(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入機用の装置であって、
プラテンと、
該プラテンの下に配置される係合位置と、前記プラテンの平面に対して平行な方向に前記プラテンから離れて変位される引っ込んだ位置とを有する一対の支持アームと、
該一対の支持アームが前記引っ込んだ位置にある場合に、前記一対の支持アームの上方に配置された、少なくとも１つの前記支持アームに入射する光エネルギーを供給するように構成される光学ヒーターと、
を備え、
前記一対の支持アームのそれぞれの上に配置された一対のパッドをさらに備える、イオン注入機用の装置。
【請求項２】
前記光学ヒーターは一対の光学ヒーターであり、各光学ヒーターは、前記支持アームが前記引っ込んだ位置にある場合に、前記支持アームの上方に配置される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記一対の光学ヒーターの各々は、前記一対の支持アームが前記引っ込んだ位置にある場合に、前記支持アームの各々に入射する光エネルギーを供給するように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記パッドの各々は、前記一対の支持アームが前記係合位置にある場合に、そこを通る冷却物質を受け入れるように構成された複数のチャンネルをさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記光学ヒーターは前記パッドのそれぞれの上方に配置された一対の光学ヒーターであり、前記光学ヒーターの各々は、前記パッドの各々に入射する光エネルギーを供給するように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記支持アームが前記引っ込んだ位置にある場合に、前記一対の支持アームの上方に延在する支持フレームをさらに備え、
該支持フレームは、前記光学ヒーターを収容するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記一対の支持アームは、第１の支持アーム及び第２の支持アームであり、
前記装置は、
前記支持アームが前記引っ込んだ位置にある場合に、前記第１の支持アーム及び前記第２の支持アームの上方に延在する支持フレームをさらに備え、
該支持フレームは、前記一対の光学ヒーターを収容するように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
イオン注入機における極低温表面の再生方法であって、
その上に１つ以上のパッドが配置された一対の支持アームをプラテンから離れて引っ込めるステップと、
前記１つ以上のパッドの上につく凝縮物質を除去するように、前記一対の支持アームの少なくとも１つを所定期間、光エネルギーにさらすステップと、
前記除去した凝縮物質を前記イオン注入機から排出するステップと、
を有する、再生方法。
【請求項９】
前記一対の支持アームを前記プラテンから離れて引っ込めるステップは、前記一対の支持アームを前記プラテンから離れて垂直方向に変位させるステップをさらに有する、請求項８に記載の再生方法。
【請求項１０】
前記一対の支持アームを前記プラテンから離れて引っ込めるステップは、前記一対の支持アームを前記プラテンから離れて回転自在に変位させるステップをさらに有する、請求項８に記載の再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスの製造の分野に関する。特に、本発明は、光学ヒーターを用いて極低温イオン注入機の表面を再生するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、所望のデバイス特性を得るために、不純物イオンを半導体基板にドープするために用いられるプロセスである。イオンビームはイオン源チャンバから基板に向けられる。基板内への注入の深さは、イオン源チャンバ内で生成されるイオンの注入エネルギー及びイオンの質量に基づく。所望のデバイス構造を得るために、１つ以上のイオン種を異なるエネルギー及びドーズレベルで注入することができる。さらに、基板内に所望のドーピングプロファイルを与えるために、ビームドーズ量（基板に注入されるイオンの量）及びビーム電流（イオンビームの均一性）を操作することができる。しかしながら、半導体デバイスのスループット又は製造能力は、半導体デバイスの所望な特性を生成するために、ターゲット基板へのイオンビームの均一性に大きく依存する。
【０００３】
図１は、イオン源チャンバ１０２を含むイオン注入機のブロック図である。電源１０１は、所要のエネルギーを、特定種のイオンを生成するように構成されたイオン源チャンバ１０２に供給する。生成イオンは、一連の電極１０４によりイオン源チャンバ１０２から引き出され、質量分析磁石１０６を通過するビーム１０に形成される。質量分析磁石は、所望の質量対電荷比を有するイオンのみが、この分析磁石を通過して、質量分離スリット１０７を最大限透過し得るような特定の磁界を有するように構成される。所望種のイオンは、質量分離スリット１０７から減速ステージ１０８を通過して補正磁石１１０へと進む。補正磁石１１０は、支持体（例えばプラテン）１１４上に位置付けたワークピース又は基板を標的にするリボンビームを提供するために、印加磁界の強さと方向に従って、イオンビームレットを偏向させるように付勢される。いくつかの実施形態では、第２の減速ステージ１１２を、補正磁石１１０と支持体１１４との間に配置することもできる。イオンは、基板内の電子及び原子核と衝突すると、エネルギーを失い、加速エネルギーに基づいて、基板内の所望の深さにて止まる。
【０００４】
イオン源チャンバ１０２は、典型的には、これに導入される供給ガスをイオン化して、荷電イオン及び電子（プラズマ）を形成する、加熱フィラメントを含む。加熱素子は、例えば、ベルナス（Bernas）型のイオン源フィラメント、間接加熱カソード（IHC）アセンブリ又は他の熱電子源とすることができる。イオン源チャンバには、特定のドーパント特性を有するイオンビームを得るために、異なる供給ガスが供給される。例えば、比較的高いチャンバ温度でのH2、BF3及びAsH3の導入は、高い注入エネルギーを有する単原子に分解される。高い注入エネルギーは、通常、２０keVより大きい値である。低エネルギーイオン注入の場合には、デカボラン、カルボラン等のようなより重い荷電分子は、より低いチャンバ温度で、イオン源チャンバに導入され、このような低いチャンバ温度は、より低い注入エネルギーを有するイオン化分子の分子構造を維持する。低い注入エネルギーは、典型的には、２０keV以下の値を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
イオン注入中の比較的低い基板又はウエハの温度は、注入性能を向上させることが分っている。特に、より低いウエハの温度は、イオンが基板に当るときに生じる損傷（損傷層）の量を減少させる。この損傷層の減少によりデバイスのリーク電流を改善する。これにより、製造業者は、今日の半導体デバイスに必要とされる急峻なソース−ドレイン拡張及び極浅接合を形成することができる。ウエハの温度を下げると、アモルファスシリコン層の厚さは、自己アニーリング効果の減少のため、増大する。典型的には、冷却により、ウエハを上に配置するプラテンの温度を室温と約−１００℃との間の範囲内の温度に下げる。ほとんど全ての既存の低温イオン注入機は、イオン注入中に直接ウエハを冷却する。しかしながら、イオン注入機内のウエハ表面の温度を下げると、水分子及びフォトレジストの副産物のような他の揮発性化合物が凝縮する傾向にある。真空チャンバを長期間低温にさらすと、凝縮水分子によりウエハが氷結することになる。こうした不所望な状態は、注入プロファイルに影響を及ぼすほかに不所望な極低温副産物を処分するように構成されるコンポーネントの組み込みも必要とする。
【０００６】
これらの極低温コンポーネントの表面をきれいにするために、電気ヒーター及び／又はコンポーネントの上及び／又は全体に分配される温暖ガスを用いて、影響を受けるコンポーネントの表面を加熱することを含む再生サイクルが用いられている。しかしながら、これらのプロセスは、コンポーネントを十分なレベルにまで加熱するための電気ヒーター及びガス流装置を必要とし、これにはさらなるシステムの停止時間を要する。その結果として、再生プロセスサイクルは、製造スループットにマイナスの影響を与える長期間の装置停止時間を必要とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の例示的実施態様は、イオン注入機における極低温表面を再生するための装置に向けられる。一実施態様では、このような装置は、プラテンと一対の支持アームと光学ヒーターとを含む。一対の支持アームは、プラテンの下に配置される係合位置と、プラテンの平面に対して平行な方向にプラテンから離れるように変位した引っ込んだ位置とを有する。一対の支持アームが引っ込んだ位置にある場合に、光学ヒーターは一対の支持アームの上方に配置される。光学ヒーターは、支持アームの各々の上に配置された少なくとも１つの冷却パッドに入射する光エネルギーを供給するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】代表的なイオン注入機のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る係合位置におけるプラテンと一対の支持アームの側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る係合位置における図２に示すプラテンと支持アームの上面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る、光学ヒーターを例示する引っ込んだ位置における支持アームを有しているイオン注入機の例示的簡易化部分の側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る、図４に示すプラテン及び光学ヒーターの上面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る、例示的な再生プロセスのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明を、以下に、本発明の好適な実施形態を示す添付図面を参照して説明する。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書に記載の実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的かつ完全となり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。図面において、同様の番号は全体にわたって同様の要素を示す。
【００１０】
図２は、プラテンの係合位置における一対の支持アーム２１０ａ、２１０ｂを含む装置２００の側面図である。プラテン２０４は、ウエハ又は基板２１６を支持するのに用いられる。一対の熱パッド２０８ａ、２０８ｂをそれぞれ支持アーム２１０ａ、２１０ｂ上に配置する。イオン注入中の係合位置では、支持アーム２１０ａ、２１０ｂ、従ってこれらのアーム上のパッド２０８ａ、２０８ｂは、プラテン２０４の下に配置される。パッド２０８ａ、２０８ｂは、そこを通る冷却剤の流れを収容する複数のチャンネル２１２を含む。チャンネル２１２を通って流れる冷却剤は、パッド２０８ａ、２０８ｂを冷却し、次に、接触領域での伝熱ガス流体との接触により、プラテン２０４を冷却する。ウエハ２１６は、プラテン２０４との接触及びウエハ２１６とプラテン２０４との間の接触領域での伝熱ガス流体との接触のため、プラテン２０４により、イオン注入に所望の温度にまで冷却される。冷却剤は、例えば、−１８０℃でのN２ガスとすることができる。あるいは、パッド２０８ａ、２０８ｂは、それぞれの支持アーム２１０ａ、２１０ｂと一体に形成し、且つ、冷却剤の流れを収容する複数のチャンネル２１２を有するように構成することができる。チャンネル２１２は、供給源（図示せず）からの冷却剤及び伝熱ガスをパッドに供給する１つ以上のパイプ２１４（図３に示す）に接続する。作動アーム２０５は、熱パッド２０８ａ、２０８ｂ及び支持アーム２１０ａ、２１０ｂを、プラテン２０４に向かって、及びプラテンから離れるＹ方向に垂直に変位させるように構成される。さらに、支持アーム２１０ａ、２１０ｂは、以下図５に例示するように、プラテン２０４から離れるＸ方向に、回転自在に変位する。
【００１１】
図３は、パッド２０８ａ、２０８ｂがプラテン２０４の下に配置された係合位置における支持アーム２１０ａ、２１０ｂの上面図である。取り付けフレーム２１８は、支持アーム２１０ａ、２１０ｂを回転自在に取り付けるのに、用いることができる。パイプ２１４は、冷却剤をパッド２０８ａ、２０８ｂに供給する。上述したように、冷却剤の流れは、不所望な水分を凝縮させ、この凝縮水分は真空中で時間がたつにつれて、コンポーネント上で氷結状態になる。こうした氷結状態は、支持アーム２１０ａ、２１０ｂ及び／又はパッド２０８ａ、２０８ｂの冷却性能にマイナスの影響を与え、ひいては、プラテン及び関連するウエハの冷却にマイナスの影響を与える。これらの状態は、不所望な水分及びフォトレジスト副産物もコンポーネント、即ち、支持アーム２１０ａ、２１０ｂの表面から除去する再生プロセスを必要とする。
【００１２】
図４は、支持アーム２１０ａ、２１０ｂを、作動アーム２０５によりプラテン２０４から垂直のＹ方向に下方に変位させるか、又は、Ｙ方向にプラテン２０４を上げることにより変位させた時の装置２００の側面図である。この位置では、支持アーム２１０ａ、２１０ｂは、プラテン２０４から離れて回転して、それぞれの支持アーム２１０ａ、２１０ｂの上に位置付けられた一対の光学ヒーター３１０ａ、３１０ｂの下に配置される。あるいは、光学ヒーターを、両支持アーム２１０ａ及び２１０ｂの上に延在する単一のヒーターとすることができる。さらに、光学ヒーター３１０ａ、３１０ｂは、支持アームの上に垂直のＹ方向に位置付けた支持フレーム３１５内に配置することができる。典型的に、支持アーム２１０ａ、２１０ｂは、アルミニウムで作られ、結果的に放射率が低い。典型的な機械的に加工されたアルミニウムの放射率は、約０．０３から約０．０９の範囲である。光学ヒーター３１０ａ、３１０ｂは、支持アーム及びパッド２０８ａ、２０８ｂの各々の表面に光エネルギーを放射し、それらの表面は光子の吸収により温められる。支持アーム２１０ａ、２１０ｂの上に位置付けた光学ヒーターを用いることにより、支持アーム上の凝縮物質及びその表面物質の薄層のみが加熱される。次に、支持アーム２１０ａ、２１０ｂ及び／又はパッド２０８ａ、２０８ｂの各々の表面から除去された凝縮物質は、真空システムにポンプで排出され処分される。
【００１３】
図５は、プラテン２０４から離れるＹ方向の下方に垂直に変位させた引っ込めた位置における支持アーム２１０ａ、２１０ｂの上面図である。図から明らかなように、支持アーム２１０ａ、２１０ｂの各々も、それぞれ光学ヒーター３１０ａ、３１０ｂの下に配置されるように、プラテン２０４から離れるＸ方向に外側に回転する。支持アーム２１０ａは支持アーム２１０ａの第１の端部２１１の周りを旋回し、支持アーム２１０ｂは支持アーム２１０ｂの第１の端部２１２の周りを旋回する。支持アーム２１０ａ、２１０ｂの各々は、プラテン２０４の下に嵌合するように、半円形状を有する。光学ヒーター３１０ａ、３１０ｂは、概して、長方形を有するように例示しているが、各光学ヒーターは、それぞれの支持アーム２１０ａ、２１０ｂの表面に入射する光エネルギーを効率的に放射するように、別の形状を有してもよい。支持アームの各々の表面は、光学ヒーターにより放射される光エネルギーにより温められる。光学ヒーターを用いることにより、支持アーム２１０ａ、２１０ｂの表面上の凝縮物質は、短期の露光だけで処分される。このように、支持アームの再生は、迅速に成し遂げられ、それにより、機器の停止時間が減り、製造スループットが増大する。
【００１４】
図６は、イオン注入機内の極低温表面を再生する例示的な方法のフローチャートである。ステップＳ−１０では、上にパッド２０８ａ、２０８ｂを配置した一対の支持アーム２１０ａ、２１０ｂをプラテン２０４から引っ込める。ステップＳ−２０では、プラテンから離れる方に下方に垂直方向にアセンブリを動かすことにより、支持アーム及びパッドを引っ込め、ステップＳ−３０では、支持アームをプラテンから離れる方に外側に回転させることにより、支持アーム及びパッドを引っ込める。ステップＳ−４０では、１つ以上のパッドの上の凝縮物質を除去するように、パッド２０８ａ、２０８ｂを一定期間、光エネルギーにさらす。ステップＳ−５０では、次いで、除去した物質をイオン注入機から排出する。
【００１５】
本発明は、ある実施形態を参照して開示したが、添付の特許請求の範囲で特定しているような本発明の範囲から逸脱することなく、記載した実施形態に対する多くの変更及び修正が可能である。従って、本発明は、記載した実施形態に限定すべきではなく、以下の特許請求の範囲及びその均等物の用語により特定する全範囲を含むことを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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