(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その上に少なくとも１つの半導体ウェハをそれぞれ含む、複数のウェハプレートをその中に格納するように構成されたロードロックチャンバと、
前記ロードロックチャンバに気密封止して連結され、その中に現在搬入されている前記複数のウェハプレートの１つの上にある半導体ウェハ中にイオン種を注入するように構成されたイオン注入ターゲットチャンバと、
前記複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートを、前記ロードロックチャンバから前記イオン注入ターゲットチャンバ内に搬入するように構成された、前記ロードロックチャンバ内の搬入アセンブリと
を備え、
前記次のウェハプレートが前記ロードロックチャンバから前記イオン注入ターゲットチャンバ内に搬入される間、前記イオン注入ターゲットチャンバが前記イオン注入ターゲットチャンバ内の基準点の現在温度をほぼ維持するように、前記次のウェハプレートを前記イオン注入ターゲットチャンバ内に搬入する前に、前記ロードロックチャンバは、前記イオン注入ターゲットチャンバの現在温度に基づいて、前記ロードロックチャンバ内の少なくとも前記次のウェハプレートを予熱するように構成されることを特徴とする半導体デバイス製造装置。
【請求項２】
前記搬入アセンブリは、前記イオン注入ターゲットチャンバを減圧せずに、前記複数のウェハプレートのうちの前記次のウェハプレートを、前記ロードロックチャンバから前記イオン注入ターゲットチャンバ内に搬入するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記搬入アセンブリはさらに、前記半導体ウェハ中への前記イオン種の注入に応答して、前記イオン注入ターゲットチャンバの温度および／または圧力をほぼ維持しながら、前記複数のウェハプレートのうちの前記現在搬入されているウェハプレートを、前記イオン注入ターゲットチャンバから前記ロードロックチャンバ内に搬出するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記イオン注入ターゲットチャンバは、前記複数のウェハプレートのうちの前記現在搬入されているウェハプレートの上にある前記半導体ウェハ中に第１の所望のイオン種を注入し、前記複数のウェハプレートのうちの前記次のウェハプレートの上にある半導体ウェハ中に第２の所望のイオン種を注入するように構成されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記複数のウェハプレートを保持するように構成された、前記ロードロックチャンバ内のカセットと、
前記複数のウェハプレートを前記搬入アセンブリに連続してもたらすように構成された、前記ロードロックチャンバ内のカセット前進アセンブリとをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記カセットは、前記複数のウェハプレートのそれぞれを保持するように構成された複数の溝を備え、前記複数の溝は、前記カセットから前記複数のウェハプレートを搬入かつ／または搬出しやすくするように構成された摩擦の少ない表面で被覆されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記カセット前進アセンブリは、第１の軸に沿って前記カセットを移動させて、前記複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートを前記搬入アセンブリにもたらすように構成されたカセット移動アームを備えることを特徴とする請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記搬入アセンブリは、前記第１の軸にほぼ垂直な第２の軸に沿って移動して、前記複数のウェハプレートのうちの前記次のウェハプレートを、前記ロードロックチャンバから前記イオン注入ターゲットチャンバ内に搬入するように構成された細長い搬入アームを備えることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記ロードロックチャンバは、前記細長い搬入アームを収容するように構成された第１の細長い部分と、前記カセット移動アームを収容するように構成された第２の細長い部分とを含み、さらに、
前記ロードロックチャンバの外側に、前記第１および／または第２の細長い部分に隣接して、前記細長い搬入アームおよび／または前記カセット移動アームを磁気的に作動させて、前記イオン注入ターゲットチャンバを減圧せずにそれらのアームの移動を誘起するように構成された少なくとも１つの磁石を備えることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数のウェハプレートの１つまたは複数を予熱するように構成された、前記ロードロックチャンバ内の発熱体をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数のウェハプレートの少なくとも１つは、その上にある前記少なくとも１つの半導体ウェハの下に、そこを貫通して延びる開口を含み、前記開口は、前記少なくとも１つの半導体ウェハの寸法よりも小さい少なくとも１つの寸法を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記複数のウェハプレートの前記少なくとも１つは、その中に前記開口の外周に隣接する複数の孔と、前記複数の孔のそれぞれからそれぞれ延び、前記少なくとも１つの半導体ウェハを、前記開口に隣接してそこに取外し可能に取り付けるように構成された複数のワイヤクリップとをさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
その中に現在搬入されている前記複数のウェハプレートの１つの上にある半導体ウェハを、前記複数のウェハプレートの前記１つにある前記開口から加熱するように構成された、前記イオン注入ターゲットチャンバ内の発熱体をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記搬入アセンブリは、そこから延びる鍵部を有する細長いアームを含み、前記複数のウェハプレートの前記少なくとも１つは、その一端に、前記搬入アセンブリの前記鍵部と対合可能に嵌合するように適合された鍵穴を含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記搬入アセンブリの前記細長いアームは、そこから延びる前記鍵部を前記鍵穴中に係止させて、前記複数のウェハプレートの前記少なくとも１つを前記細長いアームに固定し、それによって前記複数のウェハプレートの前記少なくとも１つを、前記イオンターゲットチャンバ内に搬入しやすくするように回転可能であることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記イオン注入ターゲットチャンバの壁にあり、前記イオン注入ターゲットチャンバ内の、前記複数のウェハプレートのうちの前記現在搬入されているウェハプレートの上にある半導体ウェハの熱放射率の測定を十分可能とする透明度を有する窓をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記窓は、約８ミクロン波長までの範囲の赤外光に対して透明度を有するフッ化カルシウム（ＣａＦ２）を含むことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
その上に少なくとも１つの半導体ウェハをそれぞれ含む複数のウェハプレートの１つを、ロードロックチャンバから、そこに気密封止して連結されたイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入すること、
前記イオン注入ターゲットチャンバ内の、前記複数のウェハプレートのうちの現在搬入されているウェハプレートの上にある前記少なくとも１つの半導体ウェハ中に、所望のイオン種を所望の温度および／または圧力で注入すること、
前記複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートを前記イオン注入ターゲットチャンバ内に搬入する前に、前記ロードロックチャンバ内の、前記複数のウェハのうちの次のウェハを前記イオンチャンバの現在温度に基づいて予熱すること、
前記複数のウェハプレートのうちの前記次のウェハプレートを、前記ロードロックチャンバから前記イオン注入ターゲットチャンバ内に搬入すること、および、
前記複数のウェハプレートのうちの前記次のウェハプレートを前記ロードロックチャンバから前記イオン注入ターゲットチャンバ内に搬入する間、前記イオン注入ターゲットチャンバ内の基準点となる現在温度をほぼ維持すること
を含むことを特徴とする半導体デバイスを製造する方法。
【請求項１９】
前記複数のウェハプレートのうちの前記次のウェハプレートを搬入することは、前記イオン注入ターゲットチャンバを減圧せずに実施されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記所望のイオン種を注入した後に、前記所望のイオン種の注入に応答して、前記イオン注入ターゲットチャンバの現在温度および／または圧力をほぼ維持しながら、前記複数のウェハプレートのうちの前記現在搬入されているウェハプレートを、前記イオン注入ターゲットチャンバから前記ロードロックチャンバ内に搬出することをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記所望のイオン種を注入することは、前記複数のウェハプレートのうちの前記現在搬入されているウェハプレートの上にある前記少なくとも１つの半導体ウェハ中に、第１の所望のイオン種を注入することを含み、さらに、
前記複数のウェハプレートのうちの前記次のウェハプレートの、前記イオン注入ターゲットチャンバ内への搬入に応答して、前記複数のウェハプレートのうちの前記次のウェハプレートの上にある少なくとも１つの半導体ウェハ中に、第２の所望のイオン種を注入することを含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記イオン注入ターゲットチャンバ内の、前記複数のウェハプレートのうちの前記現在搬入されているウェハプレートの上にある前記少なくとも１つの半導体ウェハを、前記少なくとも１つの半導体ウェハの下にある、前記複数のウェハプレートのうちの前記現在搬入されているウェハプレートにある開口から加熱することをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記イオン注入ターゲットチャンバ内の、現在搬入されている前記複数のウェハプレートの１つの上にある半導体ウェハの熱放射率を、前記イオン注入ターゲットチャンバのフッ化カルシウム（ＣａＦ２）窓を介して測定すること、および、前記測定された熱放射率を前記半導体ウェハの現在の表面温度に相関させることをさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、半導体デバイスに関し、より詳細には、半導体デバイスを製造するためのイオン注入装置、および関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入（ion implantation）は、ウェハに特定のドーパントを加えることによって、半導体ウェハの電子的特性を変化させるために使用することができる半導体デバイス製造技術である。より詳細には、従来のイオン注入では、ウェハ中に注入すべき所望のイオン種をイオン化し、所定の運動エネルギーまで加速させ、イオンビームとして、イオン注入ターゲットチャンバ内に搬入された半導体ウェハの表面に向けて当てることができる。この所定の運動エネルギーに基づいて、所望のイオン種を半導体ウェハ中にある深さまで浸透させることができる。このように、イオンを半導体ウェハ中に埋め込む（すなわち、注入する）ことができ、それによって、半導体ウェハの電気的特性を変えることができる。
【０００３】
いくつかの材料では、比較的高温（例えば、１８００℃まで）でのイオン注入によって、損傷回復、構造改変、化学反応の増大、および／または注入元素の拡散強化などのいくつかの利点を実現することができる。例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板中への高温イオン注入は、室温でのイオン注入に比べて、注入種の活性化効率の向上、注入層のシート抵抗の低下、キャリヤ移動度の高速化、および／または、炭化ケイ素基板に対する損傷の低減を実現することができる。イオン注入は、通常、真空で実施されるので、比較的高い温度を実現するために、いくつかの方法が使用されている。例えば、タングステンワイヤおよび／またはグラファイトフィルムなどの抵抗発熱体を用いて、イオン注入ターゲットチャンバ内のかかる温度上昇を実現することができる。また、タングステンランプを用いてイオン注入ターゲットチャンバ内の温度を上昇させることもできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の半導体ウェハ製造では、半導体ウェハは、イオン注入チャンバに隣接するロードロックチャンバ内のウェハ保持プレート上に格納することができる。各ウェハ保持プレートは、その上にある１つ（または複数）の半導体ウェハ中にイオン注入するために、ロードロックチャンバからイオン注入チャンバ内に個々に搬入（load）することができ、イオン注入が完了すると、ロードロックチャンバ内に搬出（unload）して戻すことができる。したがって、現在あるウェハプレートを搬出し、次のウェハプレートをチャンバ内に搬入するには、イオン注入ターゲットチャンバを開ける必要が生じ得る。より詳細には、チャンバ圧力および温度を降下させて現在あるウェハプレートを搬出し、次のウェハプレートを搬入し、次いで次のウェハプレート上にある半導体ウェハ中に注入するために所望の圧力および／または温度まで再び上昇させることとなり得る。これは、時間のかかる工程となり得、イオン注入システムのスループット時間に影響を及ぼし得る。
【０００５】
また、従来のイオン注入システムにおける、比較的高温でのイオン注入では、石英（quartz）ウェハ保持プレートを用いて半導体ウェハを保持することができる。半導体ウェハは、石英ロッドから形成されたクリップによって石英ウェハ保持プレートに取り付けることができる。しかし、この石英クリップは、石英プレートを溶融させることによって石英プレートに取り付けられることがあり、その結果、石英プレートに反りが生じ得る。また、石英クリップは、注入すべき半導体ウェハのかなりの領域をマスクするおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のいくつかの実施形態によれば、半導体デバイス製造装置は、ロードロックチャンバ（load lock chamber）と、ロードロックチャンバ内の搬入アセンブリと、ロードロックチャンバに気密封止して連結されたイオン注入ターゲットチャンバとを含む。ロードロックチャンバは、複数のウェハプレートを格納するように構成されている。各ウェハプレートは、その上に少なくとも１つの半導体ウェハをそれぞれ含む。イオン注入ターゲットチャンバは、その中に現在搬入されている、複数のウェハプレートの１つの上にある半導体ウェハ中にイオン種を注入するように構成されている。搬入アセンブリはまた、複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートを、ロードロックチャンバからイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入するように構成されている。例えば、搬入アセンブリは、イオン注入ターゲットチャンバ内の基準点となる現在温度をほぼ維持しながら、複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートを、ロードロックチャンバからイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入するように構成することができる。また、この搬入アセンブリは、イオン注入ターゲットチャンバを減圧せずに、複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートを搬入するように構成することができる。
【０００７】
いくつかの実施形態では、搬入アセンブリはさらに、イオン注入ターゲットチャンバの温度および／または圧力をほぼ維持しながら、複数のウェハプレートのうちの現在搬入されているウェハプレートを、イオン注入ターゲットチャンバからロードロックチャンバ内に搬出するように構成することができる。搬入アセンブリは、その上にある半導体ウェハ中へのイオン種の注入に応答して、複数のウェハプレートのうちの現在搬入されているウェハプレートを搬出するように構成することができる。
【０００８】
他の実施形態では、イオン注入ターゲットチャンバは、複数のウェハプレートのうちの現在搬入されているウェハプレートの上にある半導体ウェハ中に、第１の所望のイオン種を注入するように構成することができる。さらに、イオン注入ターゲットチャンバは、その中への、複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートの搬入に応答して、その複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートの上にある半導体ウェハ中に、第２の所望のイオン種を注入するように構成することができる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、半導体デバイス製造装置はまた、ロードロックチャンバ内に、複数のウェハプレートを保持するように構成されたカセットを含むことができる。より詳細には、このカセットは、複数のウェハプレートのそれぞれを保持するように構成された複数の溝（grooves）を含むことができる。これら複数の溝は、カセットから複数のウェハプレートを搬入かつ／または搬出しやすくするように構成された摩擦の少ない表面で被覆することができる。
【００１０】
他の実施形態では、半導体デバイス製造装置は、ロードロックチャンバ内にカセット前進アセンブリ（cassette advancing assembly）をさらに含むことができる。このカセット前進アセンブリは、複数のウェハプレートを搬入アセンブリに連続して供給するように構成することができる。より詳細には、このカセット前進アセンブリは、第１の軸に沿ってカセットを移動させて、複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートを搬入アセンブリに供給するように構成されたカセット移動アーム（cassette movement arm）を含むことができる。さらに、この搬入アセンブリは、細長い搬入アーム（elongated loading arm）を含むことができる。この細長い搬入アームは、第１の軸にほぼ垂直な第２の軸に沿って移動して、複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートを、ロードロックチャンバからイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入するように構成することができる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、ロードロックチャンバは、細長い搬入アームを収容するように構成された第１の細長い部分と、カセット移動アームを収容するように構成された第２の細長い部分とを含むことができる。ロードロックチャンバの外側の、その第１および／または第２の細長い部分に隣接する少なくとも１つの磁石は、細長い搬入アームおよび／またはカセット移動アームを磁気的に作動させて、イオン注入ターゲットチャンバを減圧せずにそれらのアームを移動させることが可能となるように構成することができる。
【００１２】
いくつかの実施形態では、ロードロックチャンバは、イオン注入ターゲットチャンバの現在温度に基づいて、その中の複数のウェハプレートのうちの少なくとも次のウェハプレートの予熱を可能とするように構成することができる。例えば、ロードロックチャンバは、ウェハプレートの１つまたは複数を予熱するように構成された発熱体（heating element）をその中に含むことができる。
【００１３】
他の実施形態では、複数のウェハプレートのうちの少なくとも１つは、その上にある少なくとも１つの半導体ウェハの下に、そこを貫通して延びる開口を含むことができる。この開口は、少なくとも１つの半導体ウェハの寸法よりも小さい少なくとも１つの寸法（dimension）を有することができる。さらに、イオン注入ターゲットチャンバは、その中に現在搬入されている、複数のウェハプレートのうちの１つの上にある半導体ウェハを、その複数のウェハプレートのうちの１つの開口から加熱するように構成された発熱体を含むことができる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、複数のウェハプレートのうちの少なくとも１つは、その中の開口の外周に隣接する複数の孔と、それらの複数の孔のそれぞれからそれぞれ延びる複数のワイヤクリップ（wire clips）とをさらに含むことができる。複数のワイヤクリップは、少なくとも１つの半導体ウェハを、開口に隣接してウェハプレートに取外し可能に取り付けるように構成することができる。
【００１５】
他の実施形態では、搬入アセンブリは、そこから延びる鍵部を有する細長いアームを含むことができ、複数のウェハプレートのうちの少なくとも１つは、その一端に、搬入アセンブリの鍵部と対合可能に嵌合する（matably interface）ように適合された鍵穴を含むことができる。したがって、搬入アセンブリの細長いアームは、そこから延びる鍵部を鍵穴中に係止させて、複数のウェハプレートのうちの少なくとも１つを細長いアームに固定するように回転可能とすることができる。こうすることによって、複数のウェハプレートのうちの少なくとも１つを、イオン注入ターゲットチャンバ内に搬入しやすくすることができる。
【００１６】
いくつかの実施形態では、半導体デバイス製造装置はまた、イオン注入ターゲットチャンバの壁に窓を含むことができる。この窓は、イオン注入ターゲットチャンバ内の、複数のウェハプレートのうちの現在搬入されているウェハプレートの上にある半導体ウェハの熱放射率の測定を十分可能とする透明度を有することができる。例えば、この窓は、約８ミクロン波長までの範囲の赤外光に対して透明度を有するフッ化カルシウム（ＣａＦ2）で形成することができる。
【００１７】
本発明の他の実施形態によれば、半導体デバイス製造装置は、その上に半導体ウェハを保持するように構成されたウェハ保持プレートと、ウェハ保持プレートに取外し可能に取り付けられた複数のクリップとを含む。これらの複数のクリップは、半導体ウェハをウェハ保持プレートに取外し可能に取り付けるように構成されている。
【００１８】
いくつかの実施形態では、ウェハ保持プレートは、その上にある半導体ウェハの外周に隣接する複数の孔をその中に含むことができる。複数のクリップは、それらの複数の孔のそれぞれからそれぞれ延びることができる。ウェハ保持プレートは、第１の材料で形成することができ、複数のクリップは、第１の材料よりも優れた可撓性（flexibility）を有する第２の材料で形成することができる。例えば、ウェハ保持プレートは、石英プレートとすることができ、複数のクリップは、タンタル（Ｔａ）ワイヤクリップとすることができる。
【００１９】
他の実施形態では、複数のクリップは、半導体ウェハとの熱接触および／または化学反応を低減するように寸法設定し、構成することができる。例えば、複数のクリップは、約０．５ｍｍ未満の直径を有する複数のワイヤクリップとすることができる。さらに、複数の孔は、複数のクリップのそれぞれについて少なくとも２つの孔を含むことができ、複数のワイヤクリップは、それらの少なくとも２つの孔を通り抜けて、それらの複数のワイヤクリップをウェハ保持プレートに固定するようにそれぞれ構成することができる。
【００２０】
いくつかの実施形態では、複数の孔は、半導体ウェハの外周に隣接する第１および第２の孔を含むことができる。第１および第２の孔は、半導体ウェハの中心に対して約１８０度未満で離隔させることができる。
【００２１】
他の実施形態では、複数の孔は、半導体ウェハの外周に隣接する第１、第２、および第３の孔を含むことができる。第１および第２の孔は、半導体ウェハの中心に対して約１８０度離隔させることができる。第３の孔は、第１の孔と第２の孔との間とすることができ、それらの孔から、半導体ウェハの中心に対して約９０度それぞれ離隔させることができる。
【００２２】
いくつかの実施形態では、ウェハ保持プレートは、半導体ウェハの下に、そこを貫通して延びる開口をさらに含むことができる。この開口は、半導体ウェハの寸法よりも小さい少なくとも１つの寸法を有することができる。ウェハ保持プレート中のこの開口は、そこから半導体ウェハを直接加熱することが可能となるように寸法設定し、構成することができる。例えば、ウェハ保持プレートの開口は、半導体ウェハの直径よりも小さいが、それとほぼ同様の直径を有することができる。
【００２３】
他の実施形態では、ウェハ保持プレートは、その一端に鍵穴を含むことができる。この鍵穴は、ウェハ保持プレートをイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入するように構成された搬入アセンブリと対合可能に嵌合するように適合させることができる。
【００２４】
本発明の他の実施形態によれば、半導体デバイスを製造する方法は、複数のウェハプレートの１つを、ロードロックチャンバから、ロードロックチャンバに気密封止して連結されたイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入することを含む。複数のウェハプレートは、その上に少なくとも１つの半導体ウェハをそれぞれ含む。イオン注入ターゲットチャンバ内の、複数のウェハプレートのうちの現在搬入されているウェハプレートの上にある少なくとも１つの半導体ウェハ中に、所望のイオン種を、所望の温度および／または圧力で注入する。所望のイオン種の注入に応答して、複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートが、ロードロックチャンバからイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入される。例えば、複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートは、イオン注入ターゲットチャンバ内の基準点となる現在温度をほぼ維持しながら搬入することができる。また、複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートは、イオン注入ターゲットチャンバを減圧せずに搬入することができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、複数のウェハプレートのうちの現在搬入されているウェハプレートは、その中への所望のイオン種の注入に応答して、イオン注入ターゲットチャンバからロードロックチャンバ内に搬出することができる。複数のウェハプレートのうちの現在搬入されているウェハプレートは、イオン注入ターゲットチャンバの現在温度および／または圧力をほぼ維持しながら搬出することができる。
【００２６】
他の実施形態では、複数のウェハプレートのうちの現在搬入されているウェハプレートの上にある半導体ウェハ中に、第１の所望のイオン種を注入することができる。複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートの、イオン注入ターゲットチャンバ内への搬入に応答して、複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートの上にある半導体ウェハ中に、第２の所望のイオン種を注入することができる。
【００２７】
いくつかの実施形態では、複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートをイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入する前に、そのロードロックチャンバ内にある複数のウェハのうちの次のウェハを予熱することができる。
【００２８】
他の実施形態では、イオン注入ターゲットチャンバ内の、複数のウェハプレートのうちの現在搬入されているウェハプレートの上にある半導体ウェハを、複数のウェハプレートのうちの現在搬入されているウェハプレートにある開口から加熱することができる。この開口は、複数のウェハプレートのうちの現在搬入されているウェハプレートの上にある少なくとも１つの半導体ウェハの下に位置することができる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、複数のウェハプレートのうちの現在搬入されているウェハプレートの上にある半導体ウェハの熱放射率を、イオン注入ターゲットチャンバのフッ化カルシウム（ＣａＦ2）窓を介して測定することができる。測定された熱放射率は、半導体ウェハの現在の表面温度に相関し得る。
【００３０】
本発明の上記その他の特徴は、本発明の好ましい実施形態および代替実施形態のどちらも説明する以下の詳細な説明および添付の図面を考慮すると、当業者には明白となるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
次に、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照しながら、本発明を以下でより完全に説明する。しかし、本発明は、本明細書に記載する実施形態のみに限定されるものと解釈すべきではない。そうではなく、以下の実施形態は、この開示を網羅的かつ完璧なものとし、本発明の範囲を当業者に完全に伝えるために示すものである。図面では、層および領域の厚さは、分かりやすいように誇張してある。同じ番号は、全体を通して同じ要素を指す。
【００３２】
本明細書では、「第１の」、「第２の」などの用語を用いて様々な要素を説明することがあるが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきものではないことが理解されよう。これらの用語は、ある要素を別の要素から区別するために使用するにすぎない。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と呼ぶことができ、同様に、第２の要素を第１の要素と呼ぶこともできる。
【００３３】
本明細書において本発明の説明に使用する用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、本発明を限定するものではない。本発明の説明および添付の特許請求の範囲では、単数形「１つの（a, an）」、および「その（the）」は、文脈において別段の明白な指示がない限り、複数形も同様に含むものである。また、本明細書では、「および／または（and/or）」は、列挙された関連する品目の１つまたは複数の考えられ得る任意の、およびあらゆる組合せを指し、包含するものであることが理解されよう。さらに、用語「備える（comprises）」および／または「備えている（comprising）」は、本明細書では、記載された特徴、実体物（integer）、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を明示するが、１つまたは複数の他の特徴、実体物、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を排除するものではないことが理解されよう。
【００３４】
本発明の理想化された実施形態の概略図である断面図を参照しながら、本発明の実施形態を本明細書にて説明する。したがって、例えば、製造技術および／または製造公差の結果による、例示の図の形状からの変形形態が予想されるものである。したがって、本発明の実施形態は、本明細書に記載の特定の領域形状に限られるものと解釈すべきではなく、例えば製造から生じる形状の偏差も含むものである。例えば、長方形ウィルとして例示する注入領域は、典型的には、丸まった、または湾曲した形状を有し、かつ／または、その縁部では、注入領域から非注入領域への二元変化（binary change）ではなく、注入濃度の傾斜（gradient）を有する。同様に、注入によって形成される埋込み領域は、その埋込み領域と、注入がそこから行われる表面との間の領域に幾分かの注入をもたらすことになり得る。したがって、図に示す領域は概略的な性質のものであり、それらの形状は、デバイスの実際の領域形状を示すものではなく、また、本発明の範囲を限定するものでもない。
【００３５】
本発明の実施形態を開示する際に使用する用語は全て、別段の定義がない限り、技術的および科学的用語を含めて、本発明が属する分野の当業者によって一般に理解されている意味と同じ意味を有し、必ずしも本発明が記載された時期に知られている特定の定義のみに限定されるものではない。したがって、これらの用語は、かかる時期以後に生成された等価な用語を含み得る。さらに、一般に使用されている辞書に定義されているものなどの用語は、本明細書および関連技術の例における意味と一致する意味を有するものとして解釈すべきであり、本明細書にて明白にそのように定義されない限り、理想化された、または過度に形式的な意味で解釈すべきものではないことが理解されよう。本明細書において言及する刊行物、特許出願、特許、および他の引用文献は全て、その全体が参照により組み込まれる。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態は、ウェハ保持プレートの搬入と搬出の間で、イオン注入ターゲットチャンバの温度および／または圧力を降下させなければならないことが、イオン注入工程のスループットにおける制限要因となり得るという製造観点からの認識から生じたものである。したがって、本発明の実施形態は、イオン注入ターゲットチャンバを開けずに、半導体ウェハをターゲットチャンバ内に連続して搬入する能力を有する、イオン注入用の高温ステージを実現することができる。したがって、各ウェハを搬入する間、イオン注入ターゲットチャンバの圧力および／または温度を降下させずに、半導体ウェハをチャンバ内に搬入することができる。言い換えれば、本発明の実施形態は、前のウェハの注入直後に、ウェハの冷却および／またはイオン注入ターゲットチャンバの排気なしに、高温ステージに次のウェハを搬入する能力を実現することができる。したがって、イオン注入装置のスループットを向上させることができる。より詳細には、高温注入用のイオン注入装置のスループットは、本発明のいくつかの実施形態によれば、４から１０倍まで増大させることができる。
【００３７】
図１Ａ〜１Ｄは、本発明のいくつかの実施形態による、高温イオン注入用の例示的な装置および方法を示す。まず図１Ａを参照すると、高温イオン注入装置１００は、ロードロックチャンバ１０５と、ロードロックチャンバ１０５に気密封止して連結されたイオン注入ターゲットチャンバ１２０と、ロードロックチャンバ１０５内の搬入アセンブリ１２５とを含む。ロードロックチャンバ１０５は、その中に複数のウェハプレート１１０を格納するように構成されている。ウェハプレート１１０はそれぞれ、その上に少なくとも１つの半導体ウェハ１１５を含む。ロードロックチャンバ１０５はまた、複数のウェハプレート１１０を保持するように構成されたカセット１３０を格納するように構成することができる。
【００３８】
図１Ｂに示すように、イオン注入ターゲットチャンバ１２０は、所望のイオン種１５０を、所望の温度および／または圧力で、ウェハプレート１１０のうちの現在搬入されているウェハプレート１１０ａ上の半導体ウェハ１１５ａ中に注入するように構成されている。より詳細には、イオン注入ターゲットチャンバ１２０は、真空まで減圧することができ、現在搬入されている半導体ウェハ１１５ａの組成および／または注入すべき特定のイオン種に基づいて、所望の温度を実現するように構成された発熱体１４５を含むことができる。例えば、発熱体１４５は、真空を中断せずにイオン注入ターゲットチャンバ１２０内部のウェハを加熱するように構成された赤外線または石英ランプとすることができる。さらに、現在搬入されているウェハプレート１１０ａは、半導体ウェハ１１５ａの下にそこを貫通して延びる開口（図示せず）を含むことができる。この開口は、ウェハプレート１１０ａの開口から半導体ウェハ１１５ａを加熱することが可能となるように、半導体ウェハ１１５ａよりも小さい少なくとも１つの寸法を有することができる。いくつかの実施形態では、発熱体１４５は、現在搬入されているウェハプレート１１０ａ上の半導体ウェハ１１５ａを、ウェハプレート１１０ａの開口から加熱してイオン注入を促進するように構成することができ、これについては図５Ａ〜５Ｃを参照して以下でさらに説明する。
【００３９】
ロードロックチャンバ１０５はまた、イオン注入ターゲットチャンバ１２０への連結を介して、その中に格納されたウェハプレート１１０の１つまたは複数を予熱することが可能となるように構成することができる。例えば、複数のウェハプレート１１０のうちの次のウェハプレートを、発熱体１４５から発せられる赤外線によって予熱することができる。さらに、ロードロックチャンバ１０５は、ロードロックチャンバ１０５の内部に格納されたウェハプレート１１０の１つまたは複数を、ウェハプレート１１０をイオン注入ターゲットチャンバ１２０内に搬入する前に予熱して、熱衝撃を低減かつ／または回避するように構成された発熱体１４６を含むことができる。例えば、ロードロックチャンバ１０５内のウェハプレート１１０を、室温を上回るが、現在搬入されているウェハプレート１１０ａの温度を下回る温度まで予熱することができる。いくつかの例では、搬入／搬出工程の間、発熱体１４５を作動停止させずに、予熱済みウェハプレートをイオン注入ターゲットチャンバ１２０内に搬入することができる。ロードロックチャンバ１０５内の発熱体１４６は、タングステンワイヤおよび／またはグラファイトフィルムなどの抵抗発熱体とすることができる。
【００４０】
次に図１Ｃを参照すると、搬入アセンブリ１２５は、ウェハプレート１１０のうちの次のウェハプレートを、ロードロックチャンバ１０５からイオン注入ターゲットチャンバ１２０内に搬入するように構成されている。より詳細には、搬入アセンブリ１２５は、イオン注入チャンバ１２０内の現在搬入されている半導体ウェハ１１５ａ中へのイオン種１５０の注入に応答して、現在搬入されているウェハプレート１１０ａを、イオン注入ターゲットチャンバ１２０からロードロックチャンバ１０５内に搬出するように構成されている。搬入アセンブリ１２５は、イオン注入ターゲットチャンバ１２０内の温度および／または圧力をほぼ維持しながら、現在搬入されているウェハプレート１１０ａを搬出するように構成されている。より詳細には、搬入アセンブリ１２５は、現在搬入されているウェハプレート１１０ａを、イオン注入ターゲットチャンバ１２０からロードロックチャンバ１０５内のカセット１３０に搬出して戻すように構成された細長い搬入アーム１２５ａを含む。搬入アセンブリ１２５の細長い搬入アーム１２５ａはまた、ウェハプレート１１０のうちの次のウェハプレート１１０ｄを、ロードロックチャンバ１０５内のカセット１３０からイオン注入ターゲットチャンバ１２０内に搬入するように構成されている。
【００４１】
より詳細には、図１Ｄに示すように、ロードロックチャンバ１０５内のカセット前進アセンブリ１３５が、カセット１３０内のウェハプレート１１０を搬入アセンブリ１２５に連続してもたらすように構成されている。このカセット前進アセンブリ１３５は、第１の軸１３９に沿ってカセットを移動させて、ウェハプレート１１０のうちの次のウェハプレート１１０ｄを搬入アセンブリ１２５にもたらすように構成されたカセット移動アーム１３５ａを含む。搬入アセンブリ１２５の細長い搬入アーム１２５ａは、第１の軸１３９にほぼ垂直な第２の軸１２９に沿って移動して、次のウェハプレート１１０ｄを、ロードロックチャンバ１０５内のカセット１３０からイオン注入ターゲットチャンバ１２０内に搬入するように構成されている。次のウェハプレート１１０ｄの搬入に応答して、イオン種１７０がその上にある半導体ウェハ１１５ｄ中に注入される。
【００４２】
搬入アセンブリ１２５は、イオン注入ターゲットチャンバ１２０を減圧せずに、次のウェハプレート１１０ｄを、ロードロックチャンバ１０５内のカセット１３０からイオン注入ターゲットチャンバ１２０内に搬入するように構成されている。例えば、真空を中断せずに、次のウェハプレート１１０ｄを、ロードロックチャンバ１０５からイオン注入ターゲットチャンバ１２０内に搬入することができる。したがって、ターゲットチャンバ１２０内の所与の基準点となる温度もまた、ほぼ維持することができる。言い換えれば、イオン注入ターゲットチャンバ１２０を開けずに次のウェハプレート１１０ｄを搬入することができるので、搬入／搬出工程の間、チャンバ１２０内の温度および／または圧力の変動を比較的少なくすることができる。
【００４３】
例えば、図１Ｄをさらに参照すると、ロードロックチャンバ１０５は、搬入アセンブリ１２５の細長い搬入アーム１２５ａを収容するように構成された第１の細長い部分１０６と、カセット前進アセンブリ１３５のカセット移動アーム１３５ａを収容するように構成された第２の細長い部分１０７とを含むことができる。１つまたは複数の磁気マニピュレータ（manipulator）１４０をロードロックチャンバ１０５の外側に、第１の細長い部分１０６および／または第２の細長い部分１０７に隣接して配置することができる。これらの磁気マニピュレータ１４０は、搬入アセンブリ１２５の細長い搬入アーム１２５ａおよび／またはカセット前進アセンブリ１３５のカセット移動アーム１３５ａを磁気的に作動させて、イオン注入ターゲットチャンバ１２０を減圧せずにそれらのアームの移動を誘起するように構成することができる。
【００４４】
したがって、その上に半導体ウェハ１１５を含んだウェハプレート１１０を、イオン注入ターゲットチャンバ１２０を冷却および／または排気せずに、ロードロックチャンバ１０５から、ロードロックチャンバ１０５に気密封止して連結されたイオン注入ターゲットチャンバ１２０内に連続して（または指定されたいかなる順序でも）搬入することができる。したがって、イオン注入ターゲットチャンバ１２０内の温度および圧力をほぼ維持することができ、次のウェハプレート１１０ｄ上の次の半導体ウェハ１１５ｄを続けて搬入し、現在搬入されているウェハプレート１１０ａ上の現在搬入されている半導体ウェハ１１５ａの注入直後に注入することができる。したがって、本発明のいくつかの実施形態による装置１００のスループットを、各ウェハプレートの搬入間で所望の温度および／または圧力を回復させるのに２０分以上必要となり得る従来の装置のスループットに比べて増大させることができる。
【００４５】
図１Ａ〜１Ｄにさらに示すように、イオン注入ターゲットチャンバ１２０は、現在搬入されているウェハプレート１１０ａ上の半導体ウェハ１１５ａ中に第１の所望のイオン種１５０を注入し、次のウェハプレート１１０ｄ上の半導体ウェハ１１５ｄ中に第２の所望のイオン種１７０を注入するように構成することができる。例えば、ｎ型イオンをウェハ１１５ａ中に注入してｎ型デバイスを形成することができ、一方、ｐ型イオンを半導体ウェハ１１５ｄ中に注入してｐ型デバイスを形成することができる。また、ｎ型およびｐ型イオンの両方を同じウェハ中に注入することもできる。さらに、イオン注入ターゲットチャンバ１２０内の注入条件は、現在搬入されているウェハの組成および／または注入すべき所望のイオン種に基づいて調整することができる。言い換えれば、第１の所望のイオン種１５０を第１の温度および／または圧力でウェハ１１５ａ中に注入することができ、一方、第２の所望のイオン種１７０を、第１のものとは異なる第２の温度および／または圧力でウェハ１１５ｄ中に注入することができる。また、ロードロックチャンバ１０５とイオン注入ターゲットチャンバ１２０とは気密封止して連結されているので、現在搬入されているウェハプレート１１０ａを搬出する間、かつ／または、次のウェハプレート１１０ｄをイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入する間も、温度および／または圧力を調整することができる。
【００４６】
さらに、イオン注入ターゲットチャンバ１２０は、イオン注入ターゲットチャンバ１２０の壁に窓１６０を含むことができる。窓１６０は、ウェハプレート１１０ｄ上の半導体ウェハ１１５ｄなどの、イオン注入ターゲットチャンバ１２０内のウェハプレート上にある半導体ウェハの熱放射率の測定を十分可能とする透明度を有することができる。例えば、窓１６０は、約８ミクロン波長までの範囲の赤外光に対して透明度を有するフッ化カルシウム（ＣａＦ2）窓とすることができる。測定された半導体ウェハの熱放射率は、半導体ウェハの現在の表面温度と直接相関し得る。例えば、イオン注入工程の間、イオンビームによって半導体ウェハの表面が加熱され、それによって、表面温度が、注入に所望の、かつ／または最適な温度よりも高く変動することがある。したがって、イオン注入中に窓１６０を介して測定した半導体ウェハの熱放射率に基づいて、ウェハの表面温度を直接求め、即時に調整することができる。例えば、イオン注入ターゲットチャンバ１２０内の発熱体１４５は、ウェハの表面温度の変動を保障するように即時に調整することができ、これによって、半導体ウェハ中へのイオン注入を促進し、かつ／またはイオン注入条件の最適化を可能とすることができる。
【００４７】
図１Ａから１Ｄは、本発明のいくつかの実施形態による高温イオン注入用の例示的な装置および方法を示しているが、本発明は、かかる構成のみに限られるものではなく、本明細書に記載の動作を実行することが可能などのような構成も含むものであることが理解されよう。例えば、カセット１３０の代わりに、複数のウェハプレートをイオン注入ターゲットチャンバ１２０内に連続して搬入するように構成された回転ホイール上に複数のウェハプレートを格納することもできよう。
【００４８】
図２Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、複数のウェハプレート２１０を保持するように構成されたカセット２３０を示す、図１Ａの線２−２’に沿った断面図である。カセット２３０およびウェハプレート２１０は、図１Ａ〜１Ｄに示すカセット１３０およびウェハプレート１１０にそれぞれ対応し得る。図２Ａに示すように、カセット２３０は、複数のウェハプレート２１０のそれぞれを保持するように構成された複数の溝２０５を含む。溝２０５は、ウェハプレート２１０をカセット２３０から搬入し、かつ／または搬出しやすいように構成された、摩擦の少ない表面２０６で被覆されている。例えば、この摩擦の少ない表面２０６は、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ポリマー、および／または当技術分野で周知の低摩擦材料であってよい。したがって、溝２０５によって、ウェハプレート２１０をカセット２３０から、図１Ａ〜１Ｄのイオン注入ターゲットチャンバ１２０などのイオン注入ターゲットチャンバ内に摺動可能に前進させることが可能となる。同様に、この溝２０５によって、現在搬入されているウェハプレートを、図１Ａ〜１Ｄの搬入アセンブリ１２５などの搬入アセンブリによって、イオン注入ターゲットチャンバからカセット２３０内に摺動可能に後退させることが可能となる。
【００４９】
図２Ｂは、本発明のいくつかの実施形態によるウェハプレート２１０ａと、ウェハプレート２１０ａを搬入し、かつ／または搬出するための搬入アセンブリ２２５とをさらに示す平面図である。搬入アセンブリ２２５は、図１Ａ〜１Ｄの搬入アセンブリ１２５に対応し得、一方、ウェハプレート２１０ａは、図１Ａ〜１Ｄの複数のウェハプレート１１０の１つに対応し得る。ここで図２Ｂを参照すると、搬入アセンブリ２２５の一端が、ウェハ保持プレート２１０ａの一端と対合可能に嵌合するように適合されている。より詳細には、搬入アセンブリ２２５は、細長いアーム２２５ａを含み、その細長いアーム２２５ａの端部２２６から延びる鍵部２３８を有する。ウェハプレート２１０ａは、その一端２１６に、搬入アセンブリ２２５の鍵部２３８と対合可能に嵌合するように適合された鍵穴２４８を含む。鍵部２３８および／または鍵穴２４８もまた、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ポリマーおよび／または他の低摩擦材料などの摩擦の少ない表面で被覆することができる。
【００５０】
図２Ｂをさらに参照すると、搬入アセンブリ２２５の細長いアーム２２５ａは、鍵部２３８をウェハプレート２１０ａにある鍵穴２４８内に「係止させる（lock）」ように、その長手軸に沿って（矢印２１７で示すように）回転可能である。したがって、ウェハプレート２１０ａを細長いアーム２２５に固定して、ウェハプレート２１０ａを、ロードロックチャンバ内の格納カセットからイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入しやすくすることができる。ウェハプレート２１０ａをイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入した後、細長いアーム２２５ａを回転させて、鍵部２３８をウェハプレート２１０ａの鍵穴２４８から係止解除（unlock）することができ、それによって、細長いアーム２２５ａをロードロックチャンバ内に後退させることが可能となり、したがって、ウェハプレート２１０ａ上の半導体ウェハ２１５ａにイオン注入を実施することができるようになる。イオン注入後、細長いアーム２２５ａを、イオン注入ターゲットチャンバ内に延ばして戻すことができ、ここで、アーム２２５ａの端部２２６から延びる鍵部２３８を鍵穴２４８内に再度挿入し、係止させて、ウェハプレート２１０ａをイオン注入ターゲットチャンバからロードロックチャンバ内の格納カセット内に搬出して戻しやすくすることができる。細長いアーム２２５ａは、半導体ウェハ２１５ａのイオン注入の間、イオン注入ターゲットチャンバ内のウェハプレート２１０ａに取り付けたままにはしない。したがって、ウェハプレート２１０ａの、イオン注入ターゲットチャンバへの、および／またはそこからの搬入および／または搬出は、図１Ａ〜１Ｄを参照しながら上述したように、イオン注入ターゲットチャンバの圧力および／または温度をほぼ維持しながら実施することができる。
【００５１】
いくつかの実施形態では、鍵部２３８は、ウェハプレート２１０ａを搬出する間だけ、鍵穴２４８に係止させることができる。言い換えれば、ウェハプレート２１０の搬入の間は、鍵部２３８を鍵穴２４８に挿入することができるが、鍵穴２４８内で回転または係止させなくてもよく、したがって、細長いアーム２２５ａは、ウェハプレートに２１０ａ固定されずに、ウェハプレート２１０ａをイオン注入ターゲットチャンバ内に押し込むことになる。したがって、図２Ａのカセット２３０内の隣接するウェハプレートを保持する溝２０５同士の間隔は、鍵部２３８の形状に基づき、鍵部２３８をそれらの間で、その長手軸に沿った現在の回転角度に関わらず延ばし、かつ／または後退させることができるように制限されることになる。また、図２Ｂには、「Ｌ」形鍵部２３８および「Ｔ」形鍵穴２４８として示されているが、鍵部２３８および／または鍵穴２４８の形状は、対合可能に嵌合するどのような組合せを使用してもウェハプレート２１０ａを搬入アセンブリ２２５に固定することができることを理解されたい。
【００５２】
図３Ａおよび３Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による半導体デバイスを製造する際に使用できるウェハ保持プレート３１０を示す平面図である。いくつかの実施形態では、ウェハ保持プレート３１０は、図１Ａ〜１Ｄに示す複数のウェハプレート１１０の１つに対応し得る。ここで図３Ａを参照すると、ウェハ保持プレート３１０は、その上に少なくとも１つの半導体ウェハ３１５を保持するように構成されている。より詳細には、ウェハ保持プレート３１０は、ウェハ保持プレート３１０に取外し可能に取り付けられる複数のクリップ３１７を含む。クリップ３１７は、半導体ウェハ３１５をウェハ保持プレート３１０に取外し可能に取り付けるように構成されている。例えば、クリップ３１７は、ウェハ保持プレート３１０の、半導体ウェハ３１５の外周３２０に隣接する複数の孔３１９から延びて、ウェハ３１５をウェハ保持プレート３１０に取外し可能に固定することができる。さらに、クリップ３１７をウェハ保持プレート３１０の端部周辺に固定し、半導体ウェハ３１５の外周に跨って延ばして、ウェハ３１５をウェハ保持プレート３１０に取外し可能に挟持することもできる。
【００５３】
ウェハ保持プレート３１０は、第１の材料で形成することができ、クリップ３１７は、第１の材料よりも優れた可撓性を有する第２の材料で形成することができる。例えば、ウェハ保持プレート３１０は石英で作製することができ、クリップ３１７は、タンタル（Ｔａ）で形成することができる。本質的に可撓性であることに加えて、タンタル（Ｔａ）は、比較的高い融点（約３０００℃）を有し、これは、本発明の実施形態による高温イオン注入に適し得る。したがって、クリップ３１７は、イオン注入工程の比較的高い温度に耐えるように構成することができる。また、ウェハ保持プレート３１０が、半導体ウェハ３１５の外周３２０に隣接する複数の孔３１９を含む場合、クリップ３１７をそれらの孔３１９を通り抜けるほど十分可撓にして、半導体ウェハ３１５をウェハ保持プレート３１０に固定することができる。クリップ３１７は、半導体ウェハ３１５との熱接触および／または化学反応を低減するように寸法設定し、構成することができる。例えば、半導体ウェハ３１５が炭化ケイ素ウェハ（ＳｉＣ）である場合、クリップ３１７は、ＳｉＣ結晶との化学反応を回避するようにタンタル（Ｔａ）で形成することができる。クリップ３１７はまた、ウェハ３１５のマスクされる領域を縮小し、より一様なイオン注入が可能となるように構成することができる。例えば、クリップ３１７は、約０．５ｍｍ未満、例えば０．２ｍｍの直径を有するワイヤクリップとすることができる。
【００５４】
図３Ａを参照すると、イオン注入中、ウェハ保持プレート３１０はほぼ垂直に向けられることがあり、したがって、半導体ウェハ３１５は、十分に固定されていなければウェハ保持プレート３１０から滑り落ちることになり得る。半導体ウェハ３１５をかかる向きでウェハ保持プレート３１０に固定するには、少なくとも２つのクリップ３１７が必要となり得る。より詳細には、ウェハ保持プレート３１０は、半導体ウェハ３１５の外周３２０に隣接し、かつ半導体ウェハ３１５の中心に対して約１８０°未満で離隔された第１および第２の孔３１９ｘおよび３１９ｙを含むことができる。したがって、ウェハ保持プレート３１０の第１および第２の孔３１９ｘおよび３１９ｙからそれぞれ延びる２つのクリップ３１７によって、ほぼ垂直の向きで使用する間、半導体ウェハ３１５をウェハ保持プレート３１０に十分固定することができる。
【００５５】
一方、半導体ウェハ３１５は、図３Ｂに示すように、少なくとも３つのクリップ３１７を使用して、ウェハ保持プレート３１０に、よりしっかりと取り付けることもできる。より詳細には、第１および第２の孔３１９ａおよび３１９ｂを、半導体ウェハ３１５の外周３２０に隣接し、かつ半導体ウェハ３１５の中心に対して約１８０°離隔させてウェハ保持プレートに設けることができ、半導体ウェハ３１５の外周に隣接する第３の孔３１９ｃを、第１および第２の孔３１９ａと３１９ｂとの間に、それらの第１および第２の孔３１９ａおよび３１９ｂから、半導体ウェハ３１５の中心に対してそれぞれ約９０°離隔させて設けることができる。したがって、ウェハ保持プレート３１０の第１、第２、および第３の孔３１９ａ、３１９ｂ、および３１９ｃからそれぞれ延びる３つのクリップ３１７を用いて、イオン注入工程の間、およびウェハ保持プレート３１０をロードロックチャンバからイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入かつ／または搬出する間、半導体ウェハ３１５をウェハ保持プレート３１０に十分固定することができる。ウェハ保持プレート３１０はまた、図２Ｂを参照して上述したように、その一端に、ウェハ保持プレートをイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入するように構成された搬入アセンブリと対合可能に嵌合するように適合された鍵穴（図示せず）を含むことができる。
【００５６】
また、図３Ａおよび３Ｂは、半導体ウェハ３１５をウェハ保持プレート３１０に取外し可能に取り付けるための、２つのクリップ、および３つのクリップの使用をそれぞれ示しているが、より多数、またはより少数のクリップ３１７を使用してもよいことを理解されたい。また、上記では、イオン注入中にウェハ保持プレート３１０を垂直に向ける場合に関して主に説明したが、ウェハ保持プレート３１０は、イオン注入工程の間、イオンビームに対して垂直または他のどのような角度にも向けることができることに留意されたい。
【００５７】
図４Ａは、本発明のいくつかの実施形態によるウェハ保持プレート４１０ａを示す、図３Ｂの線４Ａ−４Ａ’に沿った断面図である。ウェハ保持プレート４１０ａは、図１Ａ〜１Ｄに示すウェハプレート１１０の１つに対応し得る。図４Ａに示すように、ウェハ保持プレート４１０ａは、その上にある半導体ウェハ４１５の外周に隣接する複数の孔４１９を含む。クリップ４１７は、孔４１９からそれぞれ延びている。例えば、クリップ４１７は、孔４１９を通り抜けて、ワイヤクリップをウェハ保持プレート４１０ａに固定するように構成された複数のワイヤクリップとすることができる。クリップ４１７のそれぞれについて、少なくとも２つの孔４１９を設けることができる。より詳細には、図４Ａに示すように、各クリップ４１７について、３つの孔４１９’、４１９’’、および４１９’’’がウェハ保持プレート４１０ａに設けてある。上述したように、クリップ４１７は、約０．５ｍｍ未満の直径を有するタンタル（Ｔａ）ワイヤクリップとすることができる。したがって、各クリップ４１７は、ウェハ保持プレート４１０ａの前面４１６ａから孔４１９’を通り、ウェハ保持プレート４１０ａの裏面４１６ｂに通り抜け、孔４１９’’を通ってウェハ保持プレート４１０ａの前面４１６ａに戻り、孔４１９’’’を通り再度ウェハ保持プレート４１０ａの裏面４１６ｂに通り抜けて、クリップ４１７を定位置に固定することができる。したがって、クリップ４１７によって、半導体ウェハ４１５をウェハ保持プレート４１０に、しっかりと、しかし取外し可能に取り付けることができる。さらに、クリップ４１７は直径が比較的小さい（例えば０．２ｍｍ）ので、イオン注入工程の間、半導体ウェハ４１５の比較的小さい領域がマスクされることになり得る。
【００５８】
図４Ｂは、本発明の他の実施形態によるウェハ保持プレート４１０ｂを示す、ウェハ保持プレート４１０ａに関して同じ断面に沿った断面図である。ここで図４Ｂを参照すると、ウェハ保持プレート４１０ｂは、その上にある半導体ウェハ４１５の下に、ウェハ保持プレート４１０ｂを貫通して延びる開口４２０を含む。半導体ウェハ４１５は、図４Ａを参照して上述したように、クリップ４１７によってウェハ保持プレート４１０ｂに固定されている。開口４２０は、半導体ウェハ４１５の寸法よりも小さい少なくとも１つの寸法を有する。より詳細には、ウェハ保持プレート４１０ｂの開口４２０は、半導体ウェハ４１５の直径４１５ｄよりも小さいが、それとほぼ同様の直径４２０ｄを有する。ウェハ保持プレート４１０ｂの開口４２０は、開口４２０から半導体ウェハ４１５を直接加熱することが可能となるように寸法設定され、構成されている。例えば、イオン注入チャンバ内に搬入するときに、図１Ａ〜１Ｄの発熱体１４５などの発熱体を、ウェハ保持プレート４１０ｂの下に配置し、それによって、イオン注入工程の間、開口４２０から半導体ウェハ４１５を直接加熱することができる。したがって、半導体ウェハ４１５の表面温度は、イオン注入工程の間、例えば、図１Ａ〜１Ｄを参照しながら上述したように、イオン注入ターゲットチャンバの窓を介した半導体ウェハ４１５の熱放射率の測定に応答して直接調整することができる。したがって、ウェハ保持プレート４１０ｂの開口４２０によって、半導体ウェハ４１５中へのイオン注入の条件を改善し、かつ／または最適化することが可能となる。
【００５９】
図５Ａ〜５Ｃは、本発明のいくつかの実施形態による半導体デバイスを製造する装置および方法をさらに示している。ここで図５Ａを参照すると、石英ウェハ保持プレート５１０が、石英プレート５１０の中心付近を貫通して延びる開口５２０を含んでいる。この開口５２０は、イオン注入のために石英ウェハ保持プレート５１０に取り付けられることになる半導体ウェハ５１５の直径５１５ｄよりも小さいが、それとほぼ同様の直径５２０ｄを有する。図５Ｂは、石英ウェハ保持プレート５１０の前面５００ｂを示している。図５Ｂに示すように、半導体ウェハ５１５は、石英ウェハプレート５１０の前面５００ｂにある開口５２０を覆って同心に配置され、３つのワイヤクリップ５１７によって石英ウェハ保持プレート５１０に取外し可能に取り付けられる。ワイヤクリップ５１７は、石英ウェハ保持プレート５１０の、ウェハ５１５の外周に隣接する複数の孔に通してあり、それによってイオン注入工程の間、ウェハ保持プレート５１０上の半導体ウェハ５１５をしっかりと保持している。したがって、矢印５２６で示すように、イオンビームによって半導体ウェハ５１５に注入することができる。イオン注入工程中の石英ウェハ保持プレート５１０の向きに応じて、より多数の、またはより少数のワイヤクリップ５１７を用いて半導体ウェハ５１５を石英ウェハ保持プレート５１０に取り付けることができる。
【００６０】
図５Ｃは、石英ウェハ保持プレート５１０の裏面５００ｃを示している。図５Ｃに示すように、石英ウェハ保持プレート５１０の開口５２０は、開口５２０から半導体ウェハ５１５を直接加熱することが可能となるように寸法設定され、構成されている。より詳細には、半導体ウェハ５１５の裏面５１５ｃは、イオン注入工程の間、矢印５２７で示すように、石英ウェハ保持プレート５１０の裏面５００ｃにある開口５２０から加熱される。したがって、半導体ウェハ５１５を所望の温度までより迅速に加熱することができ、このため、半導体デバイス製造においてより高速なウェハ間サイクル時間（wafer-to-wafer cycle time）を可能とすることができる。
【００６１】
図６は、本発明のいくつかの実施形態による、半導体デバイスを製造する方法の例示的な製造動作を示す流れ図である。ここで図６を参照すると、複数のウェハプレートの１つを、ロードロックチャンバから、ロードロックチャンバに気密封止して連結されたイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入するブロック６０５から動作が始まる。各ウェハプレートは、ウェハプレートに取外し可能に取り付けられた少なくとも１つの半導体ウェハを含むことができる。ウェハプレートをイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入した後、現在搬入されているウェハプレート上にある半導体ウェハを、半導体ウェハの下の、現在搬入されているウェハプレートの開口から加熱することができる。例えば、現在搬入されているウェハプレート上にある半導体ウェハは、イオン注入ターゲットチャンバ内の、ウェハプレートの下にある発熱体によって、開口から所望の表面温度まで加熱することができる。現在搬入されているウェハプレート上にある半導体ウェハの表面温度は、その半導体ウェハの熱放射率に基づいて求めることができる。より具体的には、現在搬入されているウェハプレート上にある半導体ウェハの熱放射率は、イオン注入ターゲットチャンバのフッ化カルシウム（ＣａＦ2）窓を介して、例えば、約８ミクロン波長までの範囲の赤外光を用いて測定することができる。測定された熱放射率は、現在搬入されているウェハプレート上にある半導体ウェハの現在の表面温度に相関する。したがって、現在搬入されているウェハプレート上にある半導体ウェハを、その中にイオン注入するのに適した所望の表面温度まで加熱することができる。
【００６２】
６１０ブロックで、複数のウェハプレートのうちの現在搬入されているウェハプレートの上にある半導体ウェハ中に、所望のイオン種を所望の温度および／または圧力で注入する。より詳細には、現在搬入されているウェハプレート上にある半導体ウェハ中に、所望のイオン種を、真空で、注入すべきイオン種および／または半導体ウェハの組成に基づいた温度で注入することができる。所望のイオン種の注入に応答して、イオン注入ターゲットチャンバの現在温度および／または圧力をほぼ維持しながら、現在搬入されているウェハプレートを、イオン注入ターゲットチャンバからロードロックチャンバ内に搬出して戻すことができる。例えば、現在搬入されているウェハプレートを、気密封止して連結されたロードロックチャンバ内部の搬入アセンブリによって搬出することができ、したがって、イオン注入ターゲットチャンバを冷却および／または排気せずにウェハプレートを搬出することができる。さらに、ロードロックチャンバ内の複数のウェハプレートの１つまたは複数を、イオン注入ターゲットチャンバ内への搬入の間の熱衝撃を低減かつ／または回避するために必要となり得る所定の温度まで予熱することができる。例えば、ロードロックチャンバは、次のウェハプレートおよび／または複数のウェハプレートを予熱するように構成された発熱体を含むことができる。また、複数のウェハプレートの１つまたは複数を、イオン注入ターゲットチャンバ内の発熱体に基づいて予熱することができる。例えば、搬入すべき次のウェハプレートを、ロードロックチャンバとイオン注入チャンバとの間の連結点を介して発せられる発熱体からの赤外線によって予熱することができる。
【００６３】
さらに図６を参照すると、ブロック６１５で、複数のウェハプレートのうちの次のウェハプレートを、ロードロックチャンバからイオン注入ターゲットチャンバ内に搬入する。次のウェハプレートを、イオン注入ターゲットチャンバ内の現在温度をほぼ維持しながら、かつ／またはイオン注入ターゲットチャンバを減圧せずに、イオン注入ターゲットチャンバ内に搬入することができる。したがって、ロードロックチャンバ内に格納された複数のウェハプレートは、各ウェハプレートの搬入および／または搬出の間に、チャンバを冷却および／または排気せずに、イオン注入ターゲットチャンバ内に連続して搬入してイオン注入することができ、それによって、製造工程のスループットを増大させることができる。さらに、現在搬入されているウェハプレート上にある半導体ウェハ中に、第１の所望のイオン種を第１の温度および／または圧力で注入することができ、イオン注入ターゲットチャンバ内への次のウェハプレートの搬入に応答して、次のウェハプレート上にある半導体ウェハ中に、第２の異なるイオン種を異なる温度および／または圧力で注入することができる。したがって、イオン注入ターゲットチャンバの温度および／または圧力は、注入すべきウェハおよび／または、次のウェハプレートを搬入する際の所望のイオン種に基づいて調整することができる。
【００６４】
したがって、本発明のいくつかの実施形態は、イオン注入ターゲットチャンバの現在温度および／または圧力をほぼ維持しながら、ウェハプレートをロードロックチャンバからイオン注入ターゲットチャンバ内に連続して搬入する装置および方法を提供する。したがって、各ウェハプレートの搬入と搬出の間で、ターゲットチャンバの温度および圧力を上昇および降下させずにイオン注入を実施することができる。したがって、イオン注入装置のスループットを増大させ、製造工程の効率を向上させることができる。
【００６５】
図面および明細書では、本発明の典型的な実施形態を開示し、特定の用語を使用してきたが、これらは概括的かつ説明的な意味で使用したものにすぎず、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、高温イオン注入を用いて半導体デバイスを製造する装置および方法の概略図である。
【図１Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、高温イオン注入を用いて半導体デバイスを製造する装置および方法の概略図である。
【図１Ｃ】本発明のいくつかの実施形態による、高温イオン注入を用いて半導体デバイスを製造する装置および方法の概略図である。
【図１Ｄ】本発明のいくつかの実施形態による、高温イオン注入を用いて半導体デバイスを製造する装置および方法の概略図である。
【図２Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、高温イオン注入を用いて半導体デバイスを製造する装置内のカセットを示す、図１Ａの線２−２’に沿った断面図である。
【図２Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、高温イオン注入を用いて半導体デバイスを製造する装置内のウェハプレートと、イオン注入ターゲットチャンバ内にウェハプレートを搬入するための細長い搬入アームとを示す拡大平面図である。
【図３Ａ】本発明のいくつかの実施形態によるウェハ保持プレートの平面図である。
【図３Ｂ】本発明の他の実施形態によるウェハ保持プレートの平面図である。
【図４Ａ】本発明のいくつかの実施形態によるウェハ保持プレートを示す、図３Ｂの線４Ａ−４Ａ’に沿った断面図である。
【図４Ｂ】本発明の他の実施形態によるウェハ保持プレートの断面図である。
【図５Ａ】本発明のいくつかの実施形態による、ウェハ保持プレートに取り付けられた半導体ウェハを加熱する装置および方法を示す平面図である。
【図５Ｂ】本発明のいくつかの実施形態による、ウェハ保持プレートに取り付けられた半導体ウェハを加熱する装置および方法を示す平面図である。
【図５Ｃ】本発明のいくつかの実施形態による、ウェハ保持プレートに取り付けられた半導体ウェハを加熱する装置および方法を示す平面図である。
【図６】本発明のいくつかの実施形態による、高温イオン注入を用いて半導体デバイスを製造する例示的な動作を示す流れ図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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