TW201835963A - 晶圓冷卻方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種離子植入系統，其具有一第一腔室及具有一經加熱夾盤之一處理腔室。一控制器使工件在該經加熱夾盤與該第一腔室之間轉移且選擇性地在一第一模式及一第二模式下為該經加熱夾盤供能。在該第一模式及該第二模式下，該經加熱夾盤分別經加熱至一第一溫度及一第二溫度。該第一溫度係預定的。該第二溫度係可變的，由此該控制器基於一熱預算、一植入能量及/或該工件在該第一腔室中之一初始溫度來判定該第二溫度，且在該第二模式下大體上維持該第二溫度。將該工件自該經加熱夾盤轉移至該第一腔室在該第二模式下自該處理腔室移除植入能量。熱可藉由該工件在該經加熱夾盤與一冷卻台板之間的一轉移而進一步自該經加熱夾盤轉移至該冷卻台板，以依序冷卻該經加熱夾盤。

Description

晶圓冷卻方法 【相關申請案之參考】
本申請案主張在2016年6月2日申請、題為「晶圓冷卻方法(WAFER COOLING METHOD)」之美國臨時申請案第62/344,483號之權益，該申請案之內容係以全文引用之方式併入本文中。
本發明大體上係關於用於處理工件之工件處理系統及方法，且更具體言之，係關於用於在離子植入期間均勻地控制經加熱夾盤上之工件之溫度的系統及方法。
在半導體處理中，可對工件或半導體晶圓執行許多操作，諸如離子植入。隨著離子植入處理技術發展，可實施工件處之多種離子植入溫度以在工件中達成各種植入特性。舉例而言，在習知離子植入處理中，通常考慮三個溫度方案：低溫植入，其中工件處之處理溫度被維持在低於室溫之溫度；熱植入，其中工件處之處理溫度被維持在通常範圍介於300℃至600℃之高溫；以及所謂的準室溫植入，其中工件處之處理溫度被維持在略微高於室溫、但低於高溫植入中所使用之溫度的溫度，其中準室溫植入溫度通常範圍介於50℃至100℃。
舉例而言，熱植入正變得愈來愈普遍，由此處理溫度通常經 由專用高溫靜電夾盤(electrostatic chuck；ESC)(亦稱作經加熱夾盤)來達成。經加熱夾盤在植入期間將工件固持或夾持至該夾盤之表面。舉例而言，習知高溫ESC包含嵌入於夾持表面下、用於將ESC及工件加熱至處理溫度(例如，300℃至600℃)之一組加熱器，由此氣體界面習知地提供自夾持表面至工件之背面的熱界面。通常，高溫ESC係經由在背後將能量輻射至腔室表面來冷卻。
冷凍離子植入程序亦為普遍的，其中習知地，室溫工件係置放於冷凍夾盤上，且冷凍夾盤經冷卻至冷凍溫度(例如，低於室溫之溫度)，藉此冷卻工件。冷卻冷凍夾盤提供移除自離子植入施加至工件中之熱能，同時經由經由冷凍夾盤移除熱而在植入期間進一步將夾盤及工件維持在冷凍溫度。
離子植入程序亦在所謂的「準室溫」(例如，略微高於室溫之溫度，諸如在50℃至60℃下，但不如熱離子植入程序高)下執行，由此低熱夾盤(例如，經建構以加熱至小於100℃之溫度之夾盤)已習知地用以控制工件之溫度。然而，在使用此等低熱夾盤時，相對低溫(例如，室溫，大致20℃)之工件係置放至低熱夾盤上，由此背面氣體將低熱夾盤與工件熱耦合，藉此將能量自低熱夾盤轉移至工件中，直至在進行離子植入之前達到平衡溫度。
然而，藉由低熱夾盤的工件之此加熱可引起植入溫度在工件間之變化，此係因為能量不僅在植入之前自低熱夾盤轉移至工件，而且熱亦自植入本身產生，由此低熱夾盤之溫度在一段時間中可波動。此等波動可對自工件至工件之植入之均質性有有害影響，且在穩態操作還尚未達到 時，該等變化在植入系統之啟動期間可加劇。
通常，高溫ESC(例如，經加熱夾盤)僅用於熱植入，此係因為至少部分地由於夾盤中之加熱器之組態及用於控制植入之溫度之控制機構，該等夾盤在所要處理自高溫處理(例如，300℃至600℃)改變至準室溫處理(例如，<100℃)之情況下引起一問題。因此，當自高溫植入改變至準室溫植入時，經加熱夾盤可由低熱夾盤替換，由此經加熱夾盤及低熱夾盤具有針對所要處理溫度特定設計之不同熱轉移能力。
本發明藉由提供用於對高溫靜電夾盤上之工件植入之系統及方法來克服先前技術之限制，由此該系統及方法提供用於高溫植入及準室溫植入兩者之組態。
因此，下文呈現本發明之簡化概述，以便提供對本發明之一些態樣之基本理解。此概述並非本發明之詳盡綜述。其既不預期識別本發明之關鍵或至關重要之要素，亦不描繪本發明之範疇。其目的在於以簡化形式呈現本發明之一些概念以作為隨後呈現之更詳細描述的序言。
本發明大體上係關於一種具有一離子植入設備之離子植入系統及一種用於控制一工件在離子植入系統中之加熱的方法。舉例而言，該離子植入系統包含經建構以朝向一處理腔室導引一離子束之一離子植入設備。一第一腔室可操作地耦接至該處理腔室，且一經加熱夾盤定位於該處理腔室內。舉例而言，該經加熱夾盤經建構以將一工件選擇性地夾持至該夾盤之一夾持表面，其中該經加熱夾盤包含與之相關聯之一或多個加熱器。舉例而言，該一或多個加熱器係嵌入於該經加熱夾盤內且經建構以選 擇性地加熱該夾持表面。替代地，該一或多個加熱器包含指向該經加熱夾盤之該夾持表面之一或多個輻射熱源。一工件轉移設備經進一步組態以在該經加熱夾盤與該第一腔室之間轉移該工件。
根據另一態樣，一控制器經設置且經建構以經由該工件轉移設備在該經加熱夾盤與該第一腔室之間選擇性地轉移該工件。該控制器經進一步組態以選擇性地為該一或多個加熱器供能以使該經加熱夾盤在一第一模式及一第二模式中之每一者下操作。在該第一模式下，該一或多個加熱器將該夾持表面加熱至與一高溫離子植入相關聯之一第一溫度。在該第二模式下，該一或多個加熱器將該夾持表面加熱至與一準室溫離子植入相關聯之一第二溫度。
舉例而言，該控制器經建構以基於與該工件相關聯之一熱預算、與衝擊該工件之該離子束相關聯之一植入能量以及在該工件駐留於該第一腔室中時的該工件之一初始溫度中之一或多者來判定該第二溫度。該控制器經進一步組態以在該第二模式下大體上維持該經加熱夾盤上之該第二溫度，其中當該經加熱夾盤在該第二模式下操作時，將該工件自該經加熱夾盤轉移至該第一腔室大體上自該處理腔室移除該植入能量。
為實現前述及相關目的，本發明包含在下文中充分描述且在申請專利範圍中特別指出之特徵。以下描述及隨附圖式詳細地闡述本發明之某些說明性具體實例。然而，此等具體實例指示可採用本發明原理之各種方法中之若干。本發明之其他目標、優點及新穎特徵將自本發明之以下詳細描述(當結合圖式考慮時)變得顯而易見。
圖1說明根據本發明之一個態樣之例示性經加熱離子植入系統的方塊圖。
圖2為說明根據本發明之另一例示性態樣之用於工件之經加熱離子植入之例示性方法的方塊圖。
圖3為說明根據本發明之另一例示性態樣之用於工件之經加熱離子植入之例示性方法的方塊圖。
圖4為說明根據另一態樣之例示性控制系統的方塊圖。
本發明大體上係關於離子植入系統，且更特定言之，係關於組態用於熱植入及準室溫植入兩者之離子植入系統。因此，本發明現將參看圖式來描述，其中通篇中，相同參考數字可用以指代相同要素。應瞭解，此等態樣之描述僅為說明性的且此等態樣不應以限制意義來解釋。在以下描述中，出於解釋之目的，闡述眾多具體細節以便提供對本發明之透徹理解。然而，熟習此項技術者將顯而易知，本發明可在無此等具體細節之情況下實踐。
根據本發明之一個態樣，圖1說明例示性離子植入系統100。本實例中之離子植入系統100包含一例示性離子植入設備101，然而，亦預期各種其他類型的基於真空之半導體處理系統，諸如電漿處理系統或其他半導體處理系統。舉例而言，離子植入設備101包含終端102、射束線組合件104以及終端站106。
一般而言，終端102中之離子源108耦接至電力供應器110 以使摻雜氣體離子化成複數個離子且形成離子束112。本實例中之離子束112經由質量分析設備114導引且引出孔116朝向終端站106。在終端站106中，離子束112轟擊工件118(例如，基板(諸如，矽晶圓)、顯示面板等)，該工件係選擇性地夾持或安裝至夾盤120(例如，靜電夾盤或ESC)。一旦嵌入至工件118之晶格中，所植入之離子便改變工件之物理及/或化學性質。鑒於此，離子植入用於半導體裝置製造及金屬表面處理以及材料科學研究中之各種應用中。
本發明之離子束112可採用任何形式，諸如筆形或點束、帶束、掃描束或使離子朝向終端站106導引之任何其他形式，且所有此等形式預期在本發明之範疇內。
根據一個例示性態樣，終端站106包含處理腔室122，諸如真空腔室124，其中處理環境126與該處理腔室相關聯。處理環境126一般存在於處理腔室122內，且在一個實例中，包含由耦接至處理腔室且經建構以實質上抽空處理腔室之真空源128(例如，真空泵)產生之真空。
在一個實例中，離子植入設備101經建構以提供高溫離子植入，其中工件118經加熱至處理溫度(例如，大致300℃至600℃)。因此，在本實例中，夾盤120包含經加熱夾盤130，其中經加熱夾盤經建構以將工件118支撐且保持在夾盤之夾持表面131上，同時進一步准許在將工件曝露於離子束112之前、期間及/或之後，工件118在處理腔室122內加熱。
舉例而言，經加熱夾盤130包含靜電夾盤(ESC)，其經建構以在將工件118加熱至處理溫度時支撐該工件，該處理溫度顯著大於周圍環境或外部環境132(例如，亦稱作「大氣環境(atmospheric environment)」 之環境或大氣溫度。舉例而言，可進一步提供加熱系統134，其中該加熱系統經建構以將經加熱夾盤130(例如，夾持表面131)且因此駐留於其上之工件118加熱至所要處理溫度。舉例而言，加熱系統134經建構以經由安置於經加熱夾盤130內之一或多個加熱器136而選擇性地加熱工件118。替代地，加熱系統134之一或多個加熱器136可包含輻射熱源(圖中未示)，諸如在經加熱夾盤130外部之鹵素燈、發光二極體以及紅外線熱裝置中之一或多者。
對於一些高溫植入，工件118被允許在處理環境126之真空內「浸泡」在經加熱夾盤130上，直至達到所需溫度。替代地，為了增加離子植入系統100中之循環時間，工件可在操作性地耦接至處理腔室122之一或多個腔室138A、138B(例如，一或多個負載鎖定腔室)中經由預熱設備152預熱。
視工具架構、程序以及所要生產量而定，工件118可經由預熱設備152預熱至第一溫度，其中該第一溫度等於或低於處理溫度，因此允許真空腔室124內之經加熱夾盤130上的最終熱均衡。此情境允許工件118在轉移至處理腔室122期間損失一些熱，其中最終加熱至處理溫度係在經加熱夾盤130上執行。替代地，工件118可經由預熱設備152預熱至高於處理溫度之第一溫度。因此，第一溫度可經最佳化，使得工件118在轉移至處理腔室122期間之冷卻僅足夠該工件處於如其夾持至經加熱夾盤130上時的所要處理溫度。
在使工件到達處理腔室122之處理環境126之真空之前，與一或多個腔室(例如，在圖1中以腔室138A說明)相關聯之預熱設備152 可在外部環境132之大氣壓下有利地加熱工件118。舉例而言，高真空環境中(諸如，在處理腔室122內)的至工件118之熱轉移大部分以輻射為主導。晶體矽在300℃至500℃之間的溫度中之總半球發射率(例如)在大致0.2與0.6之間變化，因此因工件118之輻照熱吸收之低速率所致，不能很好地幫助快速熱瞬態。
為了加快熱緩升及啟用用於熱轉移之額外機構，使工件118之背面於經加熱夾盤130導電連通。此導電連通係經由經加熱夾盤130與工件118之間的壓控式氣體界面(亦稱作「背面氣體」)達成。舉例而言，背面氣體之壓力通常由經加熱夾盤130之靜電力限制，且可大體上保持在5托至20托之範圍內。在一個實例中，背面氣體界面厚度(例如，工件118與經加熱夾盤130之間的距離)被控制在微米數量級(通常5μm至20μm)，且因而，此壓力範圍中之分子平均自由路徑對於界面厚度變得足夠大以將系統推至過渡及分子氣體範圍中。
替代地，預熱設備152可在處理環境126之真空壓力下加熱工件118。在又一替代例中，預熱設備152可在與一或多個腔室138A、138B經抽空以自大氣壓過渡至真空壓力之同一時間框期間加熱工件118。
舉例而言，預熱設備152包含定位於腔室138A內之熱板154。舉例而言，熱板154包含電阻性加熱器，其可包括嵌入於熱板中之加熱元件、熱泵或用於將熱能自熱板傳遞至工件118之其他加熱機構。替代地，預熱設備152包含輻射熱源，諸如鹵素燈、發光二極體以及紅外線熱裝置中之一或多者。
根據本發明之另一態樣，腔室138B包含冷卻設備160，其 經建構以在工件118在於離子植入期間植入有離子之後安置於腔室138B內時冷卻工件。舉例而言，冷卻設備160可包含冷凍工件支撐件162，其中冷凍工件支撐件經建構以經由熱傳導而主動地冷卻駐留於其上之工件118。舉例而言，冷凍工件支撐件162包含冷板，該冷板具有通過其之一或多個冷卻通道，其中通過冷卻通道之冷卻流體實質上冷卻駐留於冷板之表面上之工件118。冷凍工件支撐件162可包含其他冷卻機構，諸如帕爾貼冷卻器或一般技術者已知的其他冷卻機構。
根據另一例示性態樣，控制器170經進一步提供且經建構以選擇性地啟動加熱系統134、預熱設備152以及冷卻設備，以選擇性地加熱或冷卻分別地駐留於其上之工件118。舉例而言，控制器170可經建構以：經由預熱設備152加熱腔室138A中之工件118；經由經加熱夾盤130及加熱系統134在處理腔室122中將該工件加熱至預定溫度；經由離子植入設備101將離子植入至該工件中；經由冷卻設備160在腔室138B中冷卻該工件；以及經由控制泵及通風口172、各別腔室138A、138B之各別大氣壓門174A、174B及真空門176A、176B以及工件轉移設備178A、178B而在外部環境132(例如，大氣壓)與處理環境126(例如，真空環境)之間選擇性地轉移該工件。
在一個實例中，工件118可進一步傳遞至及自處理腔室122，以使得該工件經由工件轉移設備178A而在選定的前開式通用晶圓盒(front opening unified pod；FOUP)180A、180B與腔室138A、138B之間轉移，且進一步經由工件轉移設備178B而在腔室138A、138B與經加熱夾盤130之間轉移。舉例而言，控制器170經進一步組態以經由控制工件轉移設 備178A、178B而選擇性地在FOUP 180A、180B、腔室138A、138B以及經加熱夾盤130之間轉移工件。
如先前所陳述，習知離子植入系統通常利用具有不同組態之各種靜電夾盤，由此在不同溫度範圍下所植入之植入分別地利用具有不同熱轉移能力之不同靜電卡盤。然而，本發明之圖1之系統100有利地經建構以在利用同一經加熱夾盤130時執行高溫植入(例如，在300℃至600℃之範圍內)及準室溫植入(例如，在20℃至100℃之範圍內)兩者。此組態在簡單性以及產率兩者上優於習知系統，此係因為圖1之系統100可以組態之最小改變用於各種植入方案中，同時減少習知離子植入系統之習知啟動操作中通常見到之各種缺陷。
根據本發明，經加熱夾盤130之熱質量(例如)有利地充當能量之吸收體以在離子植入期間儲存植入能量，其中該儲存之植入能量可在工件118自離子植入設備101移除後自離子植入設備移除。因此，本發明以新穎方式有利地管理與離子植入同時之熱能。
舉例而言，經加熱夾盤130包含直徑為大致300mm之夾持板，夾持板之熱質量為大約3372焦耳/K。另一方面，具有300mm之直徑之工件118(例如，矽晶圓)具有80.7焦耳/K之熱質量。因此，如在檢視本發明中的前述實例後將理解，經加熱夾盤130之熱質量可充當能量之吸收體以在離子植入期間儲存植入能量，由此該儲存之植入能量可在工件118自離子植入設備101移除後自離子植入設備移除。
在一般實例中，工件118係在約20℃(例如，大致室溫)之溫度下裝載至經加熱夾盤130上。若工件118之溫度經允許在處於經加熱 夾盤130上時升高且工件之儲存能量相當於離子植入結束時的植入能量，則，平均地，經加熱夾盤之溫度將恆定，且當將工件自系統100移除時，工件將自離子植入系統帶出與在離子植入期間所沈積之能量一樣多的能量。
本發明有利地管理與經加熱夾盤130相關聯之此能量平衡。舉例而言，提供最大熱預算T budget (例如，在處理期間的工件之表面之預定最大溫度)(例如，T budget =100℃)，且工件之初始溫度T 0 係設置在20℃。因此，在本實例中，80℃之溫差T diff (例如，T budget -T 0 )可供用於其他變數，諸如儲存於工件118中之能量及穿過工件與經加熱夾盤130之間的熱阻之熱流。本發明將植入結束時的工件118之能量之改變有利地約束為大致等於在植入期間所沈積之植入能量。此係(例如)藉由將經加熱夾盤130預熱至大致等於工件118之最終預定溫度之溫度來實現。以此方式，經加熱夾盤130之平均溫度將大體上恆定，且工件118之溫度改變對於後續植入步驟將進一步保持大體上恆定。
為了獲得較佳理解，總熱預算T budget (例如，工件之最大表面溫度)可定義為：T budget =T 0 +Pd/k g +{[EDe]/[ρtC P ]}/n (1)，其中T 0 為工件118之初始溫度，Pd為離子束112之功率密度(例如，與熱預算T budget 相關聯之經計算參數)，k g 為自工件之表面、穿過氣體界面至夾盤130之熱導率(例如，k g =.083w/cm2/℃，在使用N2氣體之5托背面氣體壓力下)，E為植入能量(例如，以電子伏特表示)，D為植入物之劑量(例如，以離子/cm2表示)，e為電子電荷(例如，e=1.602×10-19庫侖)，ρ為工件 之密度(例如，對於習知矽晶圓，ρ=2.33g/cm3)，t為工件之厚度(例如，對於習知矽晶圓，t=0.07cm)，且C P 為工件在恆定壓力下之比熱容(例如，對於習知矽晶圓，C P =0.7J/gm/°K)。植入步驟之數目n表示特定工件118經處理以便在工件上達成所要劑量之離子的次數。
現將論述至工件118(例如，習知矽晶圓)中之實例離子植入，其中能量E=40,000eV、劑量D=1×1015離子/cm2以及ρtC P =0.114J/cm2/°K係已知的。針對工件之完成植入的工件118之總體溫度改變(ΔT max )係給定為劑量能量乘積(EDe)除以比熱，如ΔT max =[EDe]/[ρtC P ] (2)，其中，根據本實例，ΔT max =56.2℃。
為了判定應進行以對工件118充分植入而不超出程序邊界的植入步驟之數目n，基於植入之程序配方而提供預定預算值T recipe 。舉例而言，預定預算值T recipe 係基於與特定離子植入系統100相關聯之各種因數，諸如最大可允許射束電流、預期的能量損失、安全因數以及其他因數。在本實例中，預定預算值T recipe =30℃，但應注意，預定預算值可基於上述因數而變化。植入步驟之數目n因此係藉由將總體溫度改變ΔT max 除以預定預算值T recipe 來判定，且將此除法之結果捨入至最接近的整數。在以上實例中，植入步驟之數目n=2，此係因為56.2/30=1.873。
因此，預定溫差{T budget -(ΔT w +T 0 )}保持以考慮每一植入步驟的自工件118至經加熱夾盤130之溫度升高，其中ΔT w 係每一植入步驟的工件之溫度升高。在來自以上實例的例示性熱預算T budget =100℃及初始工件溫度T 0 =20℃之情況下，在熱預算中保持等於23.8℃之預定溫差{T budget -(ΔT w +T 0 )}。接著可判定經加熱夾盤130在植入之前應加熱至的預熱溫度T preheat ，其中T preheat =ΔT w+ T 0 (3)。
使用來自以上實例之圖式，經加熱夾盤130在開始植入序列之前應加熱至的預熱溫度T preheat 為76.2℃。
射束功率密度Pd之預算將為Pd=kg{T maa x-(ΔT w +T 0 )} (4)，其等於1.97瓦/cm2。
在利用例示性離子植入系統100(例如，由Axcelis Technologies(Beverly,Massachusetts)製造之Purion M或Purion H離子植入系統)之一例示性離子植入中，具有300mm之直徑之矽工件118曝露於具有100mm之直徑(例如，面積78.5cm2)且具有155瓦之最大功率及3.86mA之射束電流極限的離子束112。本實例中之植入面積為1720cm2，因此導致上文提供之實例中的72.5秒之植入時間。因此，此例示性植入程序之生產量將為46.4個工件每小時。因此，在本實例中之工件118之所要最終溫度為T budget =100℃之情況下，為了針對每一後續植入維持經加熱夾盤130之溫度處於平衡，本發明提供在開始植入之前將經加熱夾盤預熱至T preheat =76.2℃之初始預熱溫度。
因此，本發明允許工件118隨著工件自離子植入系統100移除而移除與植入相關聯之能量。應注意，在本實例中，總植入能量之小部分係隨工件118移除，此係因為大部分能量在工件經置放於經加熱夾盤130上且工件經加熱時進入工件118中。隨著植入繼續進行，工件118及經加熱 夾盤130之平均溫度將少量地升高，但當將工件自離子植入設備101移除時，與植入相關聯之能量亦根據本發明被有利地移除。
如上所述，若經計算之工件溫度升高ΔT w 經判定為(例如)過高，則植入可在多個步驟n中繼續進行，由此每一步驟將工件溫度升高維持在預定操作範圍內。因此，在每一植入步驟期間將取得除以步驟之數目n的總植入能量，由此工件在每一植入步驟之後冷卻回至T 0 (例如20℃)。在另一實例中，初始工件溫度T 0 亦可經由腔室138B內之預冷站而降低，由此熱預算可有效地增加。
本發明因此提供用於考慮與離子植入同時經添加至工件118之植入能量來維持經加熱夾盤130之溫度的系統及方法。因此，本發明提供比習知靜電夾盤系統及方法更通用之靜電夾盤系統及方法，由此當前所揭示之經加熱夾盤經建構以執行加熱植入以及所謂的「室溫」植入(例如，低於100℃之溫度)。
根據本發明之一例示性態樣，工件118經裝載至經加熱夾盤130上以用於所謂的「準室溫」植入(例如，工件溫度在60℃至100℃範圍內之離子植入)。預定量之能量將經由植入引入至工件118中，由此該預定量之能量將在工件自系統移除時自設備101有利地移除。換言之，進入工件118中的與離子植入相關聯之能量將在不使系統之溫度連續地增加之情況下自設備101移除。習知地，工件溫度及夾盤溫度繼續自植入漸升至後續植入(尤其在此等習知系統之啟動期間)，且植入間之此溫度改變成問題。
本發明因此維持經加熱夾盤130在離子植入設備101內之相對均勻溫度。舉例而言，氣體界面提供工件118(例如，相對小質量)與經 加熱夾盤130(例如，相對大質量)之間的導熱界面。因此，當工件118裝載至經加熱夾盤130上時，工件自經加熱夾盤吸收少量能量。當工件118經植入有來自離子束112之離子時，預定量之能量(例如，設備101中之總能量之若干百分比)被添加至工件。然而，根據本發明，此預定量之能量係在將工件自系統移除時自設備101移除。因此，工件118本身藉由自系統移除由離子束112賦予之能量而執行針對設備101之冷卻功能。舉例而言，工件118可在相對高溫下移除、置放於腔室138B中(且視情況在其中冷卻)，由此另一工件可經由腔室138A返回至設備101，從而重複該循環。
根據本發明之另一實例，舉例而言，劑量能量乘積除以工件118之熱質量將使工件之溫度維持低於約預定溫度升高(例如，大致5℃至10℃)。因此，當工件118在植入結束時自經加熱夾盤130移除時，工件本身會經歷預定溫度升高，但與預定溫度升高相關聯之能量係儲存於工件中且在將工件自系統移除後隨後自設備101移除。因此，程序可從另一工件118經裝載至經加熱夾盤130上重新開始，由此工件使溫度與植入同時增加預定溫度升高(例如，同樣，大致5℃至10℃)、接著自設備101移除，由此與預定溫度升高相關聯之能量將再次隨著額外工件自系統移除。
因此，本發明利用經處理之每一工件118自離子植入設備101移除平均植入能量，從而為後續植入維持大體上恆定溫度。工件118與經加熱夾盤130及相對大熱質量之經加熱夾盤之間的氣體界面有利地緩解與掃描工件之離子束112相關聯之功率的巨大瞬時峰值，由此提供至工件之植入能量之平均功率係藉由維持經加熱夾盤之預定溫度而減小。
舉例而言，在實質上較長植入(例如，高劑量植入)需要之 程序配方中，一旦工件118之溫度升高至預定最大值，工件即可自經加熱夾盤130移除且(例如)置放於腔室138B中，以便冷卻預定量，接著再次置放於經加熱夾盤130上，由此重複該程序。然而，應注意，當將工件118自設備101移除時，植入能量亦同樣自系統移除，從而不引起系統之溫度之增加。
在另一實例中，工件118與經加熱夾盤130之間的熱界面大體上防止經加熱夾盤之溫度之顯著增加，從而大體上維持經加熱夾盤之恆定溫度。儘管本發明嘗試維持經加熱夾盤130之大體上恆定溫度，但應考慮小溫度變化(例如，相對於工件118照顧10℃升高溫度的經加熱夾盤之溫度之0.5℃升高)。然而，經加熱夾盤130之小溫度變化係由嵌入於經加熱夾盤中之一或多個加熱器136來解釋，其中一或多個加熱器具有比由離子束112提供之功率高的功率損失。
本發明進一步預期將系統100用於所謂的「高溫植入」，由此經加熱夾盤130經加熱至大致300至600℃之高植入溫度。在此高溫植入中，工件118可在置放於經加熱夾盤130上之前進一步預熱至大致高植入溫度，由此將經預熱之工件118裝載至經加熱夾盤上且執行高溫植入。因此，本發明提供用於利用相同的經加熱夾盤130來執行準室溫植入以及高溫植入的系統及方法，從而提供在習知系統中先前未見到之通用性。
劑量能量乘積表示工件118之單位表面積之儲存能量。舉例而言，劑量經定義為離子束112之電流在時間上之積分。舉例而言，工件118之每平方公分表面所沈積之總能量可定義為劑量(例如，以原子/cm2為單位)乘以電子電荷、乘以離子束112之能量。熱質量為該表面至其深度 (例如，工件118之厚度)之熱質量。然而，工件118之厚度通常相對較小。舉例而言，工件118(諸如，具有300mm之直徑之矽晶圓)將吸收大致90焦耳之能量每℃。因此，300mm矽晶圓之熱回應為90焦耳之能量以產生1℃升高。本發明有利地管理工件118及經加熱夾盤130之熱回應，以使得能量之變化得以減輕。
舉例而言，為了取得對本發明之較佳理解，將提供習知植入之一實例。當習知離子植入系統啟動時，第一晶圓經裝載至低溫或環境溫度夾盤上，由此晶圓隨後植入有離子。因此，晶圓之溫度將由於植入而升高，且夾盤之溫度亦將升高。在第一晶圓經移除且下一個晶圓經裝載至夾盤上之後，夾盤之溫度在後續植入期間通常亦將升高。習知地，在達到夾盤上之平衡溫度之前，大致30至40個晶圓將被裝載至夾盤上且進行植入。跨晶圓批次的晶圓及夾盤之溫度的此變化並不合乎需要。
因此，根據本發明，判定平衡溫度，且在將工件118置放於經加熱夾盤130上之前，將該經加熱夾盤有利地預熱至平衡溫度。藉由判定平衡溫度及將經加熱夾盤130加熱至平衡溫度，熱流問題將自設備101除去，以使得對經加熱夾盤130之溫度之控制被有利地最佳化。然而，在一些情況下需要某一熱流，以便使控制系統穩定。然而，本發明有利地控制工件間之植入之平均溫度。
本發明系統及方法因此在開始植入之前判定平衡溫度，藉此在將離子植入至工件118中之同時管理熱系統，其中工件被認為熱系統之組件。本發明方法在將工件自系統移除時自系統移除預定量之能量，其中預定量之能量等於工件中所沈積之總植入能量。
舉例而言，本發明之方法判定經加熱夾盤130之平衡溫度，藉此大體上防止用於初始批次之工件118的熱夾盤之溫度之初始漸升。在一個實例中，工件118係在該工件處於初始溫度T 0 下(例如，該工件未經預熱)時裝載至經加熱夾盤130上。因而，當熱傳導經由導電氣體在工件118與經加熱夾盤130之間開始時，該工件在溫度上將自初始溫度T 0 增加至處理溫度。因此，一些能量由工件118自經加熱夾盤130吸收。當執行植入時，預定量之能量係經由離子束112而放回至工件118中，但此預定量之能量通常保持在工件中且在工件自經加熱夾盤卸載且自系統移除時自設備101移除。舉例而言，工件118(與經加熱夾盤130相比具有低熱質量)在經置放於經加熱夾盤上時快速地自經加熱夾盤吸引能量(以熱形式)，從而對經加熱夾盤沒有影響。
應理解，來自植入之大部分能量在植入開始之前經由氣體界面經轉移至經加熱夾盤130。舉例而言，藉由加熱夾盤130及工件，植入之能量之大部分在開始植入之前經轉移至工件118。熱最初自經加熱夾盤130流動至工件118，接著在植入過程期間經由工件流動至經加熱夾盤，在植入過程，熱轉移回至經加熱夾盤。在植入期間，植入能量之大部分流動通過工件、通過氣體界面，而後進入經加熱夾盤130中。
經加熱夾盤130本身具有至周圍環境之最小熱損失，其中此熱損失之大部分為輻射能量以及經由與經加熱夾盤相關聯之各種安裝夾具的最小導電損失。因此，經加熱夾盤130可被視為在離子植入設備101內熱隔絕，具有與此相關聯之預定熱損失。
舉例而言，經加熱夾盤130主要藉由輻射來冷卻，且可單獨 經由輻射而耗費幾個小時自植入溫度(例如，500℃)冷卻至室溫。舉例而言，每分鐘3℃之初始最大冷卻速率習知地被准許，此係因為經加熱夾盤130之較快冷卻可導致經加熱夾盤之破裂。當自高溫植入改變至準室溫植入時，經加熱夾盤130可在其冷卻時受加熱。一旦經加熱夾盤130達到大致400℃，來自輻射之熱損失劇烈地下降，且可允許該經加熱夾盤自然地冷卻，無需額外加熱。此冷卻程序可耗費相當長的時間。
根據本發明，藉由使工件118(其中不進行離子植入)有利地循環通過經加熱夾盤130，冷卻速率可保持不變。因此，大量之儲存能量可藉由使「低溫」工件118循環至經加熱夾盤上及離開經加熱夾盤以便冷卻經加熱夾盤130而自系統移除。
因此，本發明提供用於有利地控制與離子植入相關聯之總體熱程序的系統及方法。舉例而言，當將工件118裝載至經加熱夾盤130上時，工件將使經加熱夾盤冷卻預定量，以便吸收與工件之溫度升高至經加熱夾盤之溫度相關聯之量的能量。當對工件執行植入時，預定量之能量將經由離子束112沈積於工件118上。沈積於工件118上的預定量之能量足以使工件之溫度少量地升高，但不足以改變該程序。因此，當將工件118自離子植入設備101移除時，實質上全部的植入能量亦將經由工件自系統移除。在一個實例中，藉由工件118自離子植入設備101之移除而自該離子植入設備移除的能量大致等於劑量能量乘積除以工件之質量。本發明因此有利地判定工件118及經加熱夾盤130之預定溫度，以使得該能量不累積在經加熱夾盤上。
另一方面，在高溫植入(例如，300℃至600℃之溫度)中， 工件118係藉由輻射來冷卻，其中經加熱夾盤130在植入期間主動地加熱工件，且對經加熱夾盤之溫度之控制得以維持。在此高溫植入中，在工件118在整個植入中係經由經加熱夾盤130加熱之情況下，熱流由於此輻射而大得多。
對於高溫植入，熱能通常不自工件118轉移至經加熱夾盤130；實情為，所有熱能自經加熱夾盤轉移至工件。亦即，對於高溫植入，認為能量單向地轉移。儘管熱轉移對於高溫植入而言由於自離子束112沈積於工件118上之能量而可能不保持恆定，但工件與經加熱夾盤130之間的熱勢可變化，從而使自經加熱夾盤至工件之熱流變化。然而，在高溫植入中，能量轉移之方向為自經加熱夾盤130至工件118，而對於準室溫植入，能量轉移之方向在經加熱夾盤與工件之間係雙向的，同時將能量之淨轉移維持接近零。
因此，本發明之方法提供對與經加熱夾盤130相關聯之預定植入溫度的判定，及將經加熱夾盤加熱至預定植入溫度。工件118接著經轉移至經加熱夾盤130上，且背面氣體經啟動，由此工件自經加熱夾盤吸收預定量之能量。工件118接著植入有離子，由此預定量之植入能量經轉移回至經加熱夾盤130，其中預定量之植入能量大致等於由工件自經加熱夾盤吸收的預定量之能量，藉此將經加熱夾盤之溫度維持在預定範圍內。一旦植入完成，工件118即自經加熱夾盤130移除及自離子植入設備101移除，由此工件在其自系統移除後自系統移除任何剩餘植入能量。因此，與經加熱夾盤130相關聯之淨能量改變大致為零，或至少在與加熱經加熱夾盤相關聯之任何控制誤差的極限內。
因此，本發明進一步提供圖2中之方法200，其用於針對依序離子植入維持經加熱夾盤之實質上恆定之熱特性。應注意，雖然在本文中將例示性方法說明及描述為一系列動作或事件，但應瞭解，本發明不受此等動作或事件之所說明排序限制，如根據本發明，一些步驟可以與除本文所示且所述之外的其他步驟不同之次序發生及/或同時發生。另外，可並不需要所有所說明步驟來實施根據本發明之方法。此外，應瞭解，該等方法可如同與未說明之其他系統聯合一樣與本文所說明且所述之系統聯合實施。
如圖2中所說明，方法200自動作202開始，其中基於針對所要植入溫度的劑量能量乘積(EDe)除以工件之比熱而判定植入期間的工件之總體溫度改變(ΔT max )。在動作204中，基於針對植入之程序配方之預定預算值T recipe 而判定為了對工件充分地植入應採用之植入步驟之數目n。舉例而言，預定預算值Trecipe係基於與特定離子植入系統相關聯之各種因數，諸如最大可允許射束電流、預期的能量損失、安全因數以及其他因數。在動作204中判定的植入步驟之數目n係藉由將總體溫度改變ΔT max 除以預定預算值T recipe 來判定，且將此除法之結果捨入至最接近的整數。
在動作206中，判定用於加熱經加熱夾盤之預熱溫度T preheat ，且在動作208中，將經加熱夾盤加熱至預熱溫度T preheat 。在動作210中，將工件置放於第一腔室(例如，負載鎖定腔室)中。在動作212中，自第一腔室移除工件且將工件置放於處於預熱溫度T preheat 下之經加熱夾盤上。舉例而言，經由工件轉移設備將工件自第一腔室轉移至經加熱夾盤。在動作214中，經由經加熱夾盤加熱工件。在動作216中，執行植入之植入步驟n，且 在動作218中，將工件自經加熱夾盤移除，從而利用工件自系統移除植入能量。
在本發明之另一態樣中，圖3說明用於處理工件之另一方法300。如圖3中所說明，在動作302中，離子植入系統經建構以在第一植入模式及第二植入模式中之每一者下操作。在動作304中，基於離子植入系統之操作模式及與各別植入模式相關聯之熱預算來判定經加熱夾盤之預熱溫度。在動作306中，將經加熱夾盤進一步加熱至預熱溫度。在動作308中，將工件轉移至處理腔室中之經加熱夾盤上且加熱至預熱溫度。
在動作310中，根據各別第一植入模式或第二植入模式中之程序配方來對工件進行植入。在動作312中，將工件自經加熱夾盤移除且進一步自處理腔室移除，由此工件進一步自經加熱夾盤移除與離子植入相關聯之熱。
根據另一態樣，可使用控制器、通用電腦或基於處理器之系統中之一或多者中的電腦程式碼來實施前述方法。如圖4中所說明，提供根據另一具體實例之基於處理器之系統400的方塊圖。基於處理器之系統400為通用電腦平台且可用以實施本文中所論述之程序。基於處理器之系統400可包括處理單元402，諸如桌上型電腦、工作站、膝上型電腦或針對特定應用程式定製之專用單元。基於處理器之系統400可配備有顯示器418及一或多個輸入/輸出裝置420(諸如，滑鼠、鍵盤或印表機)。處理單元402可包括連接至匯流排410之中央處理單元(central processing unit；CPU)404、記憶體406、大容量儲存裝置408、視訊配接器412以及I/O介面414。
匯流排410可為任何類型之若干匯流排架構中之一或多 者，包括記憶體匯流排或記憶體控制器、周邊匯流排或視訊匯流排。CPU 404可包括任何類型之電子資料處理器，且記憶體406可包括任何類型之系統記憶體，諸如靜態隨機存取記憶體(static random access memory；SRAM)、動態隨機存取記憶體(dynamic random access mermory；DRAM)或唯讀記憶體(read-only memory；ROM)。
大容量儲存裝置408可包括經建構以儲存資料、程式以及其他資訊且使資料、程式以及其他資訊可經由匯流排410存取的任何類型之儲存裝置。舉例而言，大容量儲存裝置408可包括硬碟機、磁碟機或光碟機中之一或多者。
視訊配接器412及I/O介面414提供介面以將外部輸入及輸出裝置耦接至處理單元402。輸入及輸出裝置之實例包括耦接至視訊配接器412之顯示器418，及耦接至I/O介面414之I/O裝置420(諸如，滑鼠、鍵盤、印表機及其類似者)。其他裝置可耦接至處理單元402，且可利用額外的或較少的介面卡。舉例而言，串列介面卡(圖中未示)可用於為印表機提供串列介面。處理單元402亦可包括網路介面416，其可為至區域網路(local area network；LAN)或廣域網路(wide area network；WAN)422之有線鏈路，及/或無線鏈路。
應注意，基於處理器之系統400可包括其他組件。舉例而言，基於處理器之系統400可包括電力供應器、纜線、主機板、可卸除式儲存媒體、外殼及其類似者。此等其他組件(儘管未展示)應視為基於處理器之系統400之部分。
本發明之具體實例可諸如由藉由CPU 404執行之程式碼而 實施於基於處理器之系統400上。根據上述具體實例之各種方法可藉由程式碼來實施。因此，本文中省略明確論述。
此外，應注意，圖1中之各種模組及裝置可實施於圖4之一或多個基於處理器之系統400上且由基於處理器之系統來控制。不同模組及裝置之間的通信可視模組如何實施而變化。若模組係實施於一個基於處理器之系統400上，則資料可在針對不同步驟之程式碼藉由CPU 404執行之間保存在記憶體406或大容量儲存器408中。資料接著可藉由在各別步驟之執行期間CPU 404經由匯流排410存取記憶體406或大容量儲存器408而提供。若模組係實施於不同的基於處理器之系統400上，或若資料將自另一儲存系統(諸如，單獨資料庫)提供，則資料可經由I/O介面414或網路介面416在系統400之間提供。類似地，由裝置或儲存器提供之資料可藉由I/O介面414或網路介面416輸入至一或多個基於處理器之系統400中。一般熟習此項技術者將容易理解實施預期在變化之具體實例之範疇內之系統及方法時的其他變化及修改。
雖然已關於某一或某些較佳具體實例展示及描述了本發明，但顯而易見的，在閱讀及理解本說明書及隨附圖式之後，熟習此項技術者將想到等效更改及修改。特別就藉由上述組件(總成、裝置、電路等)執行之各種功能而言，術語(包括對「構件」之引用)用以描述此等組件意欲對應於(除非另外指示)執行所描述組件之指定功能(亦即，功能上等效)之任何組件，即使在結構上不等效於執行本發明之本文中所說明例示性具體實例中之功能的所揭示結構。另外，雖然可已關於若干具體實例中之僅一者揭示了本發明之特定特徵，但若需要且對任何給定或特定應用 有利，則此特徵可與其他具體實例之一或多個其他特徵組合。

Claims (20)

  1. 一種離子植入系統，其包含：一離子植入設備，其經建構以朝向一處理腔室導引一離子束；一第一腔室，其可操作地耦接至該處理腔室；一經加熱夾盤，其定位於該處理腔室內，其中該經加熱夾盤經建構以將一工件選擇性地夾持至該夾盤之一夾持表面；一加熱設備，其經建構以選擇性地加熱該經加熱夾盤之該夾持表面；一工件轉移設備，其經建構以在該經加熱夾盤與該第一腔室之間轉移該工件；以及一控制器，其經建構以經由該工件轉移設備在該經加熱夾盤與該第一腔室之間選擇性地轉移該工件，且其中該控制器經建構以選擇性地為該加熱設備供能以使該經加熱夾盤在一第一模式及一第二模式中之每一者下操作，其中在該第一模式下，該加熱設備將該夾持表面加熱至一第一溫度，且其中在該第二模式下，該加熱設備將該夾持表面加熱至一第二溫度，且其中該第一溫度係預定的且與一高溫離子植入相關聯，且其中該第二溫度與一準室溫(quasi-room temperature)離子植入相關聯，其中該控制器經建構以基於與該工件相關聯之一熱預算、與衝擊該工件之該離子束相關聯之一植入能量以及當該工件駐留於該第一腔室中時的該工件之一初始溫度中之一或多者來判定該第二溫度，其中該控制器經建構以在該第二模式下大體上維持該經加熱夾盤上之該第二溫度，且其中當該經加熱夾盤在該第二模式下操作時，將該工件自該經加熱夾盤轉移至該第一腔室大體上自該處理腔室移除該植入能量。
  2. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中該第一溫度大於約300℃且其中該第二溫度小於約100℃。
  3. 如申請專利範圍第2項之離子植入系統，其中該第一溫度約在300℃至600℃之範圍內，且其中該第二溫度約在20℃至100℃之範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中該加熱設備包含與該經加熱夾盤之該夾持表面相關聯之一或多個加熱器。
  5. 如申請專利範圍第4項之離子植入系統，其中該一或多個加熱器包含嵌入於該經加熱夾盤內之一或多個電阻式加熱器。
  6. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中該加熱設備包含經建構以選擇性地加熱該經加熱夾盤之該夾持表面之一輻射熱源。
  7. 如申請專利範圍第6項之離子植入系統，其中該輻射熱源包含一鹵素燈、發光二極體以及紅外線熱裝置中之一或多者。
  8. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其中該控制器經建構以基於與該工件相關聯之該熱預算、與衝擊該工件之該離子束相關聯之植入能量以及當該工件駐留於該第一腔室中時的該工件之該初始溫度中之全部來判定該第二溫度。
  9. 如申請專利範圍第1項之離子植入系統，其進一步包含經建構以支撐及冷卻該工件之一冷卻台板。
  10. 如申請專利範圍第9項之離子植入系統，其中該控制器進一步經建構以經由對該工件轉移設備之一控制而在該經加熱夾盤與該冷卻台板之間轉移該工件而不將離子植入至該工件中，由此該工件將熱自該經加熱夾盤轉移至該冷卻台板，藉此將該經加熱夾盤冷卻至與該第二溫度 相關聯之一冷卻溫度。
  11. 一種用於維持一離子植入系統中之溫度一致性之方法，該方法包含：判定一經加熱夾盤之一操作為在一第一模式及一第二模式中之一者下，其中該第一模式與在一第一溫度下至一工件中之一高溫離子植入相關聯，其中該第一溫度係預定的，且其中該第二模式與在一第二溫度下至該工件中之一準室溫離子植入相關聯；基於與該工件相關聯之一熱預算、與衝擊該工件之一離子束相關聯之一植入能量以及當該工件駐留於一第一腔室中時的該工件之一初始溫度中之一或多者來判定該第二溫度；當該離子植入系統在該第一模式下時，將該經加熱夾盤加熱至該第一溫度；當該離子植入系統之操作在該第二模式下時，將該經加熱夾盤加熱至該第二溫度；將該工件自該第一腔室轉移至該經加熱夾盤；將離子植入至該經加熱夾盤上之該工件中；以及將該工件自該經加熱夾盤轉移至該第一腔室，其中當該經加熱夾盤在該第二模式下操作時，大體上自該經加熱夾盤移除與離子至該工件中之該植入相關聯之植入能量。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其進一步包含：在該第一模式下操作該經加熱夾盤；以及將該經加熱夾盤之該操作自該第一模式改變至該第二模式，其中將該經加熱夾盤之該操作自該第一模式改變至該第二模式進一步包含： 提供處於與該第二溫度相關聯之一冷卻溫度下之一冷卻台板；以及使一或多個工件在該經加熱夾盤與該冷卻台板之間循環而不將離子植入至該一或多個工件中，由此該一或多個工件將熱自該經加熱夾盤轉移至該冷卻台板，藉此冷卻該經加熱夾盤。
  13. 如申請專利範圍第11項之方法，其中加熱該經加熱夾盤包含選擇性地為嵌入於該經加熱夾盤內之一或多個加熱器供能。
  14. 如申請專利範圍第11項之方法，其中加熱該經加熱夾盤包含輻射式地加熱該經加熱夾盤之一夾持表面。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中輻射式地加熱該經加熱夾盤之該夾持表面包含朝向一夾持表面導引一鹵素燈、發光二極體以及紅外線熱裝置中之一或多者。
  16. 一種離子植入系統，其包含：一離子植入設備，其經建構以朝向一處理腔室導引一離子束；一第一腔室，其可操作地耦接至該處理腔室；一經加熱夾盤，其定位於該處理腔室內，其中該經加熱夾盤經建構以將一工件選擇性地夾持至該夾盤之一夾持表面，其中該經加熱夾盤包含經建構以選擇性地加熱該經加熱夾盤之該夾持表面之一加熱設備；一工件轉移設備，其經建構以在該經加熱夾盤與該第一腔室之間轉移該工件；以及一控制器，其經建構以經由該工件轉移設備在該經加熱夾盤與該第一腔室之間選擇性地轉移該工件，且其中該控制器經建構以選擇性地為該加熱設備供能以使該經加熱夾盤在一第一模式及一第二模式中之每一者 下操作，其中在該第一模式下，該加熱設備將該夾持表面加熱至一第一溫度，且其中在該第二模式下，該加熱設備將該夾持表面加熱至一第二溫度，且其中該第一溫度係預定的且與一高溫離子植入相關聯，且其中該第二溫度與一準室溫離子植入相關聯，其中該控制器經建構以基於與該工件相關聯之一熱預算、與衝擊該工件之該離子束相關聯之一植入能量以及當該工件駐留於該第一腔室中時的該工件之一初始溫度來判定該第二溫度，其中該控制器經建構以在該第二模式下大體上維持該經加熱夾盤上之該第二溫度，且其中當該經加熱夾盤在該第二模式下操作時，將該工件自該經加熱夾盤轉移至該第一腔室大體上自該處理腔室移除該植入能量。
  17. 如申請專利範圍第16項之離子植入系統，其中該第一溫度約在300℃至600℃之範圍內，且其中該第二溫度約在20℃至100℃之範圍內。
  18. 如申請專利範圍第16項之離子植入系統，其中該加熱設備包含嵌入於該經加熱夾盤內且與該經加熱夾盤之該夾持表面相關聯之一或多個電阻式加熱器。
  19. 如申請專利範圍第16項之離子植入系統，其進一步包含經建構以支撐及冷卻該工件之一冷卻台板。
  20. 如申請專利範圍第19項之離子植入系統，其中該控制器進一步經建構以經由對該工件轉移設備之一控制而在該經加熱夾盤與該冷卻台板之間轉移該工件而不將離子植入至該工件中，由此該工件將熱自該經加熱夾盤轉移至該冷卻台板，藉此將該經加熱夾盤冷卻至與該第二溫度相關聯之一冷卻溫度。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102356531B1 (ko) * 2016-06-02 2022-01-27 액셀리스 테크놀러지스, 인크. 웨이퍼를 가열 또는 냉각하기 위한 장치 및 방법
US10128084B1 (en) * 2017-09-18 2018-11-13 Axcelis Technologies, Inc. Wafer temperature control with consideration to beam power input
US10903097B2 (en) * 2018-03-30 2021-01-26 Axcelis Technologies, Inc. In-situ wafer temperature measurement and control
JP2020013905A (ja) * 2018-07-18 2020-01-23 住友重機械イオンテクノロジー株式会社 イオン注入方法およびイオン注入装置
TWI805618B (zh) * 2018-09-19 2023-06-21 美商艾克塞利斯科技公司 具有藉由考慮射束功率輸入的晶圓溫度控制的離子植入系統和方法
JP7130127B2 (ja) * 2018-11-06 2022-09-02 エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． 荷電粒子ビーム装置内のウェーハを熱調節するためのシステム及び方法
US11554445B2 (en) 2018-12-17 2023-01-17 Applied Materials, Inc. Methods for controlling etch depth by localized heating
TWI776371B (zh) * 2020-01-30 2022-09-01 漢辰科技股份有限公司 用於在具有離子佈植機和處理站的離子佈植系統中控制晶圓溫度的方法、儲存一或多個程式的非暫態電腦可讀取儲存媒體以及離子佈植系統
JP6842225B1 (ja) * 2020-11-12 2021-03-17 ハイソル株式会社 チャックユニット及びチャックユニットの温度制御方法
US20220165592A1 (en) * 2020-11-24 2022-05-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor device manufacturing system and method for manufacturing semiconductor device

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060038925A (ko) * 2003-05-07 2006-05-04 액셀리스 테크놀러지스, 인크. 광역온도범위의 척 시스템
US7935942B2 (en) * 2006-08-15 2011-05-03 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Technique for low-temperature ion implantation
US20090084988A1 (en) * 2007-09-27 2009-04-02 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Single wafer implanter for silicon-on-insulator wafer fabrication
US9558980B2 (en) * 2008-04-30 2017-01-31 Axcelis Technologies, Inc. Vapor compression refrigeration chuck for ion implanters
US8227768B2 (en) * 2008-06-25 2012-07-24 Axcelis Technologies, Inc. Low-inertia multi-axis multi-directional mechanically scanned ion implantation system
JP5806300B2 (ja) * 2010-06-08 2015-11-10 アクセリス テクノロジーズ， インコーポレイテッド 加熱環状チャック
US8592786B2 (en) * 2012-03-23 2013-11-26 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Platen clamping surface monitoring
US9711324B2 (en) * 2012-05-31 2017-07-18 Axcelis Technologies, Inc. Inert atmospheric pressure pre-chill and post-heat
US9236216B2 (en) * 2012-08-03 2016-01-12 Axcelis Technologies, Inc. In-vacuum high speed pre-chill and post-heat stations
JP6267201B2 (ja) * 2013-10-02 2018-01-24 アクセリス テクノロジーズ， インコーポレイテッド 真空下での高速前冷却および後加熱ステーション
US20150228514A1 (en) * 2014-02-12 2015-08-13 Axcelis Technologies, Inc. Multi Fluid Cooling System for Large Temperature Range Chuck
US20160149733A1 (en) * 2014-11-26 2016-05-26 Applied Materials, Inc. Control architecture for devices in an rf environment
KR102356531B1 (ko) * 2016-06-02 2022-01-27 액셀리스 테크놀러지스, 인크. 웨이퍼를 가열 또는 냉각하기 위한 장치 및 방법

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