(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラテンと、
前記プラテンの温度に影響を及ぼすように構成された、熱流体を運ぶための熱流体チャネルを1つ以上有する1つ以上の可動な熱パッドと、
を備え、
前記1つ以上の可動な熱パッドは、前記プラテンの平坦面に対して平行な方向に、前記プラテンから離れるように引っ込めることができることを特徴とする、プラテンの温度を変える装置。
【請求項２】
前記1つ以上の可動な熱パッドは、前記プラテンの平坦面に対して直交する方向に、前記プラテンから離れるように引っ込めることができる、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記装置は、2つ以上の前記可動な熱パッドを有し、
前記2つ以上の可動な熱パッドは、独立に制御される、請求項1に記載の装置。
【請求項４】
前記プラテンの温度は、前記1つ以上の可動な熱パッドが前記プラテンと熱接触している場合に影響される、請求項1に記載の装置。
【請求項５】
前記プラテン及び前記1つ以上の可動な熱パッドは、アルミニウム及び酸化アルミニウムの少なくとも1つでできている、請求項1に記載の装置。
【請求項６】
前記熱流体は、ヘリウム、及び窒素のうちの少なくとも1つを含む冷却剤である、請求項1に記載の装置。
【請求項７】
前記プラテンの温度は、0℃以下まで低減されるか、あるいは、室温まで増大される、請求項1に記載の装置。
【請求項８】
1つ以上の可動な熱パッドにおける1つ以上の熱流体チャネルに熱流体を供給するステップと、
前記1つ以上の熱パッドを動かしてプラテンに熱的に接触させ、該プラテンの温度を変えるステップと、
を含み、
所望の温度が得られた場合に、前記1つ以上の熱パッドを引っ込めるステップをさらに含み、
前記1つ以上の熱パッドは、前記プラテンの平坦面に対して平行な方向に、前記プラテンから離れるように引っ込むことを特徴とする、プラテンの温度を変える方法。
【請求項９】
前記1つ以上の熱パッドが前記プラテンに熱的に接触している領域に、少量のガス流を導入して、熱抵抗を低下させて、熱伝達を向上させるステップをさらに含む、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記1つ以上の熱パッドは、前記プラテンの平坦面に対して直交する方向に、前記プラテンから離れるように引っ込む、請求項8に記載の方法。
【請求項１１】
前記装置は、2つ以上の前記可動な熱パッドを有し、
前記2つ以上の熱パッドは、独立に制御される、請求項8に記載の方法。
【請求項１２】
前記プラテン及び前記1つ以上の可動な熱パッドは、アルミニウム及び酸化アルミニウムの少なくとも1つでできている、請求項8に記載の方法。
【請求項１３】
前記熱流体は、ヘリウム、及び窒素のうちの少なくとも1つを含む冷却剤である、請求項8に記載の方法。
【請求項１４】
前記プラテンの温度は、0℃以下まで低減される、請求項8に記載の方法。
【請求項１５】
前記プラテンの温度は、−10℃から−100℃の間の温度にまで低減される、請求項8に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には半導体の製造に関し、特に、プラテンの温度を変える技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン注入は、励起されたイオンで基板を直接衝撃することによって基板内に化学種を堆積させるプロセスである。半導体製造においては、イオン注入装置が、主としてターゲット材料の導電型及び導電率を変えるドーピングプロセスに用いられている。適切なIC性能のためには、集積回路(IC)基板及びその薄膜構造における正確なドーピングプロファイルが多くの場合に重要である。所望のドーピングプロファイルを達成するために、1つ以上のイオン種を異なるドーズ量及び異なるエネルギーレベルで注入することができる。
【０００３】
図1は、従来のイオン注入システム100を示す。イオン注入装置100には、電源101、イオン源102、引出電極104、90°マグネットアナライザ106、第1の減速(D1)ステージ108、70°マグネットアナライザ110、及び第2の減速(D2)ステージ112が含まれる。D1及びD2の減速ステージ(「減速レンズ」としても既知である)はそれぞれ、イオンビームが通過することのできる画定されたアパーチャを有する多数の電極で構成される。電位の異なる組合せを多数の電極に印加することにより、D1及びD2の減速レンズがイオンエネルギーを操作して、イオンビームを目標ワークピースに所望のエネルギーで当てることができる。多くの測定器116(例えば、ドーズ量制御ファラデーカップ、移動ファラデーカップ又はセットアップ・ファラデーカップ)を、イオンビーム状態をモニタして制御するのに用いることができる。
【０００４】
イオン注入の間の比較的低いウェーハ温度が注入性能を向上させることが分かっている。低温イオン注入を試みてきたが、従来のアプローチでは多くの欠点を被る。例えば、低温イオン注入法は、バッチウェーハのイオン注入装置用に開発されてきた一方で、半導体産業における現在の傾向は、単一ウェーハのイオン注入装置が支持されている。バッチウェーハのイオン注入装置は、典型的には、単一の真空チャンバに収容された多数のウェハ(例えば、バッチ)を処理する。同一の真空チャンバ内に数個の冷却ウェーハを、多くの場合に長時間同時に存在させるには、特別なインサイチュー冷却能力を必要とする。ウェーハのバッチ全体を前もって冷却するのは、注入される順番を待っている間に各ウェーハが異なる温度上昇を受けるため、簡単なオプションではない。加えて、低温ウェーハに対して真空チャンバの照射を延長すると、結果として残留水分が氷結することになる。
【０００５】
また、ほとんど全ての既存の低温イオン注入装置は、イオン注入の間、ウェーハを直接冷却する。プロセスチャンバ内の氷結問題は別として、直接冷却は、ウェーハ・プラテン自体の内部に、冷却コンポーネント(例えば、冷却剤パイプライン、ヒートポンプ及び追加の電気配線)を組み込む必要がある。一般的に、現在のウェーハ・プラテンは、室温プロセス用にかなり精巧化され、且つ高度に最適化されている。その結果、低温プロセスに適合するように既存のイオン注入装置を変更又は新規なイオン注入装置を設計することは、複雑化し、室温イオン注入プロセスを実行するイオン注入装置の能力に、不所望な影響を及ぼすことになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の観点から、プラテンの温度を変える現在の技術に関連する、重要な課題及び欠点があることが理解されよう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、プラテンの温度を変える技術を開示する。一つの特定の例示的な実施形態において、この技術は、プラテンの温度を変える装置として実現することができる。この装置は、プラテンと、プラテンの温度に影響を及ぼすように構成される、熱流体を運ぶための熱流体チャネルを1つ以上有する1つ以上の可動な熱パッドと、を備えることができる。
【０００８】
この特定の例示的な実施形態の他の態様によれば、1つ以上の可動な熱パッドは、プラテンの平坦面に対して平行な方向に、プラテンから離れるように引っ込めることができる。
【０００９】
この特定の例示的な実施形態の他の態様によれば、1つ以上の可動な熱パッドは、独立に制御される。
【００１０】
この特定の例示的な実施形態の追加の態様によれば、プラテンの温度は、1つ以上の可動な熱パッドがプラテンと熱接触している場合に影響される。
【００１１】
この特定の例示的な実施形態の他の態様によれば、プラテン及び1つ以上の可動な熱パッドは、静電材料で作成する。例えば、静電材料は、アルミニウム、酸化アルミニウム又は他の同様の静電材料とすることができる。
【００１２】
この特定の例示的な実施形態の他の態様によれば、熱流体を、ヘリウム、窒素、冷媒液、及び低温液体のうちの少なくとも1つを含む冷却剤とすることができ、プラテンの温度を0℃以下まで低減するか、あるいは、室温まで増大させることができる。
【００１３】
他の特定の例示的な実施形態において、この技術は、プラテンの温度を変える方法として実現することができる。この方法は、1つ以上の可動な熱パッドにおける1つ以上の熱流体チャネルに熱流体を供給するステップと、1つ以上の熱パッドを動かしてプラテンに熱的に接触させ、該プラテンの温度を変えるステップと、を含むことができる。
【００１４】
この特定の例示的な実施形態の他の態様によれば、この方法は、1つ以上の熱パッドがプラテンに熱的に接触している領域に、少量のガス流を導入して、熱抵抗を低下させて、熱伝達を向上させるステップをさらに含むことができる。
【００１５】
この特定の例示的な実施形態の他の態様よれば、所望の温度が得られた場合に、前記1つ以上の熱パッドを引っ込めるステップをさらに含むことができる。
【００１６】
この特定の例示的な実施形態の追加の態様によれば、1つ以上の熱パッドは、プラテンの平坦面に対して平行な方向に、プラテンから離れるように引っ込む。
【００１７】
この特定の例示的な実施形態の他の態様によれば、1つ以上の熱パッドは、プラテンの平坦面に対して直交する方向に、プラテンから離れるように引っ込む。
【００１８】
この特定の例示的な実施形態の別の態様によれば、1つ以上の熱パッドは、独立に制御される。
【００１９】
この特定の例示的な実施形態の追加の態様によれば、1つ以上の熱パッドは、静電材料でつくられる。
例えば、静電材料は、アルミニウム、酸化アルミニウム又は他の同様の静電材料とすることができる。
【００２０】
この特定の例示的な実施形態の他の態様によれば、熱流体は、ヘリウム、窒素、冷媒液、及び低温液体のうちの少なくとも1つを含む冷却剤である。
【００２１】
この特定の例示的な実施形態の他の態様によれば、プラテンの温度は、0℃以下まで低減される。
【００２２】
この特定の例示的な実施形態の追加の態様によれば、プラテンの温度は、−10℃から−100℃の間の温度にまで低減される。
【００２３】
本開示を添付の図面に示す例示的な実施形態を参照してより詳細に説明する。本開示を、例示的な実施形態を参照して以下に説明するが、本開示はそれに限定されないと理解すべきである。当業者は、本願における教示にアクセスすることで、本願明細書において記載されている本開示の範囲内、及び本開示がかなり役に立つ追加的な実施態様、変更例、及び実施例を認識されよう。
【００２４】
本開示のより完全な理解を容易にするために、同様の番号が同様の構成要素を示す、添付図面を参照する。これらの図面は、本開示を制限するものとして解釈されてはならず、例示のみを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来のイオン注入装置を示す図である。
【図２Ａ】本発明の例示的な実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置の側面図である。
【図２Ｂ】本発明の例示的な実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置の上面図である。
【図２Ｃ】本発明の例示的な実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置の他の側面図である。
【図２Ｄ】本発明の例示的な実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置の別の側面図である。
【図２Ｅ】本発明の例示的な実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置の他の上面図である。
【図２Ｆ】本発明の例示的な実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置のさらに他の側面図である。
【図２Ｇ】本発明の例示的な実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置のさらに別の側面図である。
【図２Ｈ】本発明の例示的な実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置の別の上面図である。
【図３Ａ】本発明の他の例示的な実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置の側面図である。
【図３Ｂ】本発明の他の例示的な実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置の他の側面図である。
【図３Ｃ】本発明の他の例示的な実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置の別の側面図である。
【図３Ｄ】本発明の他の例示的な実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
添付の図面に示した例示的な実施形態を参照して発明を詳細に説明する。同様の参照番号を図面全体にわたって同一又は類似の部分を参照するのに用いる。以下の詳細な説明は、例示的で説明のためのものであり、制限的なものでない。
【００２７】
本開示の実施形態は、プラテンの温度を変えてイオン注入を最適化し、且つイオン注入性能全体を向上させる技術を提供する。加えて、本開示の実施形態は、プラテンの温度を変えるための様々な例示的な構成を提供する。
【００２８】
半導体デバイスの継続した小型化に伴い、極浅接合の需要が高まっている。例えば、最新の相補型金属酸化膜半導体(CMOS)デバイスのニーズに応じるために、より活性化し、より浅くて、より急峻なソース・ドレインエクステンション接合を創り出すのに多大な努力が注がれている。
【００２９】
結晶シリコンウェーハ中に、急峻な極浅接合をつくるには、例えば、ウェーハ表面を非晶質化するのが望ましい。一般的に、イオン注入による格子間原子(interstitials)は、ポスト注入アニールの一部としての固相エピタキシャル成長後にほとんど残らないため、非晶質シリコン層は比較的厚くするのが好ましい。非晶質層が薄いと、非晶質−結晶界面を越えたエンドオブレンジ領域内に、より多くの格子間原子が存在することになる。これらの格子間原子は、イオン注入されたドーパントを過渡増速拡散(TED)することになり、結果として、ドーパント・プロファイル(例えば、PN又はNP接合)を深くし及び/又は所望の急峻性を失わせることになる。その結果、非晶質層がより薄いと、電子デバイスにおいて短チャネル効果を逆に増大させることになる。格子間原子は、不活性なクラスターを形成することになり、特にボロンの場合に、ドーパントの活性化を低減させることになる。活性化アニール処理中に除去されなかった非晶質−結晶界面を越えた格子間原子は、統合して、複雑なエンドオブレンジのダメージを形成する。このダメージは、接合リーク及び歩留まり損失のメカニズムを引き起こす。このダメージは、後の熱処理の間に格子間原子を放出することにより進展し、さらにドーパントを拡散させ、ドーパントを非活性化する。
【００３０】
イオン注入の間に、ウェーハ温度を比較的低くすることがシリコンウェーハの非晶質化に有利であることが分かっている。現在のイオン注入の用途では、ウェーハは典型的には、冷却器から流れる液体によって冷却させた締め付けプラテンにウェーハを熱的に結合させるガスにより注入プロセス中冷却される。殆どの場合、かような冷却技術では、ウェーハの温度を冷却器の温度(例えば15℃)と、フォトレジストの完全性を維持するのに課される上限を有する高めの温度(例えば100℃)との間の温度とする。このような、高めの温度は、自己アニール効果、例えば、(注入中の)フレンケル対(イオンビーム照射でつくられる空孔−格子間原子対)の消滅を高める。シリコンの非晶質化は、十分な数のシリコン原子がビームイオンにより変位された場合にのみ起こるため、高温でのフレンケル対の消滅の増大は、切望していた非晶質化処理に不利に働き、その結果、非晶質化のドーズ量の閾値がより高くなり、従って、理想的な浅い接合が得られなくなる。
【００３１】
他のパラメータを同じとして、非晶質シリコン層の厚さは、自己アニール効果の低減に因る、注入温度の低下と共に増大させることができる。従って、より良好なプロセス制御及びデバイス性能の予測を達成することができる。
【００３２】
ウェーハを例えば5秒で1000℃にまで加熱する急速熱アニールが、通常、注入ドーパントを活性化するのに用いられてきた。拡散を生じないアニールが、ポスト注入プロセスでは好ましくなっており、そのプロセスでは、ウェーハの温度を、例えば熱源としてレーザ又はフラッシュランプを用いることにより非常に速く(例えば5ミリ秒で1000℃に)上昇させる。これらの極めて急速な熱処理は、ドーパントが有意に拡散するための時間がない程速いが、注入ダメージを修復する時間もない。低温イオン注入は、このような無拡散アニール中の、注入ダメージの修復程度を改善できると考えられている。従って、プラテンの温度を変える、より詳しくは、プラテンを冷却する技術が非常に望まれている。
【００３３】
例えば、−60℃以下の温度でのイオン注入は、イオン注入プロセスの性能をかなり向上させる。従来のイオン注入装置が典型的には、10℃から100℃までの温度でウェーハに注入するのに対し、イオン注入の間ウェーハを冷却し、その温度を0℃以下に保つことは、イオン注入の最適化にとって重要なことである。
【００３４】
図2A−2Hは、本開示の例示的な実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置200を示す。図2Aを参照するに、本開示の例示的な実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置200の側面図を示している。装置200は、基部202aを有するロプラット(roplat)202と、プラテン204と、該プラテン204に接続されたモータ206とを備える。この例では、熱パッド208a、208bをプラテン204の下に設けることができる。一実施形態において、熱パッド208a、208bは、可動なアーム210a、210bの上に配置し、これらのアームによって支持することができる。熱パッド208a、208bは、熱流体(例えば、冷却剤)を熱パッド208a、208b内に流すための熱チャネル212を含むことができる。例えば、冷却剤が熱パッド208a、208bを流れるにつれ、プラテン204上に配置されたウェーハ216は所望の温度に冷却される。熱パッド208a、208b内の熱チャネル212は、1つ以上の熱パイプ214に接続することができ、次に、これら1つ以上の熱パイプ214は、取り付けフレーム218を介して熱流体源及び/又は排水管(図示せず)に接続することができることが理解されよう。取り付けフレーム218は、イオン注入コンポーネントに取付けるための取り付けブラケット218a、又は他の取り付け物体を含むことができる。
【００３５】
図2Bを参照するに、ここには、プラテン204の温度を変える装置200の上面図を示してある。この図には、1つ以上の熱パイプ214をより明確に示してある。
【００３６】
図2Cは、プラテン204の温度を変える装置200の他の側面図を示す。この図には、プラテン204が作動アーム205によってモータ206に接続されていることが明らかに示される。一実施形態において、作動アーム205は、矢印Aで示すように、モータ206によって延ばしたり、及び/又は引っ込めたりすることができる。図2Cは、作動アーム205を延ばした位置のプラテン204示し、図2Aは作動アーム205を引っ込めた位置のプラテン204示している。
【００３７】
再び図2Aを参照するに、作動アームを引っ込めた/下降させた位置では、作動アーム205を介して、モータ206がプラテン204を引っ込めるため、プラテン204の下側は熱パッド208a、208bに熱的に接触することができる。換言するに、モータ206(例えば、空気軸受走査システムを用いるリニアモータ)により、プラテン204からの下向きの力によって熱パッド208a、208bに接触圧力を加えることができる。
【００３８】
他の実施形態では、図2Cに矢印Bで示すように、ロプラット 202自体の直線運動によってプラテン204を上昇/下降させることができる。この例では、ロプラット 202を、取り付けフレーム218に沿って上昇/下降させることができる。作動アーム205の場合と同様に、プラテン204を熱パッド208a、208bの上に下降させたら、モータ206により、プラテン204からの下向きの力によって熱パッド208a、208bに接触圧力を加えることができる。空気軸受走査システムは、ロプラット202を取り付けフレーム218に沿って動かすのに用いることもできることが理解されよう。他の様々な実施形態を実現することもできる。
【００３９】
一実施形態において、プラテン204の温度を変えるのは、接触伝熱によって達成することができる。例えば、熱流体(例えば、冷却剤)が熱パッド208a、208b内の熱チャネル212を通過するにつれて、プラテン204からの熱が、熱パッド208a、208b内の熱流体に伝達される。従って、冷却又は加熱の効果は、熱流体のタイプ及び/又は温度に依存することになる。
【００４０】
他の実施形態では、プラテン204を、例えば、アルミニウム又は酸化アルミニウムのようなアルミニウムベースの材料で形成することができる。他の実施形態では、プラテン204の上側を酸化アルミニウムとし、プラテン204の下側をアルミニウムとすることができる。
さらに別の実施形態では、プラテン204を、他の材料で形成し、それにアルミニウムベースの材料を被覆することができる。他の様々なプラテン材料を用いることもできることが理解されよう。例えば、これらには、イオン注入法で用いられる、任意の静電材料含むことができる。
【００４１】
熱パッド208a、208bも、例えばアルミニウムのような、アルミニウムベースの材料で形成することができる。可動アーム210a、210b、取り付けフレーム218も、例えばアルミニウムのような、アルミニウムベースの材料で形成することができることも理解されよう。他の様々な材料を用いることもできる。1つ以上の熱パイプ214は、ステンレス鋼又は低い温度で耐圧性が高い他の材料で形成することができる。
【００４２】
一実施形態において、プラテン204と熱パッド208a、208bとの金属−金属接触間の熱抵抗は、少量のガス流を接触領域に導入することによって低減させることができることが理解されよう。少量のガス流は、ヘリウム、窒素、浄化乾燥空気(CDA)又は他の同様なガスとすることができる。少量のガス流を導入することにより、熱パッド208a、208bとプラテン204との間の熱伝達を増大させて、プラテン204の温度を所望の温度に変えるのを容易にすることができる。
【００４３】
熱パッド208a、208b内の熱流体は、ガス及び/又は液体を含むことができる。プラテン204の温度を下げるために、冷却剤を用いることができる。例えば、一実施形態では、窒素ガスを冷却剤として用いることができる。他の実施形態では、冷却剤を、例えば、炭化水素混合物(例えばフロリナートなど)の冷媒液とすることができる。さらに別の実施形態では、例えばLN2のような低温液体を冷却剤として用いることができる。他の様々なガス及び/又は液体を用いることもできる。
【００４４】
図2Dを参照するに、ここには、プラテン204の温度を変える装置200の側面図を示してある。上述の通り、熱パッド208a、208bは、可動アーム210a、210bによって支持される。この図には、(可動アーム210a、210bを介して)熱パッド208a、208bが格納式で、プラテン204の表面に平行に動くことができることをより明確に示している。特に、熱パッド208a、208bは、プラテン204の下側に平行に接するように移動させることができる。図2Eは、図2Dに対応する装置200の上面図を示す。
【００４５】
装置200は、通常の室温注入動作を完全なスループットで、及び/又は低温注入動作を低減スループットで可能にさせることも理解されよう。例えば、通常の室温動作の間は、装置200は(図2D−2Gに示すように)引っ込めた位置とし、熱パッド208a、208bの熱チャネル212には熱流体(例えば冷却剤)を流さない。ここで、従来のプラテン冷却システムは、プラテン204を徐々に冷却するのに用いることができる。本開示の実施形態に従う、低温注入モード(例えば極低温のモード)を開始するためには、プラテン冷却システムを隔離し、及び/又は水を除去し、熱チャネル212及び熱パイプ214によって、熱パッド208a、208bに冷却剤を供給し始めることができる。一実施形態では、図2D−2Gに示すように、熱パッド208a、208bが引っ込んだ位置にある場合に、冷却剤を熱パッド208a、208bに流すことができる。他の実施形態では、図2A−2C及び図2Hに示すように、熱パッド208a、208bが引っ込んでいない(冷却準備) 位置にある場合に、冷却剤を熱パッド208a、208bに流すことができる。一旦、熱パッド208a、208bが所望の温度(例えば、0°C以下)まで冷却されたら、モータ206によって(例えば、作動アーム205を引っ込めるか、又はロプラット 202全体を下げるかして)、プラテン204を、熱パッド208a、208bの上まで下げて熱接触させることができる。プラテン204の温度が所望の温度にまで変わったら、プラテン204を、熱パッド208a、208bから持ち上げて、再度引っ込めることができる。一旦、熱パッド208a、208bを引っ込めたら、プラテン204を低温にてイオン注入するための注入位置に配置することができる。注入位置は、モータ206がロプラット202を中心に回転し、プラテン204の表面がもはやロプラット202の基部202aの平面に平行でなくなる場合にも達成できることが理解されよう。
【００４６】
例えば、図2Fは、注入位置においてプラテン204の温度を変える装置200の側面図を示す。図2Gは、注入位置における装置200の側面図を示す。一実施形態において、例えば、図2Cについて上述した直線運動と同様に、矢印Bで示すように、注入位置では、ロプラット202全体を、冷却パッド208a、208bより上方に配置する。他の様々な実施形態を提供することもできる。図2Hは、図2F−2Gに対応する装置200の上面図を示す。
【００４７】
イオン注入は、必要な限り、あるいは、プラテンが冷却されることを必要とするまで続けることができる。追加の冷却が必要な場合は、サイクルを必要に応じて繰り返すことができる。通常の室温注入動作に戻すために、熱パッド208a、208bを流れる熱流体を減らすか止めて、プラテン204を通常の室温動作(例えば、0°C以上の温度)まで暖めることができる。一実施形態において、これは、プラテン204をそのままにして暖めることによって達成することができる。他の実施形態では、上述の技術での冷却剤とは逆に、加熱された熱流体を用いて加熱を加速することができる。一旦、プラテン204が暖まると、従来のプラテン冷却システムを元の状態に戻すことができ、暖かい注入を再開することができる。
【００４８】
可動熱パッド208a、208bを有する装置200により、冷却/加熱位置と注入位置との間の滑らかな移行が可能になることも理解されよう。一実施形態において、冷却/加熱位置は、プラテン204を熱パッド208a、208bによって冷却/加熱し得る任意の位置とすることができる。他の実施形態では、注入位置を、プラテン204が熱パッド208a、208bから離れて延在する任意の位置とすることができる。他の様々な実施形態を実現することもできる。
【００４９】
図3A−3Dは、本開示の他の例示的な実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置300を示す。図2A−2Hと同様に、図3A−3Dの装置300は、基部202aを有するロプラットと、プラテン204とを含む。熱流体が熱パッド308a、308bを通過するにつれ、プラテン204上に配置したウェーハ216を、所望の温度にまで冷却/加熱することができる。
【００５０】
しかしながら、図2A−2Hとは異なり、装置300の熱パッド308a、308bは、可動なプラットフォーム310a、310b上に配置され、これらプラットフォーム310a、310bによって支持される。図3Aは、本開示の実施形態に従う、プラテンの温度を変える装置300の側面図を示している。この例では可動なアームを用いる代わりに、リニアアクチュエータ311a、311bを用いた対応する取り付けシステムにおいて、熱パッド308a、308bを可動プラットフォーム310a、310bによって支持することができる。熱パッド308a、308b内の熱チャネル312は、1つ以上の熱パイプ314に接続し、次にこの熱パイプ314は、取り付けフレーム218を介して熱流体源及び/又は排水路(図示せず)に接続することができることが理解されよう。熱パッド308a、308bは、これらの熱パッド308a、308b内に熱流体を流すための熱チャネル312を含むことができる。
【００５１】
リニアアクチュエータ311a、311bに接続された作動アーム313a、313bは、熱パッド308a、308bを引き出したり、又は引っ込めたりすることができる。熱パッド308a、308bをリニアアクチュエータ311a、311bによって、作動アーム313a、313bを介して引き出すと、押力により接触圧力が加えられる。
【００５２】
図3Aにて示すように、熱パッド308a、308bを引き出した位置では、接触圧力が、熱パッド308a、308bの表面と、プラテン204の下面との間に生成され、プラテン204を冷却/加熱することができる。一実施形態において、プラテン204の冷却/加熱は、接触伝熱によって達成することができる。例えば、熱流体が熱パッド308a、308b内の熱チャネル312を通過するにつれて、プラテン204からの熱が熱パッド308a、308b内の熱流体に伝達される。図3Bは、熱パッド308a、308bが、引っ込んだ位置にある、プラテン204の温度を変える装置300の側面図を示す。
【００５３】
図2A−2Hと同様に、プラテン204と熱パッド308a、308bとの金属−金属接触間の熱抵抗は、少量のガス流を接触領域に導入することによって低減させることができることが理解されよう。少量のガス流は、ヘリウム、窒素、浄化乾燥空気(CDA)又は他の同様なガスとすることができる。少量のガス流を導入することにより、熱パッド308a、308bとプラテン204との間の熱伝達を増大させ、プラテン204の温度を所望の温度に変えやすくすることができる。他の様々な実施形態を実現することもできる。
【００５４】
熱パッド308a、308bを引き出したり/引っ込めたりするのにリニアアクチュエータ311a、311bを用いることに関連する数個の利点がある。第1に、例えば、熱パッド308a、308bを、互いに独立して作動させることができる。プラテン204の一部のみを冷却/加熱する必要がある場合に、これはよりカスタマイズされた冷却/加熱効果を提供することができる。第2に、イオン注入が中断されている間にのみ動作させることのできる、装置200の熱パッド208a、208bとは異なり、装置300の熱パッド308a、308bは、イオン注入の間に、プラテン204の温度を変えるために用いることができる。例えば、図3Cは、注入モードにおける装置300の側面図を示す。この図から、リニアアクチュエータ311a、311bは、ロプラット202及びプラテン204のいかなる角度傾斜でも、引き出したり/引っ込めたりしたままとすることができることがより明らかとなる。図3Dは、図3Cに対応する装置300の上面図を示す。
【００５５】
本開示の実施形態に関連する利点は、上述のように、通常の室温モードの及び/又は低減したスループットでの注入モードにおける冷却/加熱の機能部及び機構部を含むことである。冷却/加熱の機能部及び機構部の他の利点は、本開示の実施形態が従来のイオン注入方法に対していかなる追加の変化を必要としないことにある。例えば、本開示の実施形態による装置は、取り付けフレーム218を用いてイオン注入装置に容易に取り付けることができる。本開示の実施形態に関連する他の利点は、熱パッドを用いる接触式の冷却/加熱法は、プラテン又は他の関連するコンポーネント(例えば、チャックなど)に直接又はこれらの中に熱流体(例えば、極低温の冷却剤など)を給排水する必要性をなくすことである。上述の通り、ほとんどのプラテンはこの目的用には決して設計されておらず、従って、このように使用することによる悪影響はウェーハ処理の品質を低下させ、危険でないにせよ、イオン注入を実行するのに扱いにくく、高価にもなる。
【００５６】
加えて、開示した冷却/加熱の機能部及び機構部は、ウェーハ及びプラテンに供給する注入エネルギーに比例してカスタマイズすることができる。例えば、冷却する実施形態では、アルミニウム製のプラテンは、約3000ジュール/℃の熱キャパシタンスを有する。20keVで1×1015ions/cm2での注入は、約3000ジュールであり、プラテン及びウェーハの温度を共に1.0℃増加させることができる。あるいは、他の実施形態では、10keVで1×1016ions/cm2での注入は、約15,372ジュールであり、プラテン及びウェーハの温度を共に5.0℃増加させることができる。従って、ウェーハ温度の上限として−60℃及び、例えば冷却されるプラテンの冷却設定値として−80℃を用いる場合に、プラテン204を冷却する装置を作動させることが必要となる前に、4回(例えば、4×5℃= 20℃)までの注入を達成することができる。
【００５７】
本開示の実施形態は、例えば、高電流、中程度の電流及び/又は高エネルギーのイオン注入装置におけるオプションとして様々なイオン注入装置に用いることができることが理解されよう。
【００５８】
また、本開示の実施形態は、イオン注入でのウェーハ処理を向上させることが理解されよう。例えば、上述の装置及び方法を用いて製造されるデバイス(例えば、揮発性及び不揮発性メモリデバイス)において、これらデバイスの処理速度を増大させ及び/又はリーク電流を低減させることができる。
【００５９】
本開示の実施形態は、主にプラテンを冷却することに向けられる一方で、他の実施も同様に提供できることが理解されよう。例えば、他の様々なコンポーネントを冷却する技術も同様に実現することができる。これにはイオン源、測定器などが含まれる。
【００６０】
他の熱調整アプリケーションを実現することもできることが理解されよう。例えば、本開示の実施形態は、温度を低減させる以外に、加熱した熱流体を用いて、温度を増大させることもできる。これは、通常の室温注入と低/高温注入との間の切り替えに役に立つ。冷却及び加熱の動的な組合せを同様に実装できることが理解されよう。かような熱調整システムにより、冷却と加熱とのいずれが必要かを動的に決定することによって、温度を維持することができる。これは、温度を維持することが注入を最適化するために不可欠であるイオン注入プロセスにおいて重要である。他の様々な実施形態を提供することもできる。
【００６１】
本開示の実施形態は、例えばプラズマ・ベースのイオン注入システムなどの、他のイオン注入システムにも適用することができることが理解されよう。これらには、高周波プラズマ・ドーピング(RF−PLAD)システム、グロー放電プラズマ・ドーピング(GD−PLAD)システム、及び他の同様のシステムが含まれる。
【００６２】
本開示は本明細書において記載した特定の実施形態による範囲内に限定されない。実際、本明細書において記載したものに加えて、本開示の他の様々な実施形態及び変更例が、前述の説明及び添付の図面から当業者にとって明らかであろう。従って、かような他の実施形態及び変更例も、本開示の範疇である。さらに、本開示を、特定の目的のための特定の環境での特定の実装の文脈で、本明細書において記載したが、当業者は、その有用性がそれに限定されるものでなく、本開示が任意数の目的のために、任意数の環境においても有益に実装することができると理解されよう。従って、以下に記載する請求項は、本明細書にて記載した本開示の全範囲及び精神を考慮して解釈すべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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