(57)【要約】  イオン注入システムは、加熱されたチャックを備えた第１のチャンバ及びプロセスチャンバを有する。コントローラは、加熱されたチャックと第１のチャンバとの間でワークピースを搬送し、第１のモード及び第２のモードで選択的に加熱されたチャックを活性化する。第１のモード及び第２のモードにおいて、加熱されたチャックを、第１の温度及び第２の温度でそれぞれ加熱する。第１の温度はあらかじめ決定されている。第２の温度は可変であり、それにより、コントローラは、熱量、注入エネルギー、及び／又は第１チャンバ内のワークピースの初期温度に基づいて第２の温度を決定し、また、通常、第２のモードにおいて第２の温度を維持する。加熱されたチャックから第１のチャンバへのワークピースの搬送により、第２のモード中のプロセスチャンバから注入エネルギーを除去する。加熱されたチャックを連続的に冷却する間、ワークピースを搬送することによって、熱もまた、加熱されたチャックから冷却プラテンに移動し得る。
2019522870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入システムであって、
プロセスチャンバに向けてイオンビームを方向付けるよう構成されたイオン注入装置と、
前記プロセスチャンバに操作可能に連結された第１のチャンバと、
前記プロセスチャンバ内部に配置された加熱されたチャックと、
前記加熱されたチャックは、そのクランプ面に選択的にワークピースをクランプするように構成されており、
前記加熱されたチャックのクランプ面を選択的に加熱するよう構成された加熱装置と、
前記加熱されたチャックと前記第１のチャンバとの間でワークピースを搬送するよう構成されたワークピース搬送装置と、
前記ワークピース搬送装置によって前記加熱されたチャックと前記第１のチャンバとの間で、前記ワークピースを選択的に搬送するよう構成されたコントローラと、を備え、
前記コントローラは、第１のモード及び第２のモードのそれぞれにおいて、前記加熱されたチャックを操作するために前記加熱装置に選択的にエネルギーを与えるよう構成されており、
前記第１のモードにおいて、前記加熱装置は前記クランプ面を第１の温度に加熱し、
前記第２のモードにおいて、前記加熱装置は前記クランプ面を第２の温度に加熱し、
前記第１の温度は、予め定められ、高温イオン注入に関連し、
前記第２の温度は、準室温イオン注入に関連し、
前記コントローラは、前記第２の温度を、前記ワークピースに関連する熱量と、前記ワークピースに衝突する前記イオンビームに関連する注入エネルギーと、前記第１のチャンバに前記ワークピースが存在するときの前記ワークピースの初期温度とのうち１つ以上に基づいて決定し、
前記コントローラは、前記第２のモードにおいて前記加熱されたチャックにおける第２の温度を概ね維持し、
前記第２のモードにおいて、前記加熱されたチャックが操作されるとき、前記加熱されたチャックから前記第１のチャンバに前記ワークピースを搬送することが、前記プロセスチャンバから前記注入エネルギーを概ね取り除く、イオン注入システム。
【請求項２】
前記第１の温度は、約３００℃より高く、前記第２の温度は、約１００℃より低い、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項３】
前記第１の温度は、約３００〜６００℃の範囲内であり、前記第２の温度は、約２０〜１００℃の範囲内にある、請求項２に記載のイオン注入システム。
【請求項４】
前記加熱装置は、加熱し(heats)、前記加熱されたチャックの前記クランプ面に関連する、１つ以上のヒータを備える、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項５】
前記１つ以上のヒータは、前記加熱されたチャック内部に内蔵された、１つ以上の抵抗加熱器を備える、請求項４に記載のイオン注入システム。
【請求項６】
前記加熱装置は、前記加熱されたチャックの前記クランプ面を選択的に加熱するよう構成された放射熱源を備える、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項７】
前記放射熱源は、ハロゲンランプと、発光ダイオードと、赤外線熱装置とのうちの１つ以上を備える、請求項６に記載のイオン注入システム。
【請求項８】
前記コントローラは、
前記第２の温度を、前記ワークピースに関連する前記熱量と、前記ワークピースに衝突する前記イオンビームに関連するイオン注入エネルギーと、前記第１のチャンバ内に前記ワークピースが存在するときの前記ワークピースの前記初期温度との全てに基づいて決定するよう構成される、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項９】
前記ワークピースを支持し、冷却するように構成された冷却プラテンを更に備える、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記ワークピース搬送装置を制御することにより、前記ワークピースにイオンを注入すること無しで、前記加熱されたチャックと前記冷却プラテンとの間で、前記ワークピースを搬送させるよう更に構成され、
それによって、前記ワークピースは、前記加熱されたチャックから前記冷却プラテンへ熱を移動させ、前記加熱されたチャックを前記第２の温度と関係がある冷温に冷却する、請求項９に記載のイオン注入システム。
【請求項１１】
イオン注入システムにおいて、温度の一貫性を維持する方法であって、
第１のモード及び第２のモードのうち１つであるときにおいて、加熱されたチャックの操作を決定することと、
前記第１のモードは、第１の温度におけるワークピースへの高温イオン注入に関連し、
前記第１の温度は、予め定められており、
前記第２のモードは、第２の温度における前記ワークピースへの準室温イオン注入に関連し、
前記第２の温度を、前記ワークピースに関連する熱量と、前記ワークピースに衝突するイオンビームに関連する注入エネルギーと、前記ワークピースが第１のチャンバ内に存在するときの前記ワークピースの初期温度とのうち以上に基づいて決定することと、
前記イオン注入システムが前記第１のモード中であるとき、前記加熱されたチャックを前記第１の温度に加熱することと、
イオン注入システムの操作が第２のモード中であるとき、前記加熱されたチャックを前記第２の温度に加熱することと、
前記ワークピースを、前記第１のチャンバから前記加熱されたチャックへ搬送することと、
前記加熱されたチャック上の前記ワークピースへイオンを注入することと、
前記ワークピースを、前記加熱されたチャックから前記第１のチャンバへ搬送することと、ここで、前記第２のモードにおいて前記加熱されたチャックが操作されるとき、前記ワークピースへのイオンの注入に関連する注入エネルギーを、前記加熱されたチャックから概ね取り除くことと、
を含むイオン注入システムにおいて一貫して温度を維持する方法。
【請求項１２】
前記第１のモードにおいて前記加熱されたチャックを操作することと、
前記加熱されたチャックの前記操作を前記第１のモードから前記第２のモードに変更することと、を更に含み、
前記加熱されたチャックの前記操作を前記第１のモードから前記第２のモードに変更することは、
前記第２の温度に関連する冷温で冷却プラテンを供給すること、及び、前記１つ以上のワークピースにイオンを注入すること無しで、前記加熱されたチャックと前記冷却プラテンとの間で、１つ以上のワークピースを循環させることを含み、
これにより、前記１つ以上のワークピースは、前記加熱されたチャックから前記冷却プラテンへ熱を搬送させ、前記加熱されたチャックを冷却する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記加熱されたチャックを加熱することは、
前記加熱されたチャック内部に内蔵された１つ以上のヒータに、選択的にエネルギーを与えることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記加熱されたチャックを加熱することは、前記加熱されたチャックのクランプ面を放射状に加熱することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記加熱されたチャックの前記クランプ面を放射状に加熱することは、
ハロゲンランプと、発光ダイオードと、赤外線熱装置とのうちの１つ以上をクランプ面に向けて方向付けることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
イオン注入システムであって、
プロセスチャンバに向けてイオンビームを方向付けるよう構成されたイオン注入装置と、
前記プロセスチャンバに操作可能に連結された第１のチャンバと、
前記プロセスチャンバ内部に配置された加熱されたチャックと、
前記加熱されたチャックは、そのクランプ面に選択的にワークピースをクランプし、
前記加熱されたチャックは、前記加熱されたチャックのクランプ面を選択的に加熱するよう構成された加熱装置を備え、
前記加熱されたチャックと前記第１のチャンバとの間で前記ワークピースを搬送するよう構成されたワークピース搬送装置と、
前記ワークピース搬送装置によって前記加熱されたチャックと前記第１のチャンバとの間で、前記ワークピースを選択的に搬送するよう構成されたコントローラと、を備え、
前記コントローラは、第１のモード及び第２のモードのそれぞれにおいて、前記加熱されたチャックを操作するために前記加熱装置に選択的にエネルギーを与えるよう構成され、
前記第１のモードにおいて、前記加熱装置は前記クランプ面を第１の温度に加熱し、
前記第２のモードにおいて、前記加熱装置は前記クランプ面を第２の温度に加熱し、
前記第１の温度は、予め定められており、高温イオン注入に関連し、
前記第２の温度は、準室温イオン注入に関連し、
前記コントローラは、前記第２の温度を、前記ワークピースに関連する熱量と、前記ワークピースに衝突する前記イオンビームに関連する注入エネルギーと、前記第１のチャンバに前記ワークピースが存在するときの前記ワークピースの初期温度とに基づいて決定し、
前記コントローラは、前記第２のモードにおいて前記加熱されたチャックにおける第２の温度を概ね維持するように構成されており、前記加熱されたチャックが前記第２のモードで操作されるときに、前記加熱されたチャックから前記第１のチャンバへ前記ワークピースを搬送することが、前記プロセスチャンバから前記注入エネルギーを概ね取り除く、イオン注入システム。
【請求項１７】
前記第１の温度は、約３００〜６００℃の範囲内にあり、前記第２の温度は、約２０〜１００℃の範囲内にある、請求項１６に記載のイオン注入システム。
【請求項１８】
前記加熱装置は、前記加熱されたチャック内部に内蔵され、前記加熱されたチャックの前記クランプ面に関連する、１つ以上の抵抗加熱器を備える、請求項１６に記載のイオン注入システム。
【請求項１９】
前記ワークピースを支持し、冷却するための冷却プラテンを更に備える、請求項１６に記載のイオン注入システム。
【請求項２０】
前記コントローラは、前記ワークピース搬送装置を制御することにより、前記ワークピースにイオンを注入すること無しで、前記加熱されたチャックと前記冷却プラテンとの間で、前記ワークピースを搬送するよう更に構成され、
これにより、前記ワークピースは、前記加熱されたチャックから前記冷却プラテンへ熱を移動させ、前記加熱されたチャックを前記第２の温度と関係がある冷温に冷却する、請求項１９に記載のイオン注入システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願の参照〕
本願は、「ウェハ冷却方法」（WAFER COOLING METHOD）というタイトルが付された米国仮出願第６２／３４４，４８３号（２０１６年６月２日出願）による利益を主張する。当該仮出願の全体の内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
〔技術分野〕
本発明は、全体としてワークピース処理システム、及びワークピースを処理するための方法に関し、より具体的には、イオン注入の間、加熱されたチャック上でワークピースの温度を均一に制御するためのシステム及び方法に関する。
【０００３】
〔背景〕
半導体処理において、イオン注入のような、多くの操作は、ワークピース上、又は半導体ウェア上で行われる。イオン注入処理技術が進歩するにつれて、前記ワークピース中のあらゆる注入特徴を達成するために、前記ワークピースにおける様々なイオン注入温度が実行され得る。例えば、従来のイオン注入処理では、３つの温度形態が一般的に考えられてきた。３つの温度形態とは、前記ワークピースにおける処理温度が室温よりも低い温度に維持される低温注入、前記ワークピースにおける処理温度が一般的に３００〜６００℃の高温に維持される高温注入、及びワークピースにおける処理温度が室温よりもわずかに高いが、高温注入で使用されてものより低い、一般的に５０〜１００℃の準室温注入温度である、いわゆる準室温注入である。
【０００４】
高温注入は、例えば、より一般的になり、これにより、前記処理温度は、高温専用の、加熱されたチャックとも呼ばれる、静電チャック（ＥＳＣ）を用いて、一般的に達成される。前記加熱されたチャックは、注入の間、前記ワークピースをその表面に保持し、又はクランプする。従来の高温ＥＳＣは、例えば、ＥＳＣ及びワークピースを前記処理温度（例えば、３００〜６００℃）に加熱するために、クランプ面の下に埋め込まれた一式のヒータを備え、それによって、気体接触面は、前記クランプ面から前記ワークピースの裏面に、熱接触面を型どおりに付与する。一般的に、その経緯において、高温ＥＳＣは、チャンバ表面へのエネルギーの放射によって冷却される。
【０００５】
冷却されたイオン注入処理もまた一般的であり、従来、室温ワークピースは冷却されたチャック上に置かれ、該冷却されたチャックは冷却温度（例えば、室温より低い温度）に冷却され、それによって、前記ワークピースは冷却される。前記ワークピースに分け与えられた熱エネルギーをイオン注入から除去するために前記冷却されたチャックを冷却することにより、冷却されたチャックを通る熱の除去を介して、前記注入中の冷却された温度において、前記チャック及びワークピースを更に維持することを含む。
【０００６】
イオン注入処理は、いわゆる「準室温」においても行われ（例えば、５０〜６０℃のように室温よりもわずかに高く、高温イオン注入処理ほどは高くない温度）、それによって、低熱チャック（例えば、１００℃未満の温度で加熱されるよう構成されるチャック）が、注入の間、前記ワークピースの温度を制御するために通常使用されてきた。しかしながら、このような低熱チャックの使用では、比較的冷たい（例えば、約２０℃の室温）ワークピースが、前記低熱チャックの上に配置される、これにより、裏面ガスは、低熱チャックとワークピースとを熱的に連結し、イオン注入を行う前に平衡温度に達するまで、前記低熱チャックから前記ワークピースにエネルギーを移動させる。
【０００７】
低熱チャックによる、このようなワークピースの加熱は、しかしながら、ワークピースからワークピースへの注入温度の変化をもたらし得る。注入より前に、エネルギーが低熱チャックからワークピースへ搬送されるだけでなく、それ自身の注入により熱が生成され、低熱チャックは時間周期と共に変動し得る。このような変動は、ワークピースからワークピースへの注入の均一性に悪影響を及ぼし、その変化は、前記注入システムの起動の間中、悪化し得る。
【０００８】
一般的に、高温ＥＳＣｓ（例えば、加熱されたチャック）は、高温注入にのみ利用されるが、所望の処理が高温処理（例えば、３００〜６００℃）から準室温処理（例えば、１００℃未満）に変更される場合には、ヒータ及び前記注入の前記温度を制御するための制御機構の構成が、少なくとも部分的にはその原因となって、問題となる。このようにして、高温注入から準室温注入へ変更するときは、前記加熱されたチャックは低熱チャックにより置き換わり、それによって、前記加熱されたチャックおよび異なる熱移動能力性を備える低熱チャックは、所望の処理温度のために特別に設計される。
【０００９】
〔概要〕
本発明は、高温静電チャック上のワークピースに注入するためのシステム及び方法を提供することにより先行技術の限界を超え、それによってシステム及び方法は、高温注入及び準室温注入の両方のための構成を提供する。
【００１０】
従って、以下は、本発明のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、本発明の簡略化された概要を提示する。この概要は、本発明の広い観念ではない。本発明の主要な、又は決定的な構成を特定しようとするものではなく、本発明の範囲を説明したものでもない。本概要の目的は、後述する、より詳細な説明の前置きとして、本発明の一部の概念を簡潔に示すことである。
【００１１】
本発明は、一般に、イオン注入装置及びその中のワークピースの加熱を制御するための方法を有するイオン注入システムに関する。イオン注入システムは、例えば、イオンビームをプロセスチャンバに向ける様に構成されたイオン注入装置を備える。第１のチャンバは、前記プロセスチャンバに操作可能に連結され、加熱されたチャックは、前記プロセスチャンバ内部に配置される。前記加熱されたチャックは、例えば、ワークピースをそのクランプ面に選択的にクランプするよう構成され、前記加熱されたチャックは、それに関連する１つ以上のヒータを含む。１つ以上のヒータは、例えば、前記加熱されたチャック内部に埋め込まれ、前記クランプ面を選択的に加熱するよう構成される。あるいは、１つ以上のヒータは、前記加熱されたチャックの前記クランプ面に向けられた１つ以上の放射熱源を備える。ワークピース搬送装置は、前記加熱されたチャックと、前記第１のチャンバとの間で、ワークピースを搬送するよう更に構成されている。
【００１２】
別の態様によれば、コントローラが提供され、ワークピース搬送装置を用いて、前記加熱されたチャックと、前記第１のチャンバとの間で、前記ワークピースを選択的に搬送するよう構成される。前記コントローラは、第１のモードおよび第２のモードのそれぞれにおいて、前記加熱されたチャックを操作するために、１つ以上のヒータに選択的にエネルギーを与えるよう更に構成される。前記第１のモードでは、１つ以上のヒータは、前記クランプ面を、高温イオン注入に関連する第１の温度に加熱する。前記第２のモードでは、１つ以上のヒータは、前記クランプ面を、準室温イオン注入に関連する第２の温度に加熱する。
【００１３】
前記コントローラは、例えば、前記ワークピースに関連する熱量、前記ワークピースに衝突するイオンビームに関連する注入エネルギーと、前記ワークピースが第１のチャンバ内に存在するときの前記ワークピースの初期温度とのうち１つ以上に基づいて、前記第２の温度を決定するよう構成される。前記コントローラは、前記第２のモードにおいて、前記加熱されたチャック上で前記第２の温度を概ね維持するよう更に構成され、第２のモードにおいて、前記加熱されたチャックが操作されるとき、前記加熱されたチャックから前記第１のチャンバに前記ワークピースを搬送することは、前記プロセスチャンバから前記注入エネルギーを概ね取り除く。
【００１４】
上述の目的及び関連する目的を達成するために、本発明は、以下に十分に説明され、かつ、特許請求の範囲において具体的に示された構成を備えている。以上の説明及び添付の図面は、本発明の所定の例示的な実施形態を詳細に開示する。これらの実施形態は、本発明の原則において採用されうる様々な手法の一部を例示している。本発明の他の目的、利点、及び新たな構成は、図面と共に考慮されることにより、以下の本発明の詳細な説明から、明確になるであろう。
【００１５】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、本開示の一態様による、例示的な加熱されたイオン注入システムのブロック図を示す。
【００１６】
図２は、本発明の別の例示的な態様による、ワークピースの加熱されたイオン注入のための例示的な方法を示すブロック図である。
【００１７】
図３は、本発明の別の例示的な態様による、ワークピースの加熱されたイオン注入のための例示的な方法を示すブロック図である。
【００１８】
図４は、別の態様による例示的な制御システムを示すブロック図である。
【００１９】
〔詳細な説明〕
本発明は、全体として、イオン注入システムに関し、より詳細には高温及び準室温注入の両方のために構成されたイオン注入システムに関する。そこで、図面を参照して本発明を説明する。同様の参照番号は、同様の部材を一貫して参照するために用いられてよい。様々な態様についての説明は単なる例示であると理解されるべきであり、限定的な意味合いで解釈されるべきではない。以下の記載では、説明のために、様々な具体的な細部が、本発明に対する十分な理解を与えるために開示されている。但し、本発明はこれらの具体的な細部がなくとも実施されてよいことは、当業者にとって明白であろう。
【００２０】
本開示の一態様によれば、図１は、典型的なイオン注入システム１００を示している。本例のイオン注入システム１００は、典型的なイオン注入装置１０１を含むが、プラズマ処理システムまたはその他半導体処理システムのような、あらゆる種類のベースの半導体処理システムもまた考えられる。イオン注入装置１０１は、例えば、ターミナル１０２、ビームラインアセンブリ１０４およびエンドステーション１０６を備える。
【００２１】
一般的には、ターミナル１０２内のイオン源（イオンソース）１０８は、ドーパントガスを複数のイオンへとイオン化させるため、及び、イオンビーム１１２を形成するために、電源１１０に接続されている。本実施例のイオンビーム１１２は、質量分析装置１１４を通過して、開口１１６を出て、エンドステーション１０６に向かうように方向付けられている。エンドステーション１０６において、イオンビーム１１２は、ワークピース１１８（例：シリコンウェハ等の基板、ディスプレイパネル等）に衝突する。当該ワークピースは、チャック１２０（例：静電チャックまたはＥＳＣ）に選択的にクランプまたは取り付けられる。注入されたイオンがワークピース１１８の格子の内部に埋め込まれると、当該注入されたイオンは、ワークピースの物理的および／または化学的な特性を変化させる。このため、イオン注入は、材料科学の研究における様々な用途と同様に、半導体デバイスの製造および金属の仕上げ加工にも用いられている。
【００２２】
本開示のイオンビーム１１２は、任意の形状（例：ペンシルビーム、スポットビーム、リボンビーム、スキャンビーム、または他の形状）を取りうる。これらの形状のイオンビーム内のイオンは、エンドステーション１０６に向けられる。これらの形状は全て、本開示の範囲に含まれると考慮される。
【００２３】
１つの例示的な態様によれば、エンドステーション１０６は、プロセス環境１２６と関連付けられたプロセスチャンバ１２２（例：真空チャンバ１２４）を備える。プロセス環境１２６は、概してプロセスチャンバ１２２の内部に存在する。一例として、プロセス環境１２６は、真空源（真空ソース）１２８（例：真空ポンプ）によって生成された真空を含む。真空源１２８は、プロセスチャンバと連結されており、当該プロセスチャンバを十分に減圧排気（evacuate）するように構成されている。
【００２４】
一例として、イオン注入装置１０１は、高温イオン注入を供給し、ワークピース１１８は、処理温度（例：約３００〜６００℃）に加熱される。このようにして、本例では、チャック１２０は、加熱されたチャック１３０を含み、プロセスチャンバ１２２内でのワークピース１１８の加熱を更に可能にする間、および／またはイオンビーム１１２への前記ワークピースの露光後の間中、前記加熱されたチャックは、そのクランプ面１３１上にワークピース１１８を支持し、保持するように構成される。
【００２５】
前記加熱されたチャック１３０は、例えば、ワークピースが室温、または周囲の気温もしくは外部環境１３２（例えば、「大気環境」とも呼ばれる）の気温よりかなり高い処理温度に加熱される間、ワークピース１１８を支持するための静電チャック（ＥＳＣ）を含む。例えば、加熱システム１３４は、加熱システムを更に提供することができ、該加熱システムは加熱されたチャック１３０（例えば、クランプ面１３１）を加熱し、および、加熱されたチャック１３０内に存在する、ワークピース１１８を順に所望の処理温度にするよう構成される。加熱システム１３４は、例えば、ワークピース１１８を、加熱されたチャック１３０内部に配置された１つ以上のヒータ１３６を介して、選択的に加熱するよう構成される。また、加熱システム１３４の１つ以上のヒータ１３６は、加熱されたチャック１３０の外部にある、例えばハロゲンランプ、発光ダイオードおよび赤外線熱装置のような（図示しない）放射熱源を含んでもよい。
【００２６】
いくつかの高温注入のために、ワークピース１１８は、所望の温度に達するまでのプロセス環境１２６の真空の間、加熱されたチャック１３０上で「浸す」ことが可能である。また、イオン注入システム１００を通るサイクル時間を増やすために、ワークピースは、プロセスチャンバ１２２と動作可能に結合された１つ以上のチャンバ１３８Ａ、１３８Ｂ（例えば、１つ以上のロードロックチャンバ）内で、予熱装置１５２を用いて、予め加熱されてもよい。
【００２７】
ツールの構造、処理および所望の処理能力に応じて、ワークピース１１８は予熱装置１５２を用いて、第１の温度に予熱されうる。第１の温度は、処理温度以下であり、それ故、真空チャンバ１２４内の加熱されたチャック１３０の平衡化を可能にする。このような状況は、プロセスチャンバ１２２への搬送中に、ワークピース１１８に熱を失わせ、処理温度への最終的な加熱は、加熱されたチャック１３０上で行われる。また、ワークピース１１８は、予熱装置１５２を用いて、処理温度よりも高い第１の温度に予熱されてもよい。それに応じて、第１の温度は、加熱されたチャック１３０上にクランプされるように、プロセスチャンバ１２２への搬送の間、ワークピース１１８の冷却がかろうじてワークピース所望の処理温度になるよう最適化される。
【００２８】
１つ以上のチャンバ（例えば、図１中のチャンバ１３８Ａに示されている）に関連する予熱装置１５２は、プロセスチャンバ１２２のプロセス環境１２６の真空にワークピースを運ぶのに先立ち、ワークピース１１８を外部環境１３２の気圧下において有利に加熱する。例えば、プロセスチャンバ１２２内のように高い真空環境における、ワークピース１１８への熱搬送は、放射線によって大きく支配される。３００〜５００℃の温度における、結晶シリコンの総半球放射率は、例えば、約０．２〜０．６の範囲である。従って、ワークピース１１８の照射熱吸収率の低さに起因する、迅速な熱的過渡は促進されない。
【００２９】
熱増加を加速させ、熱搬送のための付加的メカニズムを可能にするために、ワークピース１１８の裏面は、加熱されたチャック１３０との導電性のやりとり（conductive communication）をもたらす。この導電性のやりとりは、加熱されたチャック１３０と、ワークピース１１８との間で、ガス表面を制御した気圧（「裏面ガス」とも呼ぶ）を介して達成される。裏面ガスの気圧は、例えば、一般的に加熱されたチャック１３０の静電力によって制限され、一般的に５〜２０Ｔｏｒｒの範囲に維持され得る。一例として、裏面ガス表面の厚さ（例えば、ワークピース１１８と、加熱されたチャック１３０との間の距離）は、ミクロンオーダー（一般的に５〜２０μｍ）で制御され、この圧力形態における分子平均自由行程は、表面の厚さがシステムを過渡的及び分子性のガス形態に近づけるのに十分大きくなる。
【００３０】
また、予熱装置１５２は、プロセス環境１２６の真空圧においてワークピース１１８を加熱してもよい。また他には、予熱装置１５２は、１つ以上のチャンバ１３８Ａ、１３８Ｂが大気圧から真空圧に下げている同じタイムフレームの間にワークピース１１８を加熱してもよい。
【００３１】
予熱装置１５２は、例えば、チャンバ１３８Ａ内に配置されたホットプレート１５４を含む。ホットプレート１５４は、例えば、抵抗加熱器を備え、抵抗加熱器はホットプレート内に内蔵された発熱体、ヒートポンプまたはホットプレートからワークピース１１８に熱を伝達するためのその他の加熱機構を含む。また、予熱装置１５２は、１つ以上のハロゲンランプ、発光ダイオード及び赤外線熱装置のような放射熱源を備える。
【００３２】
本開示の他の態様によると、チャンバ１３８Ｂは、冷却装置１６０を備え、イオン注入においてイオンが注入される後で、ワークピース１１８がチャンバ１３８Ｂ内に配置されるとき、ワークピースを冷却するように構成されている。冷却装置１６０は、例えば、冷却されたワークピース支持体１６２を含んでもよい。冷却されたワークピース支持体は、熱伝導を介して、その表面に存在するワークピース１１８を能動的に冷却する。冷却されたワークピース支持体１６２は、例えば、それを通過する１つ以上の冷却チャンネルを有するコールドプレートを含む。冷却チャンネルに浸透する冷却液が、コールドプレートの表面に存在するワークピース１１８を十分に冷却する。冷却されたワークピース支持体１６２は、ペルチェ冷却又は通常技術の１つとして知られている冷却機構のような、その他の冷却機構を含んでもよい。
【００３３】
別の例示的な態様によると、コントローラ１７０は、それぞれの上に存在するワークピース１１８を選択的に加熱または冷却する、加熱システム１３４、予熱装置１５２および冷却装置を選択的に有効にするよう供給及び構成される。コントローラ１７０は、例えば、予熱装置１５２を用いて、チャンバ１３８Ａ内でワークピース１１８を加熱するよう構成されてもよく、加熱されたチャック１３０および加熱システム１３４を用いて、プロセスチャンバ１２２内でワークピースを予め定められた温度に加熱するよう構成されてもよく、イオン注入装置１０１を用いて、ワークピースにイオンを注入するよう構成されてもよく、それぞれのチャンバ１３８Ａ、１３８Ｂのポンプおよびベント１７２、各大気扉１７４Ａ、１７４Ｂ、真空扉１７６Ａ、１７６Ｂならびにワークピース搬送装置１７８Ａ、１７８Ｂを用いて、外部環境１３２（例：大気）とプロセス環境１２６（例：真空環境）との間でワークピースを選択的に搬送するよう構成されてもよい。
【００３４】
一例として、ワークピース１１８は、処理チャンバ１２２から更に運ばれ、例えば、ワークピースは、ワークピース搬送装置１７８Ａを用いて、選択された正面開口一体化容器（ｆｒｏｎｔ  ｏｐｅｎｉｎｇ  ｕｎｉｆｉｅｄ  ｐｏｄ：ＦＯＵＰ）１８０Ａ、１８０Ｂとチャンバ１３８Ａ、１３８Ｂとの間で搬送され、ワークピース搬送装置１７８Ｂを用いて、搬送チャンバ１３８Ａ及び１３８Ｂと加熱されたチャック１３０との間で更に搬送される。コントローラ１７０は、例えば、ワークピースをワークピース搬送装置１７８Ａ、１７８Ｂを用いて、ＦＯＵＰ１８０Ａ、１８０Ｂ、チャンバ１３８Ａ、１３８Ｂと、加熱されたチャック１３０との間を選択的に搬送するよう更に構成される。
【００３５】
上述したように、従来のイオン注入システムは、一般的に異なる構造を有するあらゆる静電チャックを用いる。異なる温度において行われる注入は、異なる熱搬送性能を有するそれぞれ異なる静電チャックを使用する。本開示の図１のシステム１００は、しかしながら、同じ加熱されたチャック１３０を使用する間、高温注入（３００〜６００℃）及び準室温注入（２０〜１００℃）の両方を行うのに有利に構成される。このような構成は、図１のシステム１００は、従来のイオン注入システムの操作の従来の始動動作で一般的にみられる様々な欠点を軽減しながら、構成の最小の変化で様々な注入スキームを利用するので、単純性及び生産性の両方において、従来のシステムよりも有利である。
【００３６】
本開示によると、加熱されたチャック１３０の熱質量は、例えば、イオン注入の間、注入エネルギーを保存するためのエネルギーの吸収体として、有利に振る舞う。ワークピース１１８をそこから取り除くと、保存された注入エネルギーは、イオン注入装置１０１から取り除くことができる。それに応じて、本開示は、革新的な方法で、イオン注入と同時に熱エネルギーを有利に管理する。
【００３７】
例えば、加熱されたチャック１３０は、直径が約３００ｍｍのクランピングプレート（clamping plate）を含み、クランピングプレートの熱質量は、おおよそ３３７２ジュール／Ｋである。一方、直径が３００ｍｍのワークピース１１８（例えば、シリコンウェハ）は、８０．７ジュール／Ｋの熱質量を有する。このように、本開示における上述の例をみると理解されるように、加熱されたチャック１３０の熱質量は、イオン注入の間、注入エネルギーを保存するために、エネルギーの吸収体として振る舞う。ワークピース１１８をそこから取り除くと、保存された注入エネルギーは、イオン注入装置１０１から取り除くことができる。
【００３８】
一般的な例では、ワークピース１１８は、約２０℃の温度（例えば、室温前後）において、加熱されたチャック１３０上に配置される。ワークピース１１８の温度が、加熱されたチャック１３０上で上昇し、その蓄えられたエネルギーがイオン注入の最後における注入エネルギーと等しくなる場合、大抵は、加熱されたチャックの温度は一定であり、ワークピースは、ワークピースがシステム１００から取り除かれる際に、イオン注入の間に堆積されるように、イオン注入システムから多くのエネルギーを取り出す。
【００３９】
本開示は、加熱されたチャック１３０に関連するエネルギー平衡のように有利に管理する。例えば、最大熱量Ｔｂｕｄｇｅｔ（例えば、処理の間のワークピースの表面の予め定められた最大温度）が供給され（例えば、Ｔｂｕｄｇｅｔ＝１００℃）、ワークピースの初期温度Ｔ０を２０℃と提供する。それ故に、本例では、８０℃である温度差Ｔｄｉｆｆ（例えば、Ｔｂｕｄｇｅｔ−Ｔ０）は、例えば、ワークピース１１８に保存されたエネルギー及びワークピースと加熱されたチャック１３０との間の熱抵抗を経由した熱流量など、他の変数に利用可能である。本開示は、注入の間堆積された注入エネルギーとほぼ等しくなるよう、注入の最後のワークピース１１８のエネルギー変化を有利に抑制する。これは、例えば、加熱されたチャック１３０を、ワークピース１１８の予め決定された最終温度とおおよそ等しい温度まで予熱することにより達成される。このように、加熱されたチャック１３０の平均温度は、ほとんどの場合一定であり、ワークピース１１８の温度変化は後続の注入ステップにおいても概して一定であり続ける。
【００４０】
より良い理解を得るために、総熱量Ｔｂｕｄｇｅｔ（例えば、ワークピースの最大表面温度）は、次のように定義することができる。
Ｔｂｕｄｇｅｔ  ＝  Ｔ０＋Ｐｄ／ｋｇ＋｛［ＥＤｅ］／［ρｔＣｐ］｝／ｎ    （１）
ここで、Ｔ０はワークピース１１８の初期温度、Ｐｄはイオンビーム１１２（例：熱量Ｔｂｕｄｇｅｔに関連する計算されたパラメータ）のパワー密度、ｋｇはワークピースの表面からガス表面を介してチャック１３０までの熱伝導率（例：Ｎ２ガスを使った裏面ガス５ｔｏｒｒにおいてｋｇ＝．０８３ｗ／ｃｍ２／℃）、Ｅは注入エネルギー（例：エレクトロンボルトで表される）、Ｄは注入ドーズ量（例：イオン／ｃｍ２で表される）、ｅは電荷量（例：ｅ＝１．６０２×１０−１９クーロン）、ρはワークピースの密度（例：従来のシリコンウェハではρ＝２．３３ｇ／ｃｍ３）、ｔはワークピースの厚さ（例：従来のシリコンウェハではｔ＝０．０７ｃｍ）、Ｃｐは一定の圧力におけるワークピースの特定の熱容量（例：従来のシリコンウェハではＣｐ＝０．７Ｊ／ｇｍ／°Ｋ）、注入ステップの数ｎはワークピース上の所望のイオン量を達成するために、イオン特定のワークピース１１８が処理される回数を表す。
【００４１】
ワークピース１１８へのイオン注入例（例：従来のシリコンウェハ）は、ここで議論するように、エネルギーＥ＝４０，０００ｅＶ、ドーズ量Ｄ＝１×１０１５イオン／ｃｍ２、ρｔＣｐ＝０．１１４Ｊ／ｃｍ２／°Ｋが知られている。ワークピースの完全な注入のために、ワークピース１１８の全体的温度変化（ΔＴｍａｘ）は、比熱で割ったドーズエネルギー生成物（ＥＤｅ）によって表される。
ΔＴｍａｘ＝［ＥＤｅ］／［ρｔＣｐ］      （２）
ここで、本例によるとΔＴｍａｘ＝５６．２℃である。
【００４２】
処理の限界を超えることなく、ワークピース１１８を適切に注入するべき注入ステップの数ｎを決定するために、予め定められた概算値Ｔｒｅｃｉｐｅが、注入の処理方法に基づいて与えられる。予め定められた概算値Ｔｒｅｃｉｐｅは、例えば、特定のイオン注入システム１００に関連する、例えば、最大許容ビーム電流、予測エネルギー損失、安全因子、およびその他の要因など、様々な要因に基づく。本例では、予め決定された概算値Ｔｒｅｃｉｐｅ＝３０℃であるが、予め決定された概算値は、上述の要因に基づいて変化し得ることに留意すべきである。注入ステップの数ｎは、温度ΔＴｍａｘの全体的な変化を予め決定された概算値Ｔｒｅｃｉｐｅによって割ることで決定され、その結果は最も近い整数値に丸められる。上述の例では、５６．２／３０＝１．８７３であるので、注入ステップの数はｎ＝２である。
【００４３】
その結果、予め決定された温度差｛Ｔｂｕｄｇｅｔ−（ΔＴｗ＋Ｔ０）｝は、依然として、それぞれの注入ステップにおいて、ワークピース１１８から加熱されたチャック１３０の温度増加の主な原因となる。ここで、ΔＴｗは、それぞれの注入ステップにおけるワークピースの温度増加である。上述の例から、典型的な熱量Ｔｂｕｄｇｅｔ＝１００℃及び初期のワークピース温度Ｔ０＝２０℃では、予め決定された温度差｛Ｔｂｕｄｇｅｔ−（ΔＴｗ＋Ｔ０）｝は２３．８℃に等しい熱量にとどまる。注入の前に加熱されるべき加熱されたチャック１３０の予熱温度Ｔｐｒｅｈｅａｔは、次に決定される。ここで、
Ｔｐｒｅｈｅａｔ＝ΔＴｗ＋Ｔ０        （３）
上述の例の数値を使うと、注入シーケンスを開始する前に加熱されるべき加熱されたチャック１３０の予熱温度Ｔｐｒｅｈｅａｔは７６．２℃である。
【００４４】
ビームパワー密度Ｐｄの量は、
Ｐｄ＝ｋｇ｛Ｔｍａｘ−（ΔＴｗ＋Ｔ０）｝    （４）
であり、１．９７ワット／ｃｍ２に等しい。
【００４５】
典型的なイオン注入システム１００（例えば、Axcelis Technologies ofBeverly, Massachusetts製a Purion M または Purion Hイオン注入システム）を利用する、典型的なイオン注入では、３００ｍｍの半径を有するシリコンワークピース１１８は、１００ｍｍ（例えば、７８．５ｃｍ２の領域）の半径を有し、１５５ワットの最大パワーおよび３．８６ｍＡのビーム電流制限を有するイオンビーム１１２に曝される。本例の注入領域は１７２０ｃｍ２であり、その結果、上述の例では７２．５秒の注入時間が与えられる。このような典型的な注入処理の処理能力は１時間につき４６．４ワークピースである。その結果、本例のワークピース１１８の所望の最終温度は、Ｔｂｕｄｇｅｔ＝１００℃であり、それぞれの後続の注入を平衡状態に保って、加熱されたチャック１３０の温度を維持するために、本開示は、注入を開始する前に、初期予熱温度Ｔｐｒｅｈｅａｔ＝７６．２℃まで加熱されたチャックを予熱することを与える。
【００４６】
その結果、本開示は、ワークピースがイオン注入システム１００から取り除かれるときに、ワークピース１１８に注入に関連するエネルギーを取り除かせる。本例で留意すべきことは、ワークピースが加熱されたチャック１３０上に設置され、ワークピース加熱されるときに、エネルギーの大部分はワークピース１１８に注がれるが、総注入エネルギーのほんの一部は、ワークピース１１８によって取り除かれることである。注入が進むにつれて、ワークピース１１８および加熱されたチャック１３０の平均温度は少し上昇するが、本開示に従って、ワークピースがイオン注入装置１０１より取り除かれるとき、注入に関連するエネルギーもまた有利に取り除かれる。
【００４７】
上述したように、計算されたワークピース温度増加ΔＴｗが高すぎるよう決定されている場合、例えば、注入が多数のステップｎにおいて進行し、その結果、それぞれのステップがワークピース温度増加を予め決定された操作範囲内に維持する。それ故に、ステップの数ｎで割った総注入エネルギーは、それぞれの注入ステップの間に取り出され、その結果、ワークピースは、それぞれの注入ステップの後、Ｔ０（例えば、２０℃）に冷却される。他の例では、ワークピースの初期温度Ｔ０は、チャンバ１３８Ｂ内部の予冷（プリクール）ステーションを経由することによって、より低くなり得、その結果、熱量は効果的に増加し得る。
【００４８】
本開示は、このようにして、イオン注入と共にワークピース１１８に加えられる注入エネルギーを考慮することにより、加熱されたチャック１３０の温度を維持するシステムおよび方法を提供する。それ故に、本開示は、従来の静電チャックシステムおよび方法よりも、さらに汎用性の高い静電チャックシステムおよび方法を提供し、この結果、本開示の加熱されたチャックは、いわゆる「室温」注入（例：１００℃より低い温度）と同様に、加熱された注入を行うよう構成される。
【００４９】
典型的な開示の形態に従って、ワークピース１１８は、いわゆる「準室温」注入（例えば、ワークピース温度６０〜１００℃のイオン注入）のために加熱されたチャック１３０上に配置される。予め決定された量のエネルギーは、注入によってワークピース１１８に導入され、その結果、ワークピースがシステムから取り除かれるときに、該予め決定された量のエネルギーは装置１０１より有利に取り除かれる。言い換えれば、ワークピース１１８へのイオン注入に関連するエネルギーは、システムの温度を継続的に上げることなく、装置１０１より取り除かれる。慣例的に、注入からそれに続く注入まで、特にそのような従来のシステムの起動の間、および注入から注入までの温度変化に問題があるとき、ワークピース温度およびチャック温度は増加し続ける。
【００５０】
本開示の構成は、それゆえに、イオン注入装置１０１内の加熱されたチャック１３０の相対的に均一な温度を維持する。気体接触面は、例えば、ワークピース１１８（例えば、相対的に少ない量）と加熱されたチャック１３０（例えば、相対的に大きな量）との間の熱伝導接触面を提供する。したがって、ワークピース１１８を加熱されたチャック１３０上に載置した場合、ワークピースは加熱されたチャックから少量のエネルギーを吸収する。ワークピース１１８にイオンビーム１１２からのイオンを注入した場合、予め定められた量のエネルギー（例えば、装置１０１の総エネルギーの数パーセント）がワークピースに与えられる。しかしながら、本開示によれば、ワークピースがシステムから除去される場合に、そのような予め定められた量のエネルギーが装置から除去される。したがって、ワークピース１１８それ自身は、イオンビーム１１２により与えられたエネルギーをシステムから除去することによって、装置１０１の冷却機能を実行する。ワークピース１１８は、例えば、チャンバ１３８Ｂに設けられ、相対的に高温において除去され得（及び任意でそこで冷却され得る）、他のワークピースを、チャンバ１３８Ａを介して装置１０１に戻し、このサイクルを繰り返す。
【００５１】
本開示の他の例によれば、ワークピース１１８の熱量によって分割されるドーズエネルギー生成物は、例えば、ワークピースの温度をおよそ予め定められた温度上昇（例えば、約５〜１０℃）より低く維持する。それゆえに、注入の終了時点においてワークピース１１８が加熱されたチャック１３０から除去された場合、ワークピース自身は、予め定められた温度上昇を受けるが、この予め定められた温度上昇に寄与するエネルギーはワークピース内に保持され、続いて、システムからワークピースを除去することによって、このエネルギーは装置１０１から除去される。したがって、加熱されたチャック１３０上に載置した他のワークピース１１８を用いて本処理を最初からやり直し、ワークピースは、注入と同時に予め定められた温度上昇により温度が上昇し（例えば、再び約５~１０℃）、そのために、予め定められた温度上昇に寄与するエネルギーを、追加のワークピースと共にシステムから再度除去する。
【００５２】
したがって、本開示の構成では、それぞれのワークピース１１８の処理と共に、イオン注入装置１０１から平均注入エネルギーを除去し、それによって、続く注入のための概ね不変の温度を維持する。ワークピース１１８と加熱されたチャック１３０との間の気体接触面、並びに、加熱されたチャックの相対的に大きな熱量は、ワークピースを横断するイオンビーム１１２の走査に伴うパワーの、大きな瞬間的なピークを有利に緩和する。
【００５３】
実質的により大きな注入（例えば、高ドーズ注入）と呼ばれる処理手法において、例えば、ワークピース１１８の温度を予め定められた最大まで上昇させるとすぐに、加熱されたチャック１３０からワークピースを除去してチャンバ１３８Ｂに設置し、例えば、予め定められた量の冷却のために、さらに、加熱されたチャック１３０に再度載置し、処理を繰り返す。しかしながら、ここで、ワークピース１１８が装置１０１から除去される場合、注入エネルギーは、再度同様にシステムから除去され、それゆえに、システム温度の上昇を導かない。
【００５４】
他の例において、ワークピース１１８と加熱されたチャック１３０との間の熱接触面は、加熱されたチャックの温度の大幅な上昇を概ね防ぐことによって、加熱されたチャックの概ね一定の温度を維持する。本開示が、加熱されたチャックの概ね一定の温度を維持することを試みる一方で、少ない温度変化が考慮される（例えば、ワークピース１１８の１０℃の温度上昇に対する加熱されたチャックの０．５℃の温度上昇）。しかしながら、加熱されたチャック１３０のこの少ない温度変化は、加熱されたチャックに埋め込まれた１以上のヒータ１３６が原因であり、この１以上のヒータは、イオンビーム１１２により与えられる力よりも電力損失が高い。
【００５５】
本開示はさらに、「高温注入」と呼ばれるシステム１００の利用を検討し、このシステムでは、加熱されたチャック１３０を約３００〜６００℃の高い注入温度で加熱する。そのような高温注入において、ワークピース１１８をさらに、加熱されたチャック１３０上に載置する前に概ね高温注入温度まで予熱し、この予熱されたワークピース１１８を加熱されたチャック上に載置し、高温注入を実行する。それゆえに、本開示は、高温注入と同様に、準室温注入も実行するために、同じ加熱されたチャックを利用するシステム及び方法を提供することによって、従来のシステムではこれまで見られなかった汎用性を提供する。
【００５６】
ドーズエネルギー生成物は、ワークピース１１８の表面領域１ユニット当たりの蓄積エネルギーに相当する。例えば、ドーズは、長期に渡るイオンビーム１１２電流の積分として定義される。ワークピース１１８の表面の平方センチメートル当たりの総エネルギー蓄積は、例えば、電荷と掛け合わせたドーズ（例えば、原子／ｃｍ２を単位にして）、イオンビーム１１２によるエネルギーと掛け合わせたドーズとして定義され得る。熱質量は、その深さ（例えば、ワークピース１１８の厚み）に対する上述した表面の熱質量である。ワークピース１１８の厚みは、しかしながら、一般に相対的に薄い。例えば、直径３００ｍｍのシリコンウェハのようなワークピース１１８は、１℃当たり約９０ジュールのエネルギーを吸収するだろう。それゆえに、３００ｍｍシリコンウェハの熱反応は、１℃の上昇をもたらすためのエネルギーの９０ジュールである。本開示によれば、ワークピース１１８及び加熱されたチャック１３０の熱反応を有利に操作し、そのようなエネルギーの変化を緩和する。
【００５７】
例えば、本開示のより良い理解を得るために、従来の注入の例を提供する。従来のイオン注入システムが始まったとき、最初のウェハを冷たい又は室温のチャック上に載置し、その後にウェハにイオン注入する。したがって、ウェハの温度は注入に伴って上昇し、チャックの温度も上昇する。最初のウェハを取り除き、次のウェハをチャックの上に載置した後、チャックの温度は一般に、その後の注入の間に再び上昇する。従来、約３０〜４０のウェハをチャック上に載置し、チャック上が平衡温度に達する前に注入していた。１回分のウェハを超えるウェハとチャックとの温度のこのような変化は望ましくない。
【００５８】
それゆえに、本開示の内容によれば、平衡温度を決定し、加熱されたチャック１３０を、ワークピース１１８をその上に載置する前に、平衡温度まで有利に予熱する。平衡温度の決定と加熱されたチャック１３０の平衡温度への加熱によって、熱流の課題が装置１０１から取り除かれ、加熱されたチャック１３０の温度制御を有利に調整する。熱流のいくつかは、しかしながら、システム安定性を制御するために、いくつかの事例において必要とされる。本開示は、しかしながら、ワークピースからワークピースへの注入の平均温度を有利に制御する。
【００５９】
本システム及び方法は、それゆえに、注入開始前に平衡温度を決定し、それによって、ワークピース１１８にイオン注入する一方で熱システムを管理し、ワークピースを熱システムの構成要素として考慮する。本方法論では、ワークピースをシステムから取り出す時に、予め定められた量のエネルギーをシステムから取り出し、この予め定められた量のエネルギーは、ワークピースに蓄積する総注入エネルギーと同等である。
【００６０】
本開示の方法論は、例えば、加熱されたチャック１３０の平衡温度を決定し、それによって、初期の一群のワークピース１１８のための、加熱したチャックの初期の温度の急上昇を概ね防ぐ。一例において、ワークピース１１８を、ワークピースが初期温度Ｔ０（例えば、ワークピースが予熱されていない）の時に、加熱されたチャック１３０上に載置する。そのような場合、ワークピース１１８は、初期温度Ｔ０から、ワークピースと加熱されたチャック１３０との間で熱伝導が始まる時の処理温度まで温度が上昇する。それゆえに、エネルギーのいくらかは、加熱されたチャック１３０からワークピース１１８に吸収される。注入を実行するとき、予め定められた量のエネルギーがイオンビーム１１２を介してワークピース１１８に戻され、そのような予め定められた量のエネルギーは、一般にワークピースに残るが、ワークピースを加熱されたチャックから取り除くときに装置から取り除かれ、システムから取り除かれる。例えば、加熱されたチャック１３０と比較して熱質量が小さいワークピース１１８は、加熱されたチャックに載置されたときに加熱されたチャックからエネルギーを（熱の形態で）急速に引っ張り、それゆえに、加熱されたチャックへの影響は小さい。
【００６１】
注入からのほとんどのエネルギーは、注入開始前の気体接触面を介して加熱されたチャック１３０に移されることが、十分に理解される。注入のほとんどのエネルギーは、例えば、チャック１３０及びワークピースを加熱することによって、注入開始前にワークピース１１８に移される。熱は、初期に、加熱されたチャック１３０からワークピース１１８に流れ、それから注入過程中にワークピースを通過して加熱されたチャックまで流れ、加熱されたチャックまで戻される。注入の間、注入エネルギーの大奥は、ワークピースを通過し、気体接触面を通過し、そして加熱されたチャック１３０まで流れる。
【００６２】
加熱されたチャック１３０自身は、その周囲への熱損失が最小限であり、そのような熱損失のほとんどは、加熱されたチャックに関連する様々な取付固定具を通した、最小限の伝導損失に付随する放射エネルギーである。それゆえに、加熱されたチャック１３０は、関連する予め定められた熱損失を伴うイオン注入装置１０１内で、熱的に分離されていると考えることができる。
【００６３】
加熱されたチャック１３０は、例えば、放射によって主に冷却され、注入温度（例えば５００℃）から室温まで、放射のみを介して数時間で冷却され得る。例えば、１分当たり３℃の初期最大冷却率が従来許容されており、加熱されたチャック１３０のより速い冷却が加熱されたチャックの分割によって導かれ得る。高温注入から準室温注入に変更した場合、加熱されたチャック１３０は、その冷却によって加熱され得る。加熱されたチャック１３０が約４００℃に達するとすぐに、放射からの熱損失は劇的に低下し、さらに、加熱されたチャックは追加の熱を必要とせず自然な冷却を可能にし得る。
【００６４】
本開示によれば、冷却率は、ワークピース１１８（そのイオン注入なしで）から加熱されたチャック１３０への有利な循環によって完全に維持され得る。したがって、加熱されたチャック１３０を冷却するための、加熱されたチャック上及び外におけるワークピース１１８の冷却の循環によって、大量の蓄積エネルギーがシステムから取り除かれ得る。
【００６５】
それゆえに、本開示は、イオン注入に関連する熱処理全体を有利に制御するためのシステム及び方法を提供する。ワークピース１１８を加熱されたチャック上に載置するとき、例えば、ワークピースは、ワークピースの上昇した温度に関連する量のエネルギーを吸収するために予め定められた分だけ、加熱されたチャックの温度を冷却する。ワークピースにおいて注入を実行するとき、予め定められた量のエネルギーが、イオンビーム１１２を介してワークピース１１８に蓄積される。ワークピース１１８に蓄積した予め定められた量のエネルギーは、少量でワークピースの温度を上昇させるに十分であるが、処理を変化させるほどではない。それゆえに、ワークピース１１８をイオン注入装置１０１から取り除いたとき、実質的に全ての注入エネルギーもまた、ワークピースを介してシステムから取り除かれる。一例において、ワークピース１１８をイオン注入装置１０１から取り除くことによるイオン注入装置からのエネルギーの除去は、ワークピースの塊から切り出されるドーズエネルギー生成物と概ね同等である。本開示は、それゆえに、ワークピース１１８と加熱されたチャック１３０との予め定められた温度を決定し、上述したエネルギーは加熱されたチャック上に蓄積されない。
【００６６】
他方で、高温注入（例えば、３００〜６００℃の温度）においては、ワークピース１１８は放射により冷却され、加熱されたチャック１３０は、注入中のワークピースを積極的に加熱し、加熱されたチャックの温度制御を維持する。そのような高温注入においては、そのような放射のために熱流がより大きく、ワークピース１１８は、注入を通して、加熱されたチャック１３０を介して加熱される。
【００６７】
高温注入に関して、熱エネルギーは、通常、ワークピース１１８から加熱されたチャック１３０に移動せず、むしろ、全ての熱エネルギーは加熱されたチャックからワークピースに移動する。すなわち、高温注入関して、エネルギーは一方向に移動すると考えられる。高温注入に関して、イオンビーム１１２からワークピース１１８に蓄積するエネルギーのために、熱移動は一定に保たれない一方で、ワークピースと加熱されたチャック１３０との間の熱ポテンシャルは変化し、それゆえに加熱されたチャックからワークピースへの熱流が変化する。しかしながら、エネルギー移動方向は、高温注入においては加熱されたチャック１３０からワークピース１１８の方向である一方で、準室温注入に関しては、加熱されたチャックとワークピースとの間の両方向であるが、エネルギーの総移動量はゼロ付近が維持される。
【００６８】
したがって、本開示の方法は、加熱されたチャック１３０に関連する予め定められた注入温度の決定と、加熱されたチャックの予め定められた注入温度への加熱とを提供する。ワークピース１１８を、それから、加熱されたチャック１３０上に搬送し、裏面ガスが活性化し、それにより、ワークピースは加熱されたチャックから予め定められた量のエネルギーを吸収する。ワークピース１１８に、それからイオンを注入し、それによって予め定められた量の注入エネルギーが加熱されたチャック１３０に戻り、その予め定められた量の注入エネルギーは、加熱されたチャックからワークピースに吸収される予め定められた量のエネルギーと概ね同等であり、それによって加熱されたチャックの温度を予め定められた範囲に維持する。注入が完了するとすぐに、ワークピース１１８を加熱されたチャック１３０から取り除くと共に、イオン注入装置１０１から取り除き、それによって、ワークピースは、装置からのその除去により、残った注入エネルギーを全てシステムから除去する。それゆえに、加熱されたチャック１３０に関連するエネルギーの正味の変化は概ねゼロであるか、又は少なくとも、加熱されたチャックの加熱に関連するいずれかの制御エラーの限度の範囲内である。
【００６９】
したがって、本開示はさらに、連続したイオン注入に対して加熱されたチャックの概ね一定の熱特性を維持するための、図２に示された方法２００を提供する。例示の方法が、一連の作用又は事象としてここに示され、かつ説明されている一方で、本発明がそのような作用又は事象の示された順番に限定されず、本発明に関してここに示されかつ説明された内容以外に、いくつかの工程が異なる順番で発生し得る、及び／又は、他の工程と共に発生し得ることが考慮されることは、注目されるべきである。加えて、示された工程の全てが、本発明に関する方法論の実行に要求されるわけではない。さらに、本発明の方法は、ここに示されかつ説明されたシステムと同様に、ここに示されていない他のシステムと関連して実行され得ることが考慮されるだろう。
【００７０】
図２に示すように、方法２００は作用２０２から開始し、注入中のワークピースの温度（ΔＴｍａｘ）の全体の変化は、所望の注入温度に対するワークピースの特定の温度で割られたドーズエネルギー生成物（ＥＤｅ）に基づいて決定する。作用２０４において、ワークピースに適切に注入するために行われるべき注入工程の数ｎは、注入のためのプロセス手法に関して予め定められた概算値Ｔｒｅｃｉｐｅに基づいて決定する。予め定められた概算値Ｔｒｅｃｉｐｅは、例えば、最大許容ビーム電流、予想されるエネルギー損失、安全因子、及び他の因子のような、特定のイオン注入システムに関連する種々の因子に基づいている。作用２０４において決定した注入工程の数ｎは、温度ΔＴｍａｘの全体の変化を予め定められた概算値Ｔｒｅｃｉｐｅで割った結果の端数を、最も近い整数に切り上げることで決定する。
【００７１】
作用２０６において、加熱されたチャックを加熱するための予熱温度Ｔｐｒｅｈｅａｔを決定し、作用２０８において、加熱されたチャックを予熱温度Ｔｐｒｅｈｅａｔに加熱する。作用２１０において、ワークピースを第１のチャンバ（例えば、ロードロックチャンバ）に載置する。作用２１２において、ワークピースを第１のチャンバから取り出すと共に、予熱温度Ｔｐｒｅｈｅａｔの加熱されたチャックに載置する。例えば、ワークピース搬送装置を介して、第１のチャンバから加熱されたチャックまでワークピースを搬送する。作用２１４において、加熱されたチャックを介してワークピースを加熱する。作用２１６において、注入工程の数ｎ回の注入を実行し、作用２１８において、ワークピースを加熱されたチャックから取り出し、これによりワークピースと共に注入エネルギーをシステムから除去する。
【００７２】
本開示の他の局面について、図３は、ワークピースを処理するための他の方法３００を示している。図３に示すように、イオン注入システムは、作用３０２の第１の注入モード及び第２の注入モードのそれぞれを実行するように構成されている。作用３０４において、加熱されたチャックの予熱温度を、イオン注入システムで実行するモード、及び、それぞれの注入モードに関連する熱量に基づき決定する。作用３０６において、さらに、加熱されたチャックを予熱温度に加熱する。作用３０８において、プロセスチャンバ内の加熱されたチャックにワークピースを搬送し、予熱温度に加熱する。
【００７３】
作用３１０において、第１の注入モード又は第２の注入モードのそれぞれにおける処理手法に従って、ワークピースに注入する。作用３１２において、加熱されたチャックからワークピースを取り出し、さらにプロセスチャンバから取り出すことによって、ワークピースがイオン注入に関連する熱をさらに取り除く。
【００７４】
他の局面に関して、上述した方法論は、１以上のコントローラ、一般的な用途のコンピュータ、又はプロセッサベースシステムにおけるコンピュータプログラムコードを用いて実行され得る。図４に示すように、ブロック図は、他の実施形態に関するプロセッサベースシステム４００を表している。プロセッサベースシステム４００は、一般的な用途のコンピュータプラットフォームであり、ここで議論する注入処理のために使用され得る。プロセッサベースシステム４００は、デスクトップコンピュータ、ワークステーション、ラップトップコンピュータ、又は特定用途のためにカスタマイズされた専用ユニットのような、プロセスユニット４０２を含み得る。プロセッサベースシステム４００は、ディスプレイ４１８並びに、マウス、キーボード又はプリンタのような１以上の入力／出力装置４２０を備えていてもよい。プロセスユニット４０２は、バス４１０に接続された、中央演算処理装置（ＣＰＵ）４０４、メモリ４０６、大容量記憶装置４０８、ビデオアダプター４１２、及びＩ／Ｏインターフェース４１４を含んでいてもよい。
【００７５】
バス４１０は、メモリバス若しくはメモリコントローラ、周辺機器バス、又はビデオバスを含むいくつかのバス構造のいずれかのタイプの１以上であり得る。ＣＰＵ４０４は、電子データプロセッサのいずれかのタイプを含み得、メモリ４０６は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、又は読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）のようなシステムメモリのいずれかのタイプを含み得る。
【００７６】
大容量記憶装置４０８には、データ、プログラム及び他の情報を記憶する、及び、バス４１０を介してアクセス可能なデータ、プログラム、及び他の情報を生成するように構成されたいずれのタイプの記憶装置も含まれ得る。大容量記憶装置４０８には、例えば、１以上のハードディスクドライブ、磁気ディスクドライブ、又は光ディスクドライブが含まれ得る。
【００７７】
ビデオアダプター４１２及びＩ／Ｏインターフェース４１４は、外部入出力装置とプロセスユニット４０２とを連結するインターフェースを提供する。入出力装置の例には、ビデオアダプター４１２に連結されたディスプレイ４１８、並びに、Ｉ／Ｏインターフェース４１４に連結されたマウス、キーボード、プリンタなどのＩ／Ｏ装置４２０が含まれる。他の装置が、プロセスユニット４０２に連結されてもよく、追加のインターフェースカード又はより少ないインターフェースカードを用いてもよい。例えば、シリアルインターフェースカード（図示せず）を、プリンタのためのシリアルインターフェースを提供するために用いてもよい。プロセスユニット４０２は、また、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）若しくはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）４２２への有線リンク及び／又は無線リンクであり得るネットワークインターフェース４１６を、含んでいてもよい。
【００７８】
プロセッサベースシステム４００が他のコンポーネントを含み得ることは注目されるべきである。例えば、プロセッサベースシステム４００は、電源装置、ケーブル、マザーボード、外付記憶媒体、ケース等を含んでもよい。これらの他の構成要素は図示していないが、プロセッサベースシステム４００の一部であることが考慮される。
【００７９】
本開示の実施形態は、ＣＰＵ４０４により実行されるプログラムコードのように、プロセッサベースシステム４００において実行されてもよい。上述した実施形態よる種々の方法は、プログラムコードによって実行されてもよい。したがって、ここでの明白な議論は省略する。
【００８０】
さらに、図１における種々のモジュール及び装置が、図４における１以上のプロセッサベースシステム４００により実行及び制御され得ることは、注目されるべきである。異なるモジュールと装置との間の通信は、どのようにそのモジュールを実行するのかに依存して変化し得る。そのモジュールが１つのプロセッサベースシステム４００において実行される場合、ＣＰＵ４０４が異なるステップに関するプログラムコードを実行する間、メモリ４０６又は大容量記憶装置４０８にデータが記録され得る。データは、それから、それぞれのステップが実行される間、バス４１０を介してメモリ４０６又は大容量記憶装置４０８にアクセスするＣＰＵ４０４によって提供され得る。モジュールが異なるプロセッサベースシステム４００において実行される場合、又は、データが独立したデータベースのような他の記憶装置から提供される場合、データは、Ｉ／Ｏインターフェース４１４又はネットワークインターフェース４１６を通してシステム４００間で提供され得る。同様に、装置又はステージにより提供されるデータは、Ｉ／Ｏインターフェース４１４又はネットワークインターフェース４１６により１以上のプロセッサベースシステム４００にインプットされ得る。当業者は、変化する実施形態の範囲内で検討された実行システム及び方法の他の変形及び修正を、容易に理解するだろう。
【００８１】
本発明は、好適な実施形態に関して図示されかつ記載されているが、当業者であれば、本明細書および添付図面を読み理解することによって同等の代替例や変形例に到達するであろうことは明らかである。特に、上述した構成要素（アセンブリ、装置、回路等）によって実行される各種機能に関して、それら構成要素を述べるのに用いられた（「手段」への言及を含む）用語は、特に示唆がない限り、たとえ本発明の上述の実施形態における特定の上記機能を実行する上述の構造と同等な構造でないとしても、当該機能を実行するいかなる構成要素（つまり、機能的に同等な構成要素）に対応する。さらに、本発明のある特定の特徴は、いくつかの実施形態のうちの１つのみに関して開示されているが、そのような特徴は、任意のあるいは特定の適用に望ましく有利な別の実施形態の１つ以上の別の特徴と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本開示の一態様による、例示的な加熱されたイオン注入システムのブロック図を示す。
【図２】本発明の別の例示的な態様による、ワークピースの加熱されたイオン注入のための例示的な方法を示すブロック図である。
【図３】本発明の別の例示的な態様による、ワークピースの加熱されたイオン注入のための例示的な方法を示すブロック図である。
【図４】別の態様による例示的な制御システムを示すブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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