공재 서포트의 표면 사이에 규정된 가스 가열 공간 사이에 후열 가스를 제공하도록 구성된 후열 가스 소스를 더 포함한다. 이에 따라, 후열 가스의 압력은 일반적으로 피가공재의 가열을 결정한다.
일 예에서, 척은 진공 챔버 내에서 로드 록 챔버에 정반대이며, 예냉 스테이션은 진공 챔버 내에서 후열 스테이션에 정반대이다.
다른 예시적 양태에서, 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션은 프로세스 챔버 내에 위치되며, 여기서 상기 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션은 피가공재가 제 1 온도에 있을 때 피가공재를 지지하도록 구성된 냉간 피가공재 서포트를 포함한다. 가열된 피가공재 홀딩 스테이션은 프로세스 챔버 내에 추가로 위치될 수 있으며, 여기서 상기 가열된 피가공재 홀딩 스테이션은 피가공재가 제 2 온도에 있을 때 피가공재를 지지하도록 구성된 핫(hot) 피가공재 서포트를 포함한다. 다른 예에서, 척은 로드 록 챔버에 정반대이며, 예냉 스테이션은 후열 스테이션에 정반대이고, 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션은 진공 챔버 내에서 가열된 피가공재 홀딩 스테이션에 정반대이다.
개시물의 다른 예시적 양태에 따르면, 피가공재 전달 아암은 척, 로드 록 챔버, 예냉 스테이션 및 후열 스테이션 중 2 개 또는 그 초과 사이에서 2 개 또는 그 초과의 피가공재들을 동시에 전달하도록 구성된다. 예컨대, 피가공재 전달 아암은, 서로 대략 90도로 위치된 피가공재 전달 클램프들의 2 쌍들을 포함하며, 여기서 피가공재 전달 클램프들의 각 쌍은 서로에 대해 정반대이다. 피가공재 전달 클램프들의 각 쌍은, 피가공재 전달 아암의 회전 위치에 기초하여, 척 및 로드 록 챔버로부터, 예냉 스테이션 및 후열 스테이션으로부터, 및/또는 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션 및 가열된 피가공재 홀딩 스테이션으로부터 피가공재를 동시에 파지하거나(grasp) 해제하도록 구성된다.
제어기가, 적어도 부분적으로 소망하는 프로세스 처리량에 기초하여, 제 1 온도 및 제 2 온도를 결정하도록 추가로 구성될 수 있다. 예컨대, 온도 감시 시스템이, 예냉 스테이션 및 후열 스테이션에서 피가공재의 온도를 측정하도록 구성된다. 이에 따라, 제어기는, 적어도 부분적으로 피가공재의 측정된 온도에 기초하여, 피가공재의 제 1 온도로의 냉각 및 피가공재의 제 2 온도로의 가열을 제어하도록 추가로 구성된다.
개시물의 다른 예시에 따르면, 대기 이하 온도들에서 피가공재 내로 이온들을 주입하는 방법이 제공된다. 피가공재는, 외부 온도 및 외부 압력에서 외부 환경으로 제공되고 외부 환경으로부터 로드 록 챔버로 전달된다. 로드 록 챔버 내의 압력은, 실질적인 진공으로 낮춰지며, 피가공재는 로드 록 챔버로부터 냉각을 위해서 예냉 스테이션으로 전달된다. 예컨대, 예냉 스테이션은 프로세스 온도보다 낮아 피가공재를 신속하게 냉각하는 제 1 온도로 냉각된다. 이후, 피가공재는 예냉 스테이션으로부터 프로세스 온도로 냉각되는 척으로 전달된다.
이온들이 이온 주입 장치를 통해 피가공재 내로 주입되며, 피가공재는 후속하여 진공 환경 내에서 척으로부터 후열 스테이션으로 전달된다. 피가공재는, 후열 스테이션에서 가열되며, 여기서, 후열 스테이션은 외부 온도보다 높은 제 2 온도로 가열되며, 그 내부에서 피가공재를 신속하게 가열한다. 이후, 피가공재는 후열 스테이션으로부터 로드 록 챔버로 전달되고, 로드 록 챔버 내의 압력은 외부 압력으로 증가되고, 피가공재는 로드 록 챔버로부터 제거된다.
일 예에서, 로드 록 챔버로부터 예냉 스테이션으로 피가공재를 전달하는 것은, 척으로부터 후열 스테이션으로 다른 피가공재를 동시에 전달하는 동안 발생한다. 이와 같이, 다른 예에서, 예냉 스테이션으로부터 척으로 피가공재를 전달하는 것은, 후열 스테이션으로부터 로드 록 챔버로 다른 피가공재를 동시에 전달하는 동안 발생한다.
다른 예에서, 예냉 스테이션으로부터 척으로 피가공재를 전달하는 것은, 예냉 스테이션으로부터 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션으로 피가공재를 전달하는 것 그리고 이후 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션으로부터 척으로 피가공재를 전달하는 을 포함하는 한편, 후열 스테이션으로부터 로드 록 챔버로 피가공재를 전달하는 것은, 후열 스테이션으로부터 가열된 피가공재 홀딩 스테이션으로 피가공재를 전달하는 것 그리고 이후 가열된 피가공재 홀딩 스테이션으로부터 로드 록 챔버로 피가공재를 전달하는 것을 포함한다. 이러한 전달들은 논리적이며 처리량에 민감한 방식으로 피가공재 전달 아암을 통해서 4 개의 피가공재들의 동시 전달들을 허용한다.
상기 요약은 단지 본 발명의 일부 실시형태들의 몇몇 특징들의 간략한 개요를 제공하려는 것이고, 다른 실시형태들은 상기 언급된 것들 외에 추가적인 그리고/또는 상이한 특징들을 포함할 수 있다. 특히, 이 요약은 본 출원의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 따라서, 상기 목적과 관련 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하에 기술되고 특히 청구 범위에서 지적되는 특징들을 포함한다. 다음의 설명 및 첨부된 도면들은 본 발명의 특정한 예시적인 실시형태들을 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 실시형태들은 본 발명의 원리들이 사용될 수 있는 다양한 방법들 중 몇 가지를 나타낸다. 본 발명의 다른 목적들, 이점들 및 신규한 특징들은, 도면들과 함께 고려될 때 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 개시물의 여러 양태들에 따른 이온 주입 시스템을 포함하는 예시적 진공 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 개시물의 다른 양태에 따른 예시적 예냉(pre-chill) 스테이션의 단면도이다.
도 3은 본 개시물의 또다른 양태에 따른 예시적 후열(post-heat) 스테이션의 단면도이다.
도 4는 본 개시물의 또다른 예시적 양태에 따른 프로세스 챔버를 예시한다.
도 5a 및 도 5b는 본 개시물의 또다른 양태에 따른, 각각의 개방 및 폐쇄 위치들에서의 예시적 피가공재 전달 아암을 예시한다.
도 6은 본 개시물의 다른 양태에 따른 다른 예시적 프로세스 챔버의 개략도이다.
도 7은 본 개시물의 다른 양태에 따른 냉각된(chilled) 이온 주입 시스템을 통한 피가공재들의 예시적 유동을 예시한다.
도 8은 또다른 양태에 따른 주위 온도 이하의 온도에서 피가공재 내로 이온들을 주입하기 위한 방법론을 예시한다.
본 개시물은 일반적으로, 피가공재 상에서 결로를 완화시키고 냉각된 이온 주입 시스템에서 프로세스 처리량을 합리적으로 유지하기 위한 시스템, 장치, 및 방법에 대해 지향된다. 이에 따라, 본 발명은 이하, 도면들을 참조하여 설명될 것이며, 여기서 동일한 도면 부호들은 전체에서 동일한 요소들을 언급하는데 사용될 것이다. 이러한 양태들의 설명은, 단지 예시적인 것이며 이들이 제한의 관점에서 해석되어서는 안 된다는 점이 이해되어야 한다. 하기 설명에서, 설명의 목적들로, 다양한 특정 상세들이 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 설명된다. 그러나, 본 발명이 이러한 특정 상세들 없이 실현될 수 있음이 당업자에게 자명할 것이다. 게다가, 본 발명의 범주는, 첨부 도면들을 참조하에 이하에 설명된 실시예들 또는 예시들에 의해 제한하려는 것이 아니라, 첨부의 청구항들 및 그의 등가물들에 의해서만 제한하려는 것이다.
도면들은, 본 개시물의 실시예들의 일부 양태들의 예시를 부여하기 위해 제공된 것이며 이에 따라 단지 개략적인 것으로 간주됨에 또한 주목한다. 특히, 도면들에 도시된 요소들은 반드시 서로 실척일 필요는 없고, 도면들에서 다양한 요소들의 대안이 각각의 실시예의 명확한 이해를 제공하기 위해 선택되고, 반드시 본 발명의 일 실시예에 따른 구현예들에서 다양한 구성요소들의 실제적인 상대 위치들의 표시로서 이해되는 것은 아니다. 게다가, 본원에 설명된 다양한 실시예들 및 예시들의 특징들이 달리 특별히 명시되지 않는 한 서로 조합될 수 있다.
또한, 하기 설명에서, 도면들에서 도시되거나 본원에 설명된 기능성 블록들, 장치들, 구성요소들, 회로 요소들 또는 다른 물리적 또는 기능 유닛들 사이의 임의의 직접 연결 또는 커플링은 또한 간접 연결 또는 커플링에 의해 구현될 수 있음이 이해된다. 게다가, 도면들에 도시된 기능성 블록들 또는 유닛들은 일 실시예에서 별도의 특징들 또는 회로들로서 구현될 수 있고, 그리고 또한, 또는 대안으로, 다른 실시예에서 공통 특징 또는 회로로서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있음이 상정된다. 예컨대, 여러 개의 기능성 블록들은 공통 프로세서, 이를테면 신호 프로세서를 작동하는 소프트웨어로서 구현될 수 있다. 하기 명세서에서 유선 기반(wire-based)인 것으로 설명된 임의의 접속은, 반대로 언급되지 않는 한, 무선 통신(wireless communication)으로서 또한 구현될 수 있음이 추가로 이해된다.
본 개시물의 일 양태에 따라, 도 1은 예시적 진공 시스템(100)을 예시한다. 본 예시에서 진공 시스템(100)은, 이온 주입 시스템(101)을 포함하지만, 다양한 다른 유형의 진공 시스템들, 이를테면, 플라즈마 처리 시스템들 또는 다른 반도체 처리 시스템들이 또한 고려된다. 이온 주입 시스템(101)은 예컨대, 단자(102), 빔라인 조립체(104) 및 엔드 스테이션(106)을 포함한다.
일반적으로 말하면, 단자(102) 내의 이온 소스(108)는 전원 공급장치(110)에 커플링되어 도펀트 가스를 복수 개의 이온들로 이온화하고 이온 빔(112)을 형성한다. 본 예시에서 이온 빔(112)은 빔 조향(beam-steering) 장치(114)를 통해 그리고 엔드 스테이션(106)을 향해 애퍼쳐(aperture)(116) 밖으로 지향된다. 엔드 스테이션(106)에서, 이온 빔(112)은, 척(120)(예를 들어, 정전 척 또는 ESC)에 선택적으로 클램핑되거나 장착된 피가공재(118)(예를 들어, 반도체, 이를 테면, 실리콘 웨이퍼, 디스플레이 패널 등)를 타격한다. 피가공재(118)의 격자 내에 매립되면, 주입된 이온들이 피가공재의 물리적인 및/또는 화학적인 성질들을 변경한다. 이 때문에, 반도체 디바이스 제조에 그리고 금속 마감뿐만 아니라 재료 과학 연구의 다양한 응용에 이온 주입이 사용된다.
본 개시물의 이온 빔(112)은 펜슬 또는 스팟 빔, 리본 빔, 스캐닝된 빔과 같은 임의의 형태, 또는 이온들이 엔드 스테이션(106)으로 지향되는 다른 임의의 형태를 가질 수 있고 이러한 형태들 모두는 본 개시물의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
일 예시적인 양태에 따르면, 엔드 스테이션(106)은 진공 챔버(124)와 같은 프로세스 챔버(122)를 포함하며, 프로세스 환경(126)은 프로세스 챔버와 연관된다. 프로세스 환경(126)은 대체로 프로세스 챔버(122) 내에 존재하고, 일 예로, 프로세스 챔버에 결합되고 이 프로세스 챔버를 실질적으로 진공 배기시키도록 구성된 진공 소스(128)(예를 들어, 진공 펌프)에 의해 생성된 진공을 포함한다.
이온 주입 시스템(101)을 활용한 주입 동안, 하전된 이온들이 피가공재에 충돌함에 따라 피가공재(118) 상에 에너지가 열의 형태로 축적될 수 있다. 대응책이 없는 상태에서, 이러한 가열은 잠재적으로 피가공재(118)를 휘게 하거나 균열을 만들 수 있어, 일부 구현들에서 피가공재를 무가치하게 (또는 상당히 가치가 적어지게) 만들 수 있다. 가열은 또한, 피가공재(118)로 전달된 이온들의 양이 원하는 주입량과 다르게 하여 원하는 기능과는 다르게 기능을 변경시키는 것을 유발할 수 있다. 또한, 일부 상황들에서, 열 축적을 방지하기 위해서 주입하는 동안 피가공재(118)를 냉각시키는 것이 바람직할 뿐만 아니라 주위 온도보다 낮거나 높은 온도에서 이온들을 주입하는 것이 더 바람직할 수 있는데, 이를 테면, 피가공재(118)의 표면을 바람직하게 비정질화하여 다른 것들 중에서, 고급 CMOS 집적 회로 디바이스 제조시 초박형 접합 형성을 가능하게 할 수 있다.
이와 같이, 다른 예에 따르면, 척(120)은 주위 온도보다 낮은 온도의 척(130)을 포함할 수 있고, 주위 온도보다 낮은 온도의 척은 지지 및 냉각하도록 구성되거나 그렇지 않으면 이온 빔(112)으로의 피가공재의 노출 동안 프로세스 챔버(122) 내의 피가공재(118)에 대해 미리 결정된 온도를 유지하도록 구성된다. 척(120)이 주위 온도보다 낮은 온도의 척(130)인 것으로 본 실시예에서 지칭되었지만, 척(120)은 마찬가지로 주위 온도보다 높은 온도의 척(도시 생략)을 포함할 수 있고, 주위 온도보다 높은 온도의 척은 프로세스 챔버(122) 내의 피가공재(118)를 지지하고 가열하도록 구성된다는 것을 주목해야 한다.
주위 온도보다 낮은 온도의 척(130)은, 예를 들어, 피가공재(118)를, 둘러싸고 있는 환경 또는 외부 환경(132)(예를 들어, "대기 환경"으로도 지칭됨)의 주위 또는 대기 온도보다 상당히 낮은 처리 온도로 차갑게 즉, 냉각시키도록 구성된 정전식 척이다. 마찬가지로, 척(120)이 상술된 주위 온도보다 높은 온도의 척을 포함하는 경우, 주위 온도보다 높은 온도의 척은 환경(132)을 둘러싸는 또는 환경 외부의 주위 또는 대기 온도보다 상당히 높은 처리 온도로 피가공재(118)를 가열하도록 구성된 정전식 척을 포함할 수 있다. 냉각 시스템(134)이 추가로 제공될 수 있고, 다른 실시예에서, 냉각 시스템은 주위 온도보다 낮은 온도의 척(130)을 차갑게 즉, 냉각시키도록 구성되고, 따라서, 상부에 놓인 피가공재(118)가 처리 온도로 냉각된다. 다른 예에서, 그리고, 유사한 방식으로, 가열 시스템(도시 생략)은 주위 온도보다 높은 온도의 척의 경우에 추가로 제공될 수 있고, 가열 시스템은 주위 온도보다 높은 온도의 척과 척 위에 놓인 피가공재(118)를 처리 온도로 가열하도록 구성된다.
진공 시스템(100)의 몇몇 예시적인 작동들에서, 처리 온도는 외부 환경(132)의 주변 이슬점(예를 들어, 8℃, 이슬점 온도로도 지칭됨) 미만, 이를 테면 약 -40℃의 처리 온도이다. 이러한 작동에서, 이후에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 처리 온도가 외부 환경(132)의 이슬점 온도보다 상당히 더 낮기 때문에, 외부 환경에 노출시키기 전에 피가공재(118)를 따뜻하게 데우지 않으면, 상부에 결로가 형성될 수 있으므로, 피가공재에 잠재적으로 해로운 영향을 끼치게 된다.
그러나, 본 발명자들은 피가공재(118)의 냉각이 진공 시스템(100)을 통한 사이클 시간에 해로운 영향을 끼칠 수 있어, 종래에, 피가공재가 소망하는 온도에 도달될 때까지 피가공재가 척(120) 상에 "침지(soak)"되는 것이 허용된다. 프로세스 처리량을 증가시키기 위해서, 본 개시물은 이에 따라 프로세스 챔버(120)의 진공 환경(126) 내에 위치되는 예냉 스테이션(136)을 제공한다. 예냉 스테이션(136)은, 예컨대, 도 2에 추가로 예시된 바와 같이 냉각된 피가공재 서포트(138)를 포함하고, 여기서, 냉각된 피가공재 서포트(138)는 제 1 온도에서 피가공재를 냉각하도록 구성된다.
냉각된 피가공재 서포트(138)는, 예컨대, 열적 패드(thermal pad)(140), 이를테면 냉각 플레이트(cooling plate)(142)를 포함하고, 열적 패드는 피가공재를 지지하고 피가공재를 제 1 온도로 냉각하도록 구성된다. 예컨대, 열적 패드(140)는 펠티에 쿨러(peltier cooler), 팽창 챔버, 극저온 헤드, 및 순환식 냉각 루프 중 하나 또는 그 초과를 포함하는 냉각 플레이트(142)를 포함한다.
다른 예시적 양태에서, 도 1의 예냉 스테이션(136)은 도 2에 다시 예시된 바와 같이 예냉 가스 밀봉 링(144)을 더 포함하며, 여기서, 예냉 가스 밀봉 링은 일반적으로 냉각된 피가공재 서포트(138)의 둘레를 중심으로 배치된다. 예컨대, 예냉 가스 밀봉 링(144)은 피가공재(118)의 주변부(periphery)(146)를 지지하고 일반적으로 피가공재와 냉각된 피가공재 서포트(138) 사이에 밀봉부를 제공하도록 구성된다. 다른 예시에 따르면, 예냉 클램프(148)가 추가로 제공되며, 여기서, 예냉 클램프는 냉각된 피가공재 서포트(138) 상에 피가공재(118)의 위치를 유지하도록 구성된다. 다시 도 1에 예시된 바와 같이, 예냉 가스 소스(150)가 추가로 제공되며, 여기서, 예냉 가스 소스는 도 2에 예시된 가스 냉각 공간(154) 사이에 예냉 가스(152)를 제공하도록 구성되며, 여기서 가스 냉각 공간은 피가공재(118)와 냉각된 피가공재 서포트(138)의 표면(156) 사이에 규정된다. 이와 같이, 가스 냉각 공간(154) 내에서의 예냉 가스(152)의 압력은 일반적으로 피가공재(118)의 냉각을 결정하도록 구성된다.
피가공재(118)와 냉각된 피가공재 서포트(138) 사이의 열전달율은, 일반적으로 피가공재와 냉각된 피가공재 서포트 사이의 온도 차이에 비례한다. 일반적으로,
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여기서, T(t)는 시간의 함수에 따라 냉각되거나 가열되는 피가공재(118)의 온도이며, T∞는 냉각 또는 가열 중인 대상(이 경우에는, 냉각된 피가공재 서포트(138)임)의 온도이며, T0는 피가공재의 초기 온도이고, e는 오일러의 수(Euler number)(2.71828...)이며, t는 시간이고, τ는 다른 인자들 중에서, 열전달계수에 종속되는 시간 상수이다. 식(1)으로부터 이해되는 바와 같이, 냉각된 피가공재 서포트(138)의 온도는 처리 온도보다 낮은 제 1 온도로 오버드라이브될 때, 피가공재(118)가 미리 정해진 온도에 도달하는 것이 더 빠르다. 일 예에서, 제 1 온도는 프로세스 온도보다 적어도 10배(an order of magnitude) 낮다. 예컨대, -40℃의 프로세스 온도가 요망된다면, 냉각된 피가공재 서포트(138)가 -40℃로 유지되었었다면 -40℃에 허용가능하게 근접하는데 다수 배의 상수들을 취할 것이다. 그러나, 냉각된 피가공재 서포트(138)가 예컨대 -100℃의 제 1 온도로 구동된다면, -40℃의 소망하는 프로세스 온도는 시간 상수의 정확히 절반 이상에서 성취될 수 있다. 이와 같이, 냉각된 피가공재 서포트(138)는 제 1 온도로 냉각되도록 구성되며, 여기서 제 1 온도는 소망하는 처리 온도보다 상당히 낮다.
또다른 예시적 양태에서, 도 1의 후열 스테이션(158)은 프로세스 챔버(122)의 진공 환경(126) 내에 추가로 위치되며, 여기서 후열 스테이션은 도 3에 예시된 바와 같이 제 2 온도로 피가공재(118)를 가열하도록 구성된, 가열된 피가공재 서포트(160)를 더 포함한다. 예컨대, 가열된 피가공재 서포트(160)는 다른 열적 패드(140), 이를 테면 가열 플레이트(161)를 포함하며, 여기서 열적 패드는 피가공재를 지지하고 피가공재를 제 2 온도로 가열하도록 구성된다. 예컨대, 후열 스테이션(158)은 후열 가스 밀봉 링(162)을 더 포함하며, 여기서, 후열 가스 밀봉 링은 일반적으로 가열된 피가공재 서포트(160)의 둘레부(164)를 중심으로 배치된다. 예컨대, 후열 가스 밀봉 링(162)은 피가공재(118)의 주변부(periphery)(146)를 지지하고 일반적으로 피가공재와 가열된 피가공재 서포트(160) 사이에 밀봉부를 제공하도록 구성된다.
다른 예시에 따르면, 후열 클램프(166)가 추가로 제공되며, 여기서, 후열 클램프는 가열된 피가공재 서포트(160) 상에 피가공재(118)의 위치를 유지하도록 구성된다. 다시 도 1에 예시된 바와 같이, 후열 가스 소스(168)가 추가로 제공되며, 여기서, 후열 가스 소스는 도 3에 예시된 가스 냉각 공간(172) 사이에 후열 가스(170)를 제공하도록 구성되며, 여기서 가스 가열 공간은 피가공재(118)와 가열된 피가공재 서포트(138)의 표면(174) 사이에 규정된다. 이와 같이, 가스 가열 공간(172) 내에서의 후열 가스(170)의 압력은 일반적으로 피가공재(118)의 가열을 결정하도록 구성된다.
상기 설명된 냉각과 유사하게, 도 1의 후열 스테이션(158)에서의 피가공재(118)의 가열은, 오버드라이브될 수 있으며, 여기서, 제 2 온도는 처리 온도보다 상당히 높다. 이와 같이, 외부 환경(132)의 외부 온도로 역으로 피가공재를 가열하는데 필요한 시간은, 본 개시물에 의해 상당히 감소될 수 있다. 개시물의 예시적 일 양태에서, 후열 스테이션(158) 및 예냉 스테이션(136)은, 일반적으로 프로세스 챔버(122) 내에서 서로 절연되며, 후열 스테이션과 예냉 스테이션 사이의 열 전달은 최소화된다. 일 예에서, 제 2 온도는 100C 이하 내지 대략 150C이며, 여기서 종래의 포토레지스트(photoresist)의 안정성이 약해지기 시작한다.
다른 예시에 따라, 온도 감시 시스템(176)이 추가로 제공되며, 도 4에 예시된 바와 같이, 예냉 스테이션(136) 및 후열 스테이션(158)에서 피가공재(118)의 온도를 측정하도록 구성된다. 예컨대, 온도 감시 시스템(176)은, 각각의 예냉 스테이션(136) 및 후열 스테이션(158) 상에 존재하는 피가공재(118)의 온도를 측정하여, 이에 따라 피가공재의 냉각 및 가열 중 피가공재의 온도를 감시하고, 프로세스 효율들을 개선하도록 구성된 하나 또는 그 초과의 피가공재 온도 감시 장치(178A, 178B)들을 포함한다. 예컨대, 도 1에 예시된 제어기(180)는, 적어도 부분적으로 피가공재의 측정된 온도에 기초하여, 피가공재(118)의 제 1 온도로의 냉각을 제어하고 피가공재의 제 2 온도로의 가열을 제어하도록 추가로 구성된다.
다른 양태에 따르면, 다시 도 1을 참조하면, 로드 록 챔버(182)는 프로세스 챔버(122)에 추가로 작동가능하게 커플링되며, 여기서 로드 록 챔버는 외부 환경(132)으로부터 프로세스 환경(126)을 절연시키도록 구성된다. 로드 록 챔버(182)는, 프로세스 챔버(122)와 외부 환경(132) 사이에서 피가공재를 전달하는 동안 피가공재(118)를 지지하도록 구성된 피가공재 서포트(184)를 더 포함한다. 복수 개의 로드 록 도어(186A, 186B)들이 각각의 프로세스 챔버(122) 및 외부 환경(132)에 로드 록 챔버(182)를 작동가능하게 커플링한다.
본 개시물의 또다른 양태에 따르면, 피가공재 전달 아암(188)이 제공되며, 여기서 피가공재 전달 아암은 척(120), 로드 록 챔버(182), 예냉 스테이션(136) 및 후열 스테이션(158) 중 2 개 또는 그 초과 사이에서 2 개 또는 그 초과의 피가공재(118)들을 동시에 전달하도록 구성된다. 하나 또는 그 초과의 보조 전달 아암(189)들은 다른 양태에 따라 피가공재들을 전달하는 것을 돕기 위해서 추가로 제공될 수 있다. 도 4에 보다 상세히 예시된 바와 같이, 피가공재 전달 아암(188)은, 서로 대략 90도로 위치된 피가공재 전달 클램프(192A, 192B)들의 2 쌍(190A, 190B)들을 포함하며, 여기서 피가공재 전달 클램프들의 각 쌍은 서로에 대해 정반대이다(diametrically opposed). 피가공재 전달 클램프(192A, 192B)들의 각 쌍(190A, 190B)은, 피가공재 전달 아암(188)의 회전 위치에 기초하여, 척(120) 및 로드 록 챔버(182)로부터 또는 예냉 스테이션(136) 및 후열 스테이션(158)으로부터 피가공재(118)를 동시에 파지하거나(grasp) 해제하도록 구성된다.
예컨대, 피가공재 전달 아암(188)은, 회전(예컨대, θ) 뿐만 아니라 내외로(예컨대, z 방향으로) 이동시키는 능력을 갖는다. 예컨대, 피가공재 전달 아암(188)은, 함께 회전하고 가위(scissor)들과 같이 개방 및 폐쇄될 수 있는 2 개의 아암들이 포함된 조립체(도시 생략)의 일부여서, 피가공재(118)의 파지 및 방출을 실시한다. 예컨대, 도 5a는 개방 위치(193A)에서 피가공재 전달 클램프(192A, 192B)의 2 쌍(190A, 190B)들을 예시하며, 여기서 피가공재 전달 클램프들은 일반적으로 2 개 또는 그 초과의 피가공재(118)들을 둘러싸지만 이들과 접촉하지 않도록 작동가능하다. 도 5b의 예시에서, 피가공재 전달 클램프(192A, 192B)들은 폐쇄 위치(193B)에 있으며, 여기서 피가공재 전달 클램프들은 2 개 또는 그 초과의 피가공재(118)들과 접촉하고 동시에 파지하도록 위치된다.
또다른 양태에 따르면, 도 6에 개략적으로 예시된 바와 같이, 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션(194)은 프로세스 챔버(122) 내에 위치되며, 여기서 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션은, 피가공재가 예냉 스테이션(136)에서 제 1 온도에 있을 때 피가공재(118)를 지지하도록 구성된 냉간 피가공재 서포트(196)를 포함한다. 예컨대, 냉간 서포트(196)는, 피가공재가 냉간 피가공재 서포트(196) 상에 존재하는 동안 피가공재(118)의 온도를 유지하도록 추가로 구성된다. 가열된 피가공재 홀딩 스테이션(198)은, 프로세스 챔버(122) 내에 추가로 위치되며, 여기서 가열된 피가공재 홀딩 스테이션은 피가공재가 제 2 온도에 있을 때 피가공재(118)를 지지하도록 구성된 열간 피가공재 서포트(199)를 포함한다. 예컨대, 열간 피가공재 서포트(199)는, 피가공재가 열간 피가공재 서포트(199) 상에 존재하는 동안 피가공재(118)의 온도를 유지하도록 추가로 구성된다.
도 6의 예에 예시된 바와 같이, 척(120)은 로드 록 챔버(182)에 정반대이며, 예냉 스테이션(136)은 후열 스테이션(158)에 정반대이고, 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션(194)은 프로세스 챔버(122) 내에서 가열된 피가공재 홀딩 스테이션(198)에 정반대이다. 프로세스 챔버(122) 내의 척(120), 로드 록 챔버(182), 예냉 스테이션(136), 후열 스테이션(158), 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션(194), 및 가열된 피가공재 홀딩 스테이션(198)의 다른 다양한 구성들 및 위치들은 본 개시물의 범주 내에 있는 것으로서 고려됨에 주목해야 한다. 예컨대, 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션(194)은 예냉 스테이션(136)과 반대로 위치될 수 있으며, 가열된 피가공재 홀딩 스테이션(198)은 후열 스테이션(158)과 반대로 위치될 수 있다. 이러한 구성은 피가공재 전달 아암(188)의 구성에 따라 피가공재(118)들의 유리한 플로우를 제공할 수 있다. 게다가, 간략함을 위해서, 로드 록 챔버(182)는 프로세스 챔버(122) 내에 있는 것으로 예시되지만; 도 4의 로드 록 도어(186A)가 로드 록 챔버(182)를 프로세스 챔버에 작동가능하게 커플링하는 것이 이해되어야 한다.
진공 시스템의 작동의 많은 작동 예들 중 하나를 제공하기 위해서 도 1의 진공 시스템(100)과 관련하여 피가공재들(118)의 예시적인 플로우 방식 또는 이동이 이제 간단하게 논의될 것이다. 본 개시물은 제공된 예시적인 플로우로 제한되지 않으며 진공 시스템(100) 안팎으로의 그리고 진공 시스템 내부에서의 피가공재(118)의 다양한 다른 이동이 본 개시물의 범위 내에 있는 것으로 간주된다는 것을 주목해야 한다.
도 7에 예시된 바와 같이 일 예시적 피가공재 플로우(200)에서, 도 6의 피가공재(118)는 예컨대, 대기 이하(sub-ambient) 또는 대기 이상 주입(super-ambient implantation)이 요망되는지의 여부에 따라서, 로드 록 챔버(182)로부터 프로세스 챔버(122) 내의 예냉 스테이션(136) 및 예열 스테이션(158) 중 하나로 전달된다. 예컨대, 대기 이하 주입(예컨대, 대기 온도 미만의 온도에서의 주입)시에, 피가공재(118)는 예냉 스테이션(136)으로 전달되며, 여기서, 피가공재는 대략 처리 온도로 예냉된다. 대략 처리 온도로 예냉 스테이션(136)을 통해서 냉각된다면(또는 예열 스테이션(158)을 통해서 가열된다면), 피가공재(118)는 프로세스 요건들에 따라 이온들의 적절한 주입을 위해서 척(120)에 전달되거나 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션(194)에 전달되어 척으로의 후속 전달을 위해 대기한다.
주입이 완료되면, 다시, 대기 이하 주입 또는 대기 이상 주입이 요망되는지의 여부에 따라, 피가공재(118)는 척(120)으로부터 제거되어 예냉 스테이션(136) 및 예열 스테이션(158) 중 하나로 전달된다. 상기 대기 이하 주입 예에서, 피가공재(118)는 예열 스테이션(158)에 전달되며, 여기서 본 예에서, 피가공재는 상기 설명된 바와 같이 외부 환경(132)의 이슬점 온도 보다 높은 온도로 가열된다. 적절하게 가열되면, 피가공재(118)는 로드 록 챔버(182)로 역으로 전달되거나 가열된 피가공재 홀딩 스테이션(198)으로 전달된다. 도 1, 도 4, 도 5a, 도 5b 및 도 6의 피가공재 전달 아암(188)은 상기 설명된 바와 같이, 로드 록 챔버(182), 척(120), 예냉 스테이션(136) 및 예열 스테이션(158) 사이에서 동시에 2 개 또는 그 초과의 피가공재(118)들을 전달하도록 구성되는 것임에 주목해야 한다.
본 발명의 다른 예시적인 양태에 따르면, 도 8은, 주위 온도 이하의 온도에서 피가공재를 처리하기 위해 제공되는 예시적인 방법(300)을 예시한다. 예시적인 방법들이 일련의 작동들 또는 이벤트들로서 본원에 예시되고 설명되지만, 본 발명이 이러한 작동들 또는 이벤트들의 예시된 순서에 의해 제한되지 않는다는 것을 인식할 것인데, 본 발명에 따르면, 일부 단계들은 상이한 순서로 발생할 수 있고 그리고/또는 본원에 나타내어지고 설명된 것을 제외한 다른 단계들과 동시에 발생할 수 있기 때문이라는 것을 주목해야 한다. 이외에도, 모든 예시된 단계들이 본 발명에 따른 방법론을 구현할 필요는 없을 수 있다. 또한, 방법들은 본원에 예시되고 설명된 시스템들과 연관하여 구현될 수 있을 뿐만 아니라 예시되지 않은 다른 시스템들과 연관하여 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도 8의 방법(300)은, 단계(302)에서 시작하며, 여기서 제 1 피가공재는 외부 온도 및 외부 압력에서 외부 환경으로 제공된다. 단계(304)에서, 제 1 피가공재는 외부 환경으로부터 로드 록 챔버로 전달되며, 단계(306)에서, 로드 록 챔버 내의 압력은 실질적인 진공(substantial vacuum)으로 낮춰진다. 제 1 피가공재는, 단계(308)에서 로드 록 챔버로부터, 콜드 임플란트 이온 주입 시스템에서 프로세스 챔버의 진공 환경 내에 있는 예냉 스테이션으로 전달되며, 단계(310)에서 제 1 피가공재는 예냉 스테이션에서 냉각된다. 예컨대, 예냉 스테이션은 프로세스 온도보다 낮은 제 1 온도로 냉각된다. 예컨대, 단계(310)에서의 피가공재의 냉각은, 피가공재를 냉각된 피가공재 서포트에 클램핑하는 것 그리고 피가공재의 이면측(backside)에 제 1 온도의 이면측 가스를 제공하는 것을 포함한다.
단계(312)에서, 제 1 피가공재는 예냉 스테이션으로부터 프로세스 온도로 냉각되는 척으로 전달되며, 단계(314)에서, 피가공재는 처리되는데, 이를 테면, 내부에 주입된 이온들을 갖는다. 일 예에 따라, 단계(312)에서 예냉 스테이션으로부터 척으로 피가공재를 전달하는 것은, 예냉 스테이션으로부터 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션으로 피가공재를 전달하는 것 그리고 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션으로부터 척으로 피가공재를 더 전달하는 것을 추가로 포함한다.
이후, 제 1 피가공재는 단계(316)에서 진공 환경 내에서 척으로부터 후열 스테이션으로 전달되며, 단계(318)에서 제 1 피가공재는 후열 스테이션에서 가열되고, 여기서 후열 스테이션은 외부 온도보다 높은 제 2 온도로 가열된다. 예컨대, 단계(318)에서의 피가공재의 가열은, 피가공재를 가열된 피가공재 서포트에 클램핑하는 것 그리고 피가공재의 이면측(backside)에 제 2 온도의 이면측 가스를 제공하는 것을 포함한다.
이후, 제 1 피가공재는 단계(320)에서 후열 스테이션으로부터 로드 록 챔버로 전달되고, 로드 록 챔버 내의 압력은 단계(322)에서 외부 압력으로 증가된다. 다른 일 예에 따라, 단계(320)에서 후열 스테이션으로부터 로드 록 챔버로 피가공재를 전달하는 것은, 후열 스테이션으로부터 가열된 피가공재 홀딩 스테이션으로 피가공재를 전달하는 것 그리고 가열된 피가공재 홀딩 스테이션으로부터 로드 록 챔버로 피가공재를 더 전달하는 것을 추가로 포함한다. 이후, 피가공재는 단계(324)에서 로드 록 챔버로부터 제거될 수 있다.
일 예에 따라, 단계(318)에서 척으로부터 후열 스테이션으로 제 2 피가공재를 동시에 전달하는 동안, 단계(308)에서 로드 록 챔버로부터 예냉 스테이션으로 제 1 피가공재를 전달하는 것이 발생한다. 이와 같이, 후열 스테이션으로부터 로드 록 챔버 등으로 제 3 피가공재를 동시에 전달하는 동안, 단계(312)에서 예냉 스테이션으로부터 척으로 피가공재를 전달하는 것이 발생한다. 이에 따라, 로드 록 챔버로부터, 예냉 스테이션으로, 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션으로, 척으로, 후열 스테이션으로, 가열된 피가공재 홀딩 스테이션으로, 그리고 역으로 로드 록 챔버로의 피가공재의 연속적인 전달은 본 개시물에 의해 성취될 수 있다. 추가로, 도 1, 도 4, 도 5a, 도 5b 및 도 6의 피가공재 전달 아암(188)은 도 4, 도 5a 및 도 5b에 예시된 바와 같이, 로드 록 챔버(182), 척(120), 예냉 스테이션(136) 및 예열 스테이션(158) 사이에서 동시에 2 개 또는 그 초과의 피가공재(118)들을 유리하게 전달할 수 있다. 추가의 예시에서, 피가공재 전달 아암(188)은 상기 설명된 바와 같이 도 6 및 도 7의 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션(194)과 가열된 피가공재 홀딩 스테이션(198) 사이에서 피가공재들을 추가로 전달할 수 있고, 여기서 유리하게는 처리량이 증가하는 한편, 결로를 방지하기 위해서 피가공재들의 적절한 가열 및 냉각을 최적으로 제공한다.
본 발명이 특정 실시형태 또는 실시형태들에 대하여 나타내어지고 설명되었지만, 상술된 실시형태들은 본 발명의 몇몇 실시형태들의 주입들에 대한 예시로서만 역할을 할 뿐이고, 본 발명의 응용은 이러한 실시형태들로 제한되지 않는다는 것을 주목해야 한다. 특히, 상술된 컴포넌트들(어셈블리들, 디바이스들, 회로들 등)에 의해 수행된 다양한 기능들에 대하여, 이러한 컴포넌트들을 설명하기 위해 사용되는 용어("수단"에 대한 언급을 포함함)는, 본 발명의 본원에 예시된 예시적인 실시형태들의 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 등가가 아니더라도 (다르게 명시되지 않는다면) 설명된 컴포넌트의 특정된 기능을 수행하는 임의의 컴포넌트(즉, 기능적으로 등가인 컴포넌트)에 해당하는 것으로 의도된다. 이외에도, 본 발명의 특정 특징이 몇 가지 실시형태들 중 단지 하나만에 대하여 개시되었을 수 있지만, 이러한 특징은, 임의의 주어진 또는 특정 용례의 경우 바람직하고 유익할 수 있는 바에 따라 다른 실시형태들의 하나 또는 그 초과의 다른 특징들과 결합될 수 있다. 따라서, 본 발명은 상술된 실시형태들로 제한되지 않으며, 첨부된 청구범위와 그의 등가물들에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.

Claims (26)

  1. 이온 주입 시스템으로서,
    진공 챔버-상기 진공 챔버는 진공 챔버와 연관된 프로세스 환경을 가짐-;
    복수의 이온들을 상기 진공 챔버 내에 위치된 피가공재(workpiece)로 제공하도록 구성된 이온 주입 장치;
    상기 피가공재를 상기 복수의 이온들에 대해 노출시키는 동안 상기 진공 챔버 내에서 상기 피가공재를 지지하도록 구성된 척(chuck)-상기 척은 상기 피가공재를 처리 온도로 냉각시키도록 구성됨-;
    상기 진공 챔버에 작동가능하게 커플링된 로드 록 챔버(load lock chamber)-상기 로드 록 챔버는 상기 프로세스 환경을 외부 환경으로부터 격리시키도록 구성되고, 상기 로드 록 챔버는 상기 피가공재를 상기 프로세스 챔버와 외부 환경 사이에서 전달하는 동안 상기 피가공재를 지지하도록 구성된 피가공재 서포트를 포함함-;
    상기 프로세스 챔버 내에 위치된 예냉 스테이션(pre-chill station)-상기 예냉 스테이션은 피 가공재를 제 1 온도로 냉각하도록 구성된 냉각된 피가공재 서포트를 포함함-;
    상기 프로세스 챔버 내에 위치된 후열 스테이션(post-heat station)-상기 후열 스테이션은 피가공재를 제 2 온도로 가열하도록 구성된 가열된 피가공재 서포트를 포함함-;
    피가공재 전달 아암-상기 피가공재 전달 아암(workpiece transfer arm)은 척, 로드 록 챔버, 예냉 스테이션 및 후열 스테이션 중 2 개 또는 그 초과의 사이에서 2 개 또는 그 초과의 피가공재들을 동시에 전달하도록 구성됨-; 및
    상기 프로세스 챔버 내에 위치된 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션-상기 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션은 피가공재가 제 1 온도에 있을 때 피가공재를 지지하도록 구성된 냉간 피가공재 서포트를 포함함-;
    상기 프로세스 챔버 내에 위치된 가열된 피가공재 홀딩 스테이션-상기 가열된 피가공재 홀딩 스테이션은 피가공재가 제 2 온도에 있을 때 피가공재를 지지하도록 구성된 열간 피가공재 서포트를 포함함-;을 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 척은 피가공재를 처리 온도로 냉각시키도록 구성된 정전식 척(electrostatic chuck)을 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 피가공재 전달 아암은 서로 90도로 위치된 피가공재 전달 클램프들의 2 쌍들을 포함하며, 피가공재 전달 클램프들의 각 쌍은, 서로 정반대로 위치되며, 피가공재 전달 클램프들의 각 쌍은, 피가공재 전달 아암의 회전 위치에 기초하여, 척 및 로드 록 챔버로부터 또는 예냉 스테이션 및 후열 스테이션으로부터 피가공재를 동시에 파지하거나 해제하도록 구성되는,
    이온 주입 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 온도는 프로세스 온도보다 낮은,
    이온 주입 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 예냉 스테이션은 피가공재를 지지하고 피가공재를 제 1 온도로 냉각하도록 구성된 냉각 플레이트(cooling plate)를 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉각 플레이트는 펠티에 쿨러(peltier cooler), 팽창 챔버(expansion chamber), 극저온 헤드(cryogenic head), 및 순환식 냉각 루프(circulatory refrigeration loop) 중 하나 또는 그 초과를 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 예냉 스테이션은,
    냉각된 피가공재 서포트의 둘레를 중심으로 배치된 예냉 가스 밀봉 링-상기 예냉 가스 밀봉 링은 피가공재의 둘레를 지지하도록 구성됨-;
    상기 냉각된 피가공재 서포트 상에 피가공재의 위치를 유지하도록 구성된 예냉 클램프; 및
    상기 피가공재와 냉각된 피가공재 서포트의 표면 사이에 규정된 가스 냉각 공간 사이에 예냉 가스를 제공하도록 구성된 예냉 가스 소스-상기 예냉 가스의 압력은 일반적으로 피가공재의 냉각을 결정함-;를 더 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 후열 스테이션은 피가공재를 지지하고 피가공재를 제 2 온도로 가열하도록 구성된 가열 플레이트(heating plate)를 포함하는 가열 스테이션 서포트를 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 후열 스테이션은,
    가열된 피가공재 서포트의 둘레를 중심으로 배치된 후열 가스 밀봉 링-상기 후열 가스 밀봉 링은 피가공재의 둘레를 지지하도록 구성됨-;
    상기 가열된 피가공재 서포트 상에 피가공재의 위치를 유지하도록 구성된 후열 클램프; 및
    상기 피가공재와 가열된 피가공재 서포트의 표면 사이에 규정된 가스 가열 공간 사이에 후열 가스를 제공하도록 구성된 후열 가스 소스-상기 후열 가스의 압력은 일반적으로 피가공재의 가열을 결정함-;를 더 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 척은 로드 록 챔버에 정반대이며, 예냉 스테이션은 후열 스테이션에 정반대이고, 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션은 프로세스 챔버 내에서 가열된 피가공재 홀딩 스테이션에 정반대인,
    이온 주입 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 피가공재 전달 아암은 서로 90도로 위치된 피가공재 전달 클램프들의 2 쌍들을 포함하며, 피가공재 전달 클램프들의 각 쌍은, 서로 정반대로 위치되며, 피가공재 전달 클램프들의 각 쌍은, 피가공재 전달 아암의 회전 위치에 기초하여, 척 및 로드 록 챔버로부터, 예냉 스테이션 및 후열 스테이션으로부터, 또는 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션 및 가열된 피가공재 홀딩 스테이션으로부터 피가공재를 동시에 파지하거나 해제하도록 구성되는,
    이온 주입 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 척은 로드 록 챔버에 정반대이며, 예냉 스테이션은 진공 챔버 내에서 후열 스테이션에 정반대인,
    이온 주입 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 피가공재 전달 아암은 서로 정반대인 피가공재 전달 클램프들의 쌍을 포함하며, 피가공재 전달 클램프들의 쌍은, 피가공재 전달 아암의 회전 위치에 기초하여, 척 및 로드 록 챔버로부터 또는 예냉 스테이션 및 후열 스테이션으로부터 피가공재를 동시에 파지하거나 해제하도록 구성되는,
    이온 주입 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 후열 스테이션 및 예냉 스테이션은 프로세스 챔버 내에서 일반적으로 서로 절연되는,
    이온 주입 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    적어도 부분적으로 특정한 프로세스 처리량에 기초하여, 제 1 온도 및 제 2 온도를 결정하도록 구성된 제어기를 더 포함하는,
    이온 주입 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 예냉 스테이션 및 후열 스테이션에서 피가공재의 온도를 측정하도록 구성된 온도 감시 시스템을 더 포함하며, 상기 제어기는 적어도 부분적으로 피가공재의 측정된 온도에 기초하여, 피가공재의 제 1 온도로의 냉각 및 피가공재의 제 2 온도로의 가열을 제어하도록 추가로 구성되는,
    이온 주입 시스템.
  17. 대기 이하 온도들에서 피가공재 내로 이온들을 주입하는 방법으로서,
    외부 온도 및 외부 압력에서 외부 환경으로 피가공재를 제공하는 단계;
    외부 환경으로부터 로드 록 챔버로 피가공재를 전달하는 단계;
    로드 록 챔버 내의 압력을 실질적인 진공으로 낮추는 단계;
    상기 로드 록 챔버로부터, 콜드 임플란트 이온 주입 시스템에서 프로세스 챔버의 진공 환경 내에 있는 예냉 스테이션으로 피가공재를 전달하는 단계;
    예냉 스테이션에서 피가공재를 냉각하는 단계-상기 예냉 스테이션은 프로세스 온도보다 낮은 제 1 온도로 냉각됨-;
    예냉 스테이션으로부터 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션으로 피가공재를 전달하는 단계;
    냉각된 피가공재 홀딩 스테이션으로부터 척으로 피가공재를 전달하는 단계;
    피가공재 내로 이온들을 주입하는 단계;
    진공 환경 내에서 척으로부터 후열 스테이션으로 피가공재를 전달하는 단계;
    후열 스테이션에서 피가공재를 가열하는 단계-상기 후열 스테이션은 외부 온도보다 높은 제 2 온도로 가열됨-;
    후열 스테이션으로부터 로드 록 챔버로 피가공재를 전달하는 단계;
    로드 록 챔버 내의 압력을 외부 압력으로 증가시키는 단계; 및
    로드 록 챔버로부터 피가공재를 제거하는 단계; 를 포함하는,
    대기 이하 온도들에서 피가공재 내로 이온들을 주입하는 방법.
  18. 대기 이하 온도들에서 피가공재 내로 이온들을 주입하는 방법으로서,
    외부 온도 및 외부 압력에서 외부 환경으로 피가공재를 제공하는 단계;
    외부 환경으로부터 로드 록 챔버로 피가공재를 전달하는 단계;
    로드 록 챔버 내의 압력을 실질적인 진공으로 낮추는 단계;
    상기 로드 록 챔버로부터, 콜드 임플란트 이온 주입 시스템에서 프로세스 챔버의 진공 환경 내에 있는 예냉 스테이션으로 피가공재를 전달하는 단계;
    예냉 스테이션에서 피가공재를 냉각하는 단계-상기 예냉 스테이션은 프로세스 온도보다 낮은 제 1 온도로 냉각됨-;
    예냉 스테이션으로부터 프로세스 온도로 냉각되는 척으로 피가공재를 전달하는 단계;
    피가공재 내로 이온들을 주입하는 단계;
    진공 환경 내에서 척으로부터 후열 스테이션으로 피가공재를 전달하는 단계;
    후열 스테이션에서 피가공재를 가열하는 단계-상기 후열 스테이션은 외부 온도보다 높은 제 2 온도로 가열됨-;
    후열 스테이션으로부터 가열된 피가공재 홀딩 스테이션으로 피가공재를 전달하는 단계;
    가열된 피가공재 홀딩 스테이션으로부터 로드 록 챔버로 피가공재를 전달하는 단계;
    로드 록 챔버 내의 압력을 외부 압력으로 증가시키는 단계; 및
    로드 록 챔버로부터 피가공재를 제거하는 단계; 를 포함하는,
    대기 이하 온도들에서 피가공재 내로 이온들을 주입하는 방법.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 피가공재를 냉각하는 단계는, 피가공재를 냉각된 피가공재 서포트에 클램핑하는 단계 및 피가공재의 이면측(backside)에 제 1 온도의 이면측 가스를 제공하는 단계를 포함하는,
    대기 이하 온도들에서 피가공재 내로 이온들을 주입하는 방법.
  20. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 피가공재를 가열하는 단계는, 피가공재를 가열된 피가공재 서포트에 클램핑하는 단계 및 피가공재의 이면측(backside)에 제 2 온도의 이면측 가스를 제공하는 단계를 포함하는,
    대기 이하 온도들에서 피가공재 내로 이온들을 주입하는 방법.
  21. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 온도는 프로세스 온도보다 적어도 10배(an order of magnitude) 낮으며, 제 2 온도는 150℃ 이하인,
    대기 이하 온도들에서 피가공재 내로 이온들을 주입하는 방법.
  22. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 로드 록 챔버로부터 예냉 스테이션으로 피가공재를 전달하는 단계는, 상기 척으로부터 후열 스테이션으로 다른 피가공재를 동시에 전달하는 동안 발생하는,
    대기 이하 온도들에서 피가공재 내로 이온들을 주입하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 예냉 스테이션으로부터 척으로 피가공재를 전달하는 단계는, 상기 후열 스테이션으로부터 로드 록 챔버로 다른 피가공재를 동시에 전달하는 동안 발생하는,
    대기 이하 온도들에서 피가공재 내로 이온들을 주입하는 방법.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 예냉 스테이션으로부터 척으로 피가공재를 전달하는 단계는,
    예냉 스테이션으로부터 냉각된 피가공재 홀딩 스테이션으로 피가공재를 전달하는 단계; 및
    냉각된 피가공재 홀딩 스테이션으로부터 척으로 피가공재를 전달하는 단계를 포함하는,
    대기 이하 온도들에서 피가공재 내로 이온들을 주입하는 방법.
  25. 제 17 항에 있어서,
    상기 후열 스테이션으로부터 로드 록 챔버로 피가공재를 전달하는 단계는,
    후열 스테이션으로부터 가열된 피가공재 홀딩 스테이션으로 피가공재를 전달하는 단계; 및
    가열된 피가공재 홀딩 스테이션으로부터 로드 록 챔버로 피가공재를 전달하는 단계를 포함하는,
    대기 이하 온도들에서 피가공재 내로 이온들을 주입하는 방법.
  26. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 피가공재를 전달하는 단계는 2 개 또는 그 초과의 피가공재들을 동시에 전달하는 단계를 포함하는,
    대기 이하 온도들에서 피가공재 내로 이온들을 주입하는 방법.
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