(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン注入システムであって、
イオン源と、
チャックと、
ロードロックチャンバと、
アイソレーションチャンバと、
加圧ガス源と、
ワークピース輸送アームと、
コントローラと、を備え、
上記イオン源は、プロセスチャンバの内部に配置されたワークピースに複数のイオンを供給し、
上記プロセスチャンバは、当該プロセスチャンバに関連するプロセス環境を有し、
上記チャックは、上記ワークピースが上記複数のイオンに対して暴露されている期間に、上記プロセスチャンバの内部において上記ワークピースを支持し、
上記ロードロックチャンバは、上記プロセスチャンバに動作可能に接続されており、
上記ロードロックチャンバは、（ｉ）大気環境から上記プロセス環境へと、および、（ｉｉ）当該プロセス環境から当該大気環境へと、上記ワークピースを移動させることが可能であり、
上記ロードロックチャンバは、上記ワークピースの移動時に上記ワークピースを支持するロードロックワークピースサポートを含み、
上記アイソレーションチャンバは、上記プロセスチャンバに動作可能に接続されており、かつ、当該アイソレーションチャンバの内部において規定された注入前冷却環境を有し、
上記アイソレーションチャンバは、アイソレーションゲートバルブを備え、
上記アイソレーションゲートバルブは、（ｉ）上記注入前冷却環境を上記プロセス環境から選択的に隔離し、かつ、（ｉｉ）上記注入前冷却環境に対する上記ワークピースのアクセスを選択的に許可し、
上記アイソレーションチャンバは、上記注入前冷却環境の内部において上記ワークピースを冷却および支持する注入前冷却ワークピースサポートを備え、
上記アイソレーションゲートバルブは、（ｉ）上記アイソレーションチャンバから上記プロセスチャンバへと、または、（ｉｉ）当該プロセスチャンバから当該アイソレーションチャンバへと、上記ワークピースを出入りさせるための唯一のアクセス経路を規定し、
上記加圧ガス源は、上記アイソレーションチャンバに動作可能に接続されており、
上記加圧ガス源は、上記アイソレーションゲートバルブが閉じられた場合に、上記注入前冷却環境を注入前冷却圧力まで選択的に加圧し、
上記注入前冷却圧力は、上記プロセス環境のプロセス圧力よりも高く、
上記ワークピース輸送アームは、上記ロードロックチャンバ、上記アイソレーションチャンバ、および上記プロセスチャンバのうちの２つ以上の間を、上記ワークピースを選択的に移動させ、
上記コントローラは、上記ワークピース輸送アームを制御することにより、上記ロードロックワークピースサポート、上記注入前冷却ワークピースサポート、および上記チャックの間を、上記ワークピースを選択的に移動させ、
上記コントローラは、上記アイソレーションゲートバルブ、上記注入前冷却ワークピースサポート、および上記加圧ガス源を制御することにより、上記注入前冷却圧力の上記アイソレーションチャンバの内部において、上記ワークピースを注入前冷却温度まで選択的に冷却することを特徴とするイオン注入システム。
【請求項２】
上記アイソレーションチャンバに動作可能に接続された真空源をさらに備え、
上記コントローラは、上記真空源および上記アイソレーションゲートバルブを制御することにより、上記アイソレーションチャンバをほぼ上記プロセス圧力まで選択的に減圧排気することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項３】
上記コントローラは、上記ワークピースが上記注入前冷却圧力において上記注入前冷却温度まで冷却された後に、上記アイソレーションチャンバを選択的に減圧排気することを特徴とする請求項２に記載のイオン注入システム。
【請求項４】
上記注入前冷却圧力は、上記プロセス圧力から大気圧力までに亘る圧力範囲から選択されることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項５】
上記注入前冷却圧力は、大気圧力よりも高いことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項６】
上記加圧ガス源は、乾燥した空気、窒素、およびヘリウムのうちの１つ以上から成るドライガスを含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項７】
上記注入前冷却ワークピースサポートは、冷却プラテンを備え、
上記冷却プラテンは、上記ワークピースの底面に接触することにより、上記注入前冷却環境の内部において当該ワークピースを支持および冷却することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項８】
上記冷却プラテンは、当該冷却プラテンの内部に規定された１つ以上の冷却剤経路を有し、
上記冷却プラテンは、上記冷却剤経路を通過する冷却剤流体の循環を利用して、上記ワークピースを冷却することを特徴とする請求項７に記載のイオン注入システム。
【請求項９】
上記チャックは、当該チャックの内部に規定されたチャック冷却剤経路をさらに有し、
上記冷却剤流体は、上記チャック冷却剤経路を通過してさらに循環することを特徴とする請求項８に記載のイオン注入システム。
【請求項１０】
上記チャックは、上記ワークピースをプロセス温度まで冷却する静電クランプを含むことを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１１】
上記チャックは、当該チャックの内部に規定されたチャック冷却剤経路をさらに有し、
上記チャックは、上記チャック冷却剤経路を通過する冷却剤流体の循環を利用して、上記ワークピースを上記プロセス温度まで冷却することを特徴とする請求項１０に記載のイオン注入システム。
【請求項１２】
上記プロセス温度は、上記注入前冷却温度よりも低いことを特徴とする請求項１０に記載のイオン注入システム。
【請求項１３】
上記アイソレーションチャンバは、上記ロードロックチャンバに隣接していることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１４】
上記プロセスチャンバに動作可能に接続された後熱ステーションをさらに備え、
上記後熱ステーションは、上記大気環境の露点よりも高い後熱温度まで上記ワークピースを加熱する後熱ワークピースサポートを備えていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１５】
上記後熱ステーションは、上記ロードロックチャンバの内部に設けられていることを特徴とする請求項１４に記載のイオン注入システム。
【請求項１６】
上記注入前冷却ワークピースサポートは、ペルチェクーラー、膨張チャンバ、クライオジェニックヘッド、および循環冷却ループのうちの１つ以上を備えていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１７】
上記アイソレーションチャンバは、上記注入前冷却ワークピースサポートに対して上記ワークピースを選択的に上下に移動させるピンリフタ機構をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１８】
上記コントローラは、所望のプロセススループットに少なくとも部分的に基づいて、上記注入前冷却温度を決定することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１９】
上記アイソレーションチャンバにおける上記ワークピースの温度を測定する温度監視システムをさらに備え、
上記コントローラは、上記ワークピースの測定温度に少なくとも部分的に基づいて、当該ワークピースに対する上記注入前冷却温度までの選択的な冷却を制御することを特徴とする請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項２０】
亜周囲温度においてワークピースにイオンを注入するための方法であって、
大気温度および大気圧力の大気環境の内部に上記ワークピースを提供する工程と、
上記ワークピースを、上記大気環境からイオン注入システムのロードロックチャンバに移動させる工程と、
上記ロードロックチャンバの内部における圧力を、プロセスチャンバのプロセス環境に関連するプロセス圧力まで低下させる工程と、
上記プロセス圧力において、上記ワークピースを、上記プロセスチャンバを経由して、
上記ロードロックチャンバからアイソレーションチャンバの内部の注入前冷却ワークピースサポートへと移動させる工程と、
上記アイソレーションチャンバの内部において、上記ワークピースを上記プロセスチャンバの上記プロセス圧力から隔離する工程と、
上記アイソレーションチャンバの内部における圧力を、上記プロセス圧力よりも高い注入前冷却圧力まで高める工程と、
上記注入前冷却ワークピースサポートを用いて、上記注入前冷却圧力の上記アイソレーションチャンバの内部において、上記ワークピースを注入前冷却温度まで冷却する工程と、
上記アイソレーションチャンバの内部における圧力を、上記プロセス圧力まで低下させる工程と、
上記ワークピースを、上記アイソレーションチャンバから、上記プロセスチャンバの上記プロセス環境の内部に設けられたチャックへと移動させる工程と、
上記ワークピースにイオンを注入する工程と、
上記ワークピースを、上記チャックから上記ロードロックチャンバへと移動させる工程と、
上記ロードロックチャンバの内部における圧力を、上記大気圧力まで高める工程と、
上記ワークピースを、上記ロードロックチャンバから上記大気環境へと移動させる工程と、を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２１】
上記ワークピースを上記注入前冷却ワークピースサポートに配置するとともに、当該ワークピースを冷却する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
上記チャックをプロセス温度まで冷却する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
上記ロードロックチャンバは、複数のロードロックチャンバを含み、
上記ワークピースは、上記複数のロードロックチャンバのうちの任意のロードロックチャンバへと移送されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
上記注入前冷却圧力は、上記プロセス圧力から上記大気圧力までに亘る圧力範囲を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
上記注入前冷却圧力は、上記プロセス圧力から上記大気圧力よりも高い加圧された圧力までに亘る圧力範囲を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
上記ワークピースを上記チャックから上記ロードロックチャンバへと移動させる工程は、
上記ワークピースを上記チャックから後熱ステーションへと移動させる工程と、
上記後熱ステーションの内部において、上記ワークピースを、上記大気環境の露点よりも高い後熱温度まで加熱する工程と、
上記ワークピースを後熱ステーションから上記ロードロックチャンバへと移動させる工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
上記アイソレーションチャンバの内部において上記ワークピースを冷却する工程は、上記注入前冷却ワークピースサポートを通過させるように冷却流体を流す工程を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２８】
上記チャックを冷却するために、当該チャックを通過させるように上記冷却流体を流す工程をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、一般的にはイオン注入システムおよび方法に関し、より具体的には、高スループットなイオン注入システムにおいて、亜周囲温度（亜大気温度）（sub-ambient temperatures）においてワークピースに対して注入を行うためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
〔背景〕
半導体の製造における量産に使用される所定のイオン注入プロセス（例：冷却イオン注入プロセス、低温イオン注入プロセス、または亜周囲温度イオン注入プロセス）に関して、ワークピースについての高スループットを実現する必要性が高まっている。当該ワークピースについての高スループットは、標準的には、常温（room-temperature）でのイオン注入プロセスに対応するスループットに匹敵する。標準的には、冷却イオン注入プロセスでは、ワークピースを−７０℃から−１００℃までの温度範囲まで冷却する。ワークピースの冷却は、イオン注入処理時にワークピースが配置される静電クランプまたは静電チャック（ＥＳＣ）を冷却することによって実現されうる。
【０００３】
従来技術における基本的な問題点は、冷却イオン注入プロセスを実現するためには、イオン注入プロセスの開始に先立って、初期期間に亘りワークピースが冷却されることが一般的であることである。この冷却期間（多くの場合、「滞留時間」（ドウェルタイム）（dwell time）と称される）は、注入プロセスの開始に先立って、ワークピースが所望の安定した状態の温度に至らしめることが可能となる時間である。注入前冷却（pre-implant cooling）に関連する滞留時間は、他のワークピース処理ステップと連続して設けられる。このため、ワークピースごとの全体的な処理時間が増加する。
【０００４】
ワークピースの冷却においては、２つの根本的に異なるアプローチが存在する。これらのアプローチは、注入前冷却に関連する温度の推移期間におけるワークピースの環境によって主に規定される。第１のアプローチにおいて、ワークピースは、いわゆる注入前冷却ステーション（pre-implant chill station）に配置されてよい。当該注入前冷却ステーションは、イオン注入処理環境に関連する真空空間の内部に含まれている。予冷ステーション（pre-chill station）において、ワークピースは冷却されたウェハホルダ上に配置される。これにより、ワークピースは、所望のプロセス温度まで冷却される。その後、ワークピースは、イオン注入プロセス環境内の静電チャック（ＥＳＣ）へと移送され、イオン注入プロセスを受けるためにイオンビームと対向するように走査される。
【０００５】
第２のアプローチにおいて、ワークピースは、高真空のイオン注入プロセス環境において、イオン注入プロセスに用いられるＥＳＣと同様のＥＳＣまたはチャックを用いて、予冷されてよい。このアプローチを用いる場合、ＥＳＣは、イオン注入に先立ってワークピースを冷却する（例：注入前冷却を行う）ように構成されてよい。また、ＥＳＣは、イオン注入プロセス時に、ワークピースを能動的にその場で（in-situ）冷却できるように構成されてもよい。
【０００６】
従来では、ＥＳＣを用いた注入前冷却には、ワークピースを冷却するための熱媒体として、バックサイドガスを利用する場合があった。こうしたその場での冷却アプローチによって、滞留時間は標準的には低減されうる。ワークピースは、イオン注入のための位置において、かつ、場合によってはイオン注入プロセスの開始時においてさえ、プロセス温度に達することが可能となるためである。しかしながら、真空下において、ワークピースに対して並列的に、注入前冷却を行うこと、その場で冷却を行うこと、およびイオン注入を行うことのために、ＥＳＣを使用することは、静電チャック装置の技術的な変更に関連するコストに起因して、非常に高コストとなりうる。当該静電チャック装置は、一般的には、イオン注入プロセスにおいてワークピースが走査されている期間において、一定の位置にワークピースを保持する静電力を維持するとともに、当該ワークピースを十分に冷却することが必要となるためである。
【０００７】
これらの従来のアプローチは、ワークピースが冷却のために注入前の真空環境に配置された場合、または、当該ワークピースがプロセス環境（この環境も真空環境である）に配置された場合、ワークピースとＥＳＣとの間の熱の移動が、ワークピースを冷却するためのプラテン（workpiece-to-cooling platen）またはチャックの界面の熱伝導性（バックサイドギャップのサイズ、ワークピースとチャックとの接触量、およびバックサイドガスの圧力によって決定される）によって制限されるという事実に苦慮していた。
【０００８】
〔概要〕
本開示は、イオン注入環境に関連する真空圧力よりも高い加圧された圧力の環境において、ワークピースの冷却を提供することは有益であろうと評価している。この場合、ワークピースを所望の冷却プロセス温度まで至らしめるために必要な時間が低減される。例えば、大気圧力の界面層がワークピースの背後において維持されるので、熱伝達率（heat transfer rate）が増加する。
【０００９】
さらに、本開示は、周囲の大気環境において、低温イオン注入プロセスまたは冷却イオン注入プロセスに適した所定の温度範囲までワークピースを冷却することは、ワークピースの表面に、望ましくなく、かつ、容認しがたい結露（condensation）を生じさせうると評価している。そこで、本開示は、上述の短所を克服しうる、低温イオン注入のための解決策を提供する。特に、本開示は、大気環境から完全に隔離されたアイソレーションチャンバ（隔離チャンバ）（isolation chamber）を提供する。さらに、当該アイソレーションチャンバは、イオン注入環境または当該イオン注入環境に関連する他の真空環境における圧力よりも高圧の非真空環境において、注入前冷却を行うように構成されてもよい。
【００１０】
それゆえ、本開示は、亜周囲温度イオン注入システムにおける適度なプロセススループットを維持するために、低温イオン注入または「冷却」（cold）イオン注入のためのシステム、装置、および方法を提供することによって、従来技術の制限を克服している。そこで、以下では、本発明の一部の態様に対する基本的な理解を提供するために、簡略的な本開示の概要を示す。本概要は、本発明の広い範囲での概要ではない。本発明の主要な点または重要な要素を特定することを意図しているわけでもないし、本発明の範囲を規定することを意図しているわけでもない。本概要の目的は、後述するより詳細な説明の序文として、簡略化された形態によって、本発明の一部のコンセプトを示すことにある。
【００１１】
本開示は、独立して制御されるアイソレーションチャンバの形態によってワークピースを冷却するための分離および隔離された環境を提供する。アイソレーションチャンバは、当該アイソレーションチャンバ内に組み込まれた冷却システムまたは冷却素子を有する。アイソレーションチャンバは、比較的高圧の環境または制御された圧力環境において、ワークピースを冷却するように構成されている。例えば、アイソレーションチャンバは、周囲の大気環境および当該大気環境に関連する湿度条件から隔てられ隔離されている。このため、アイソレーションチャンバは、ワークピースと熱素子（比較的高圧の環境に起因してワークピースを冷却するために使用される）との間の熱交換を十分に改善できる。同時に、アイソレーションチャンバは、周囲環境において、冷却された高湿度の空気および相対湿度の影響を除去または低減できる。当該影響は、除去または低減されなければ、ワークピースの表面において結露または氷の形成をもたらしうる。このような高圧の熱界面は、熱伝達率を有意に向上させるので、所望のワークピース処理温度において熱平衡に至るまでの時間を十分に改善する。加えて、隔離された高圧環境の予冷システム（pre-chilling system）に関連するコストを、例えば、従来のＥＳＣによる注入前冷却システム、および／または、ＥＳＣによるその場での冷却システム、および他の従来使用されていたアプローチに比べて、十分に優越させることができる。
【００１２】
加えて、ワークピースのスループットを向上させるために、低温のイオン注入プロセスにおけるワークピースの冷却は、区分および構成されてよい。これにより、イオン注入プロセスの全体を通じて、ワークピースの運動の他の部分に沿った平行な経路において、ある程度の温度減少を生じさせることができる。その結果、他のワークピースがイオン注入を受けている間に、注入前に冷却されたワークピースに対して、低温イオン注入プロセスを受け入れるための準備をさせることができる。従って、ワークピースの滞留時間、すなわちワークピースをプロセス温度に至らしめるために要する総時間（「温度に対する時間」（time-to-temperature）とも称される）を、イオン注入プロセスにおけるクリティカルパス（critical path）から、部分的または全体的に削減できる。その結果、ワークピースのスループットを向上させることができる。
【００１３】
従って、本開示では、低温または亜周囲温度のワークピースにイオンを注入するためのイオン注入システムが提供される。イオン注入システムは、例えば、プロセスチャンバを備える。プロセスチャンバは、当該プロセスチャンバに関連するプロセス環境を有する。イオン注入システムは、プロセスチャンバ内に配置されたワークピースに複数のイオンを供給するように、さらに構成されている。チャック（例：静電チャック（ＥＳＣ））は、ワークピースが複数のイオンに対して暴露されている期間に、プロセスチャンバ内においてワークピースを支持するように構成されている。一例として、チャックは、ワークピースを亜周囲プロセス温度まで冷却するように、さらに構成されている。
【００１４】
さらに、ロードロックチャンバは、プロセスチャンバに動作可能に接続されている。ロードロックチャンバは、プロセス環境を大気環境から選択的に隔離するように構成されている。例えば、大気環境は、大気圧、大気温度、および大気の相対湿度レベルにある。プロセス環境は、大気環境の圧力および相対湿度に比べて十分に低いプロセス圧力および相対湿度レベル（例：真空）にある。例えば、ロードロックチャンバは、（ｉ）選択的に動作可能な１対のロードロックゲートバルブと、（ｉｉ）ロードロックワークピースサポートと、を備える。当該ロードロックワークピースサポートは、（ｉ）周囲の大気環境からプロセス環境へとワークピースを交換または輸送する期間、および、（ｉｉ）その後、プロセス環境から周囲の大気環境へとワークピースを再び交換または輸送する期間において、ワークピースを支持する。
【００１５】
ある例示的な態様において、アイソレーションチャンバは、プロセスチャンバに動作可能に接続されている。アイソレーションチャンバは、注入前冷却システム、および／または、当該アイソレーションチャンバに関連する選択的に制御可能な圧力環境を有する。例えば、アイソレーションチャンバは、アイソレーションゲートバルブ（隔離ゲートバルブ）（isolation gate valve）を備える。アイソレーションゲートバルブは、（ｉ）アイソレーションチャンバの注入前冷却環境をプロセス環境から隔離し、かつ、（ｉｉ）注入前冷却環境に対するワークピースのアクセスを選択的に許可するように構成されている。アイソレーションゲートバルブは、ワークピースをアイソレーションチャンバに出入りさせるための唯一のアクセス経路を規定する。例えば、アイソレーションチャンバは、注入前冷却ワークピースサポートをさらに備える。当該注入前冷却ワークピースサポートは、隔離環境内においてワークピースを支持および冷却するように構成されている。より具体的には、アイソレーションチャンバおよびアイソレーションゲートバルブは、周囲の大気条件から離間させられ、連続的かつ一定して当該周囲の大気条件から隔離されている期間において、独立して制御された選択された圧力において注入前冷却が実行できるように構成されている。
【００１６】
例えば、注入前冷却ワークピースサポートは、冷却プラテン（chilled platen）を備える。冷却プラテンは、ワークピースの底面に接触するように構成されている。その結果、冷却プラテンは、注入前冷却環境内において、ワークピースを支持および冷却できる。例えば、注入前冷却ワークピースサポートは、ペルチェ（Peltier）クーラー、膨張チャンバ、クライオジェニックヘッド（極低温ヘッド）、および循環冷却ループのうちの１つ以上を含んでいてもよい。冷却プラテンは、当該冷却プラテンの内部において規定された１つ以上の冷却剤（冷媒）（coolant）経路を備えていてよい。冷却プラテンは、冷却経路剤を通過する冷却剤流体の循環を利用して、ワークピースを冷却するように構成されている。別の例において、チャックは、当該チャックの内部において規定されたチャック冷却剤経路をさらに備える。冷却剤流体は、イオン注入時にワークピースをさらに冷却するために、チャック冷却剤経路を通過してさらに循環する。その結果、（ｉ）上記位置に提供されたワークピースの温度をさらに低下させること、または、（ｉｉ）上記位置に提供されたワークピースの低下した温度を維持すること、のいずれかが可能となる。例えば、アイソレーションチャンバは、ピンリフタ機構をさらに備えていてもよい。当該ピンリフタ機構は、注入前冷却ワークピースサポートに対してワークピースを選択的に上下に移動させるように構成されている。または、冷却プラテンがワークピースの冷却のために上昇させられた期間において、ワークピースは、独立したサポート上に静止して留まっていてもよい。
【００１７】
例えば、加圧ガス源は、アイソレーションチャンバに動作可能に接続されている。加圧ガス源は、アイソレーションチャンバのアイソレーションゲートバルブが閉じられた場合に、十分に乾燥したガスによって、注入前冷却環境を注入前冷却圧力まで選択的に加圧するように構成されている。一例として、注入前冷却圧力は、プロセス圧力（例：真空圧力）よりも高い。注入前冷却圧力は、プロセス圧力から大気圧までに亘る圧力範囲から選択される。別の例として、注入前冷却圧力は、大気圧よりも高い。例えば、ドライガスは、乾燥空気、乾燥窒素、乾燥ヘリウム、または他の好適な乾燥気体を含む。
【００１８】
別の例示的な態様において、ワークピース輸送アームは、ロードロックチャンバ、アイソレーションチャンバ、およびプロセスチャンバのうちの２つ以上の間を、ワークピースに選択的に移動させるように構成されている。さらに、コントローラが設けられる。当該コントローラは、ワークピース輸送アームを制御することにより、ロードロックワークピースサポート、注入前冷却ワークピースサポート、およびチャックの間を、ワークピースに選択的に移動させるように構成されている。例えば、コントローラは、アイソレーションゲートバルブ、注入前冷却ワークピースサポート、および加圧ガス源を制御することにより、注入前冷却圧力のアイソレーションチャンバ内において、ワークピースを注入前冷却温度まで選択的に冷却するように、さらに構成されている。さらに、コントローラは、所望のプロセススループットに少なくとも部分的に基づいて、注入前冷却温度および注入前冷却圧力を決定（判定）（determine）するように構成されていてもよい。さらに、温度監視システムが設けられていてもよい。当該温度監視システムは、アイソレーションチャンバにおける、またはアイソレーションチャンバ内における（at or in the isolation chamber）、ワークピースの温度を測定するように構成されていてよい。コントローラは、ワークピースの測定温度に少なくとも部分的に基づいて、注入前冷却温度までのワークピースの選択的な冷却を制御するように、さらに構成されている。
【００１９】
さらに、例えば、真空源は、アイソレーションチャンバに動作可能に接続されている。コントローラは、真空源およびアイソレーションゲートバルブを制御することにより、アイソレーションチャンバをほぼプロセス圧力まで選択的に減圧排気（真空排気）（evacuate）するように、さらに構成されている。例えば、コントローラは、ワークピースが注入前冷却圧力において注入前冷却温度まで冷却された後に、アイソレーションチャンバを選択的に減圧排気するように構成されている。これにより、イオン注入のために、冷却されたワークピースを、プロセスチャンバおよび当該プロセスチャンバ内のチャックに提供できる。
【００２０】
さらに別の例において、注入後加熱ステーション（post-implant heat station）が設けられていてもよい。当該注入後加熱ステーションは、プロセスチャンバに動作可能に接続されている。注入後加熱ステーションは、加熱ワークピースサポート（heated workpiece support）を備える。当該加熱ワークピースサポートは、冷却されたワークピースに結露が形成される可能性を排除または低減するために、大気環境の露点温度よりも高い注入後温度までワークピースを加熱するように構成されている。注入後加熱ステーションは、例えば、ロードロックチャンバの内部に規定されて（設けられて）いてもよい。あるいは、注入後加熱ステーションは、プロセスチャンバに付加されてもよい。さらに、注入後加熱ステーションは、プロセスチャンバ内に配置されてもよい。
【００２１】
別の例示的な態様において、亜周囲温度においてワークピースにイオンを注入するための方法が提供される。一例として、当該方法は、大気温度および大気圧の大気環境にワークピースを提供する初期工程を含む。ワークピースは、大気環境からイオン注入システムのロードロックチャンバへと移送される。そして、ロードロックチャンバ内の圧力は、プロセスチャンバのプロセス環境に関連するプロセス圧力まで低められる。
【００２２】
続いて、プロセス圧力下のワークピースは、プロセスチャンバを経由して、ロードロックチャンバから、アイソレーションチャンバ内の注入前冷却ワークピースサポートへと移送される。その後、例えば上述のアイソレーションゲートバルブを用いて、ワークピースはさらに、アイソレーションチャンバ内において、プロセスチャンバのプロセス圧力から隔離される。続いて、ドライガス（例：乾燥した空気、窒素、およびヘリウムのうちの１つ以上）が、アイソレーションチャンバ内へと供給または漏出される。その結果、アイソレーションチャンバ内の圧力を、プロセス圧力よりも高い注入前圧力まで高めることができる。これにより、導入されたガスの熱伝導性を用いて、注入前冷却ステーションとワークピースとの間の伝熱（thermal communication）を改善できる。注入前冷却ワークピースサポートを用いて、ワークピースは、注入前冷却圧力のアイソレーションチャンバ内において、注入前冷却温度まで冷却される。その後、アイソレーションチャンバは減圧排気され（pumped）、アイソレーションチャンバ内の圧力は、再びプロセス圧力まで低められる。一例として、注入前冷却ワークピースサポートは、例えばアイソレーションチャンバ内の圧力の上昇および／または低下とともに、注入前冷却圧力とは異なる他の圧力において、ワークピースを冷却してもよいことに留意されたい。
【００２３】
一例として、プロセス圧力の所定の範囲内にまで圧力が低められた後に、ワークピースは、アイソレーションチャンバから、プロセスチャンバ内のプロセス環境に配置されたチャックへと移送される。そして、ワークピースにイオンが注入される。例えば、チャック（例：静電チャック）は、イオン注入時に、ワークピースをプロセス温度よりもさらに低温にするため、または、ワークピースをプロセス温度に維持するための、熱媒体としてのバックサイドガスを用いて、所定のプロセス温度までさらに冷却されてよい。あるいは、注入前冷却温度は、イオン注入時におけるワークピースのいかなる発熱（heating）もが、許容範囲内に維持されるように選択される。この場合チャックにより付加的な冷却は提供されない。
【００２４】
イオン注入が完了すると、ワークピースは、チャックからロードロックチャンバへと移送される。そして、ワークピースを再び周囲環境へと移動させることができるように、ロードロックチャンバの圧力は、大気圧まで高められる。ロードロックは、露点温度よりも高い温度までワークピースを加熱するための加熱サポート構造を含んでいてもよい。これにより、ワークピースの結露を懸念することなく、ワークピースをロードロックチャンバから大気環境へとさらに移動させることができる。ロードロックチャンバは単一のロードロックチャンバとして説明されているが、当該ロードロックチャンバは、代替的に複数のロードロックチャンバを含んでいてもよい。この場合、ワークピースは、複数のロードロックチャンバのうちの任意のロードロックチャンバへと移送されるように構成される。
【００２５】
別の例において、ワークピースをチャックからロードロックチャンバへと移動させる工程は、ワークピースをチャックから注入後加熱ステーションへと移動させる工程をさらに含んでいてもよい。例えば、ワークピースは、注入後加熱ステーション内において、大気環境の露点温度よりも高い注入後加熱温度まで加熱される。その後、ワークピースは、注入後加熱ステーションからロードロックチャンバへと移送され、続いて大気環境へと移送される。これにより、冷却注入に関連する結露の懸念が緩和される。
【００２６】
上述の概要は、本発明の一部の実施形態の一部の構成について、簡潔な概略を提供することのみを意図している。このため、他の実施形態は、上述の構成に対して、付加的な構成および／または異なる構成を備えていてもよい。特に、本概要は、本願の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。このため、上述の目標および関連する目標を達成するためには、本発明は、以下に説明され、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。以下の説明および添付の図面は、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、および新たな構成は、図面ととも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、さらに明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本開示の様々な態様に基づく、隔離された低温チャンバを備えた例示的なイオン注入システムのブロック図である。
【図２】本開示の様々な態様に基づく、亜周囲温度においてワークピースにイオンを注入するための方法を示す。
【００２８】
〔詳細な説明〕
本開示は、冷温イオン注入システムまたは亜周囲温度イオン注入システムにおいて、ワークピースを冷却し、かつ、より高いプロセススループットを提供するためのシステム、装置、および方法を全般的に対象としている。以降、本発明は、図面を参照して説明される。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、限定を意図したものと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。さらに、本発明の範囲は、添付の図面を参照して以下に説明される実施形態または実施例に限定されることは意図されていない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその実質的な均等物によってのみ限定されることが意図されている。
【００２９】
また、図面は本開示の実施形態の様々な態様の例を与えるために提供されている。このため、図面は単に概略的なものとみなされるべきである。特に、図面に示された各部材は必ずしも互いにスケール通りに描かれているわけではない。また、図面における様々な部材の位置は、各実施形態に対する明確な理解をもたらすために選択されたものである。このため、当該位置は、本発明の実施形態に係る実装における、様々な部材の実際の相対的な位置関係を必ずしも示しているわけではないと解釈されるべきである。さらに、本明細書において説明される様々な実施形態および実施例の構成は、特に明記されない限り、互いに組み合わせられてもよい。
【００３０】
また、以降の説明において、図面に示されたまたは明細書において説明された機能ブロック、デバイス、部品、回路素子、またはその他の物理的または機能的なユニット間における任意の直接的な接続または連結は、間接的な接続または連結によって実現されてもよいと理解されるべきである。さらに、図面における機能ブロックまたはユニットは、ある実施形態では、個別の構成または回路として実装されてよい。あるいは、当該機能ブロックまたはユニットは、別の実施形態では、全体的または部分的に、共通の構成または回路として実現されてもよい。例えば、複数の機能ブロックは、共通のプロセッサ（例：単一のプロセッサ）上で動作するソフトウェアとして実装されてよい。さらに、以下の記載において、有線によるものとして説明されている任意の接続は、特に明記されない限り、無線通信として実現されてもよい。
【００３１】
本開示の一態様において、図１は、例示的なイオン注入システム１００を示している。イオン注入システム１００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。真空を利用した様々な他のタイプの半導体プロセスおよび製造システム（例えば、特にプラズマプロセスシステム）も、本発明の範囲に含まれると理解されてよい。加えて、単一ウェハ加工システムが図示および説明されているが、本発明は、バッチ加工システムまたは複数ウェハ加工するシステムにも同様に適用できる。
【００３２】
一般的には、ターミナル１０２内のイオン源１０８は、イオンビーム１１２を形成するために、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の電源１１０に接続されている。本実施例におけるイオンビーム１１２は、質量分析装置１１４を通過するように方向付けられている。質量分析装置１１４は、適切なイオン種をフィルタリングし、当該イオン種を、開口１１６を通過させてエンドステーション１０６に向かわせる。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半導体基板、ディスプレイパネル等）に衝突する。ワークピース１１８は、チャック１２０（例：静電チャックまたはＥＳＣ）に、選択的にクランプされる、または、選択的に取り付けられる。注入されたイオンは、ワークピース１１８の格子内に埋め込まれると、当該ワークピースの物理的な特性、電気的な特性、および／または化学的な特性を変化させる。イオン注入は、半導体デバイスの製造および金属の仕上げ加工に加え、材料科学の研究における様々な用途にも用いられている。
【００３３】
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、または任意の他の形状）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理解されてよい。加えて、上述の通り、本発明は、プラズマプロセスシステムに組み込まれてもよい。「イオン注入」という用語は、プラズマプロセスシステムおよびプラズマイオン注入浸漬（plasma ion implant immersion）（ＰＩＩＩ）システムを含むものと理解されるべきであるためである。
【００３４】
１つの例示的な態様において、エンドステーション１０６は、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、プロセスチャンバと関連付けられている。一般的に、プロセス環境１２６は、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、プロセスチャンバに接続されており、当該プロセスチャンバを十分に減圧排気するように構成されている。
【００３５】
イオン注入システム１００を用いたイオン注入時に、帯電したイオンがワークピースに衝突するにつれて、エネルギーは熱の形態をとってワークピース１１８に蓄積（build up）しうる。対応策を採らない場合、このような熱は、ワークピース１１８を歪ませうる、または、ワークピース１１８を破損させうる。このことは、一部の実装において、ワークピースの価値を無くす（または、ワークピースの価値を顕著に低下させる）場合がある。さらに、熱は、ワークピース１１８に供給されるイオンの注入量を、所望の注入量から相違させる場合がある。このことは、本来所望されていた機能性を変化させうる。さらに、一部の環境では、熱の蓄積を防ぐためにイオン注入時にワークピース１１８を冷却することが望まれるのみならず、周囲温度よりも低い温度または高い温度においてイオンを注入することがさらに望まれる場合がある。亜周囲温度イオン注入または低温イオン注入の場合、ワークピース１１８の表面をアモルファス化させるために、イオン注入時には低いワークピー温度が望まれることが知られている。これにより、特に、高度なＣＭＯＳ集積回路デバイスの製造時に、超浅接合（ultra-shallow junction）を形成することが可能となる。
【００３６】
このため、別の例において、チャック１２０は、亜周囲温度チャック１３０を含んでいてもよい。亜周囲温度チャックは、ワークピースがイオンビーム１１２に対して暴露されている期間において、プロセスチャンバ１２２の内部においてワークピース１１８を支持および冷却するように構成されている。あるいは、亜周囲温度チャックは、ワークピースがイオンビーム１１２に対して暴露されている期間において、プロセスチャンバ１２２の内部においてワークピース１１８の所定の温度を維持するように構成されている。本実施例において、チャック１２０は亜周囲温度チャック１３０であるものとして言及されているが、チャック１２０は、同様に、超周囲温度チャック（super-ambient temperature chuck）（不図示）を備えていてもよいことに留意されたい。当該超周囲温度チャックは、プロセスチャンバ１２２の内部においてワークピース１１８を支持および加熱するように構成されている。さらに別の例として、チャック１２０は、加熱または冷却を提供しなくともよい。より正確に言えば、チャックは、ワークピースの温度上昇を低減または弱めるために、ワークピース１１８に対して熱的に絶縁されていてもよい。
【００３７】
一例として、亜周囲温度チャック１３０は、静電チャック（ＥＳＣ）を含む。当該静電チャックは、亜周囲プロセス温度まで、ワークピース１１８を冷却する（cool or chill）ように構成されている。亜周囲プロセス温度は、（ｉ）周囲、外部、または大気の環境１３２の周囲温度または大気温度よりも有意に低い温度、または、（ｉｉ）エンドステーション１０６の内部のプロセス環境１２６の温度よりも有意に低い温度、である。冷却システム１３４がさらに設けられていてもよい。別の例において、冷却システムは、亜周囲温度チャック１３０を所望の亜周囲プロセス温度まで冷却し、その結果、当該亜周囲温度チャック上に配置されたワークピース１１８を当該亜周囲プロセス温度まで冷却するように構成されている。別の例において、超周囲温度チャックの場合には、同様にして加熱システム（不図示）がさらに設けられていてもよい。加熱システムは、超周囲温度チャックおよび当該超周囲温度チャック上に配置されたワークピース１１８を、所望のプロセス温度まで加熱するように構成されている。
【００３８】
別の態様において、さらに、ロードロックチャンバ１３６は、エンドステーション１０６のプロセスチャンバ１２２に動作可能に接続されている。ロードロックチャンバは、プロセス環境１２６（一般的には真空圧力に近い）を、一般的には大気圧１３８（例：約７６０ｔｏｒｒ）下にある大気環境１３２から隔離するように構成されている。その一方で、ロードロックチャンバ１３６は、大気環境とプロセスチャンバとの間のワークピースの輸送を許可する。プロセス環境１２６は、一般的には、大気圧１３８よりも十分に低いプロセス圧力１４０（例：約５〜７ｔｏｒｒのプロセス圧力）に維持されている。ロードロックチャンバ１３６は、例えば、ロードロックワークピースサポート１４２をさらに備える。ロードロックワークピースサポート１４２は、（ｉ）大気環境１３２における大気圧１３８からプロセスチャンバ１２２内のプロセス環境１２６におけるプロセス圧力へのワークピースの輸送時、および／または、（ｉｉ）プロセスチャンバ１２２におけるプロセス圧力１２６から大気環境１３２における大気圧１３８へのワークピースの輸送時に、ワークピース１１８を支持するように構成されている。例えば、複数のロードロックドア（または、いわゆるゲートバルブ）１４４Ａ、１４４Ｂは、ロードロックチャンバ１３６を、プロセスチャンバ１２２および大気環境１３２のそれぞれに動作可能に接続する。また、大気環境１３２とプロセス環境１２６との間のワークピースのそれぞれの輸送を可能とするために、ロードロックチャンバ１３６内において必要な圧力変化を実現するために、ポンプおよびパージバルブシステム（不図示）がさらに設けられる。
【００３９】
イオン注入システム１００の一部の例示的な動作において、プロセス温度は、大気環境１３２における周囲露点（露点温度とも称される）よりも低い。例えば、プロセス温度は、約−４０℃〜−１００℃である。このような動作において、プロセス温度は、大気環境１３２の露点温度よりも有意に低い。このため、後により詳細に述べるように、ワークピースにおける結露の形成を防止するために、ワークピースを大気環境に再び暴露することに先立ち、ワークピース１１８を温める工程が設けられてよい。
【００４０】
発明者らは、ワークピースに対する従来の冷却は、従来のイオン注入システム全体のサイクル時間に悪影響を及ぼしうると認識している。このサイクル時間は、ワークピースのスループット（すなわち、半導体装置の製造および半導体製造プロセスの世界における重要な製品仕様）と言い換えることができる。従来では、冷却チャックを用いたワークピースの冷却に依拠するシステムにおいて、ワークピースが所望の温度に達するまでの期間（例：「滞留時間」）に亘り、冷却チャック上においてワークピースが載置または「ソーク」（soak）されることが許容されている。このような従来の冷却は、サイクル時間を増加させ、その結果、イオン注入プロセスのスループットを低下させる。
【００４１】
プロセススループットを増加させるために、有益なことに、本開示は、プロセスチャンバ１２２に動作可能に接続されたアイソレーションチャンバ１４６を提供する。例えば、アイソレーションチャンバ１４６は、ロードロックチャンバ１３６に隣接していてもよいし、当該ロードロックチャンバと動作可能に接続されていてもよい。アイソレーションチャンバ１４６は、例えば、当該アイソレーションチャンバの内部に規定された注入前冷却環境１４８を含む。アイソレーションチャンバは、アイソレーションゲートバルブ１５０を備える。アイソレーションゲートバルブは、（ｉ）注入前冷却環境をプロセスプロセス環境１２６から選択的に隔離し、かつ、（ｉｉ）注入前冷却環境に対するワークピース１１８のアクセスを選択的に許可するように構成されている。同時に、アイソレーションゲートバルブは、注入前冷却環境を大気環境１３２からさらに隔離し、ワークピースをアイソレーションチャンバおよび／またはプロセスチャンバ１２２に出入りさせるための唯一のアクセス経路を規定する。言い換えれば、（ｉ）プロセスチャンバ１２２からアイソレーションチャンバ１４６へと移送される、または、（ｉｉ）アイソレーションチャンバ１４６からプロセスチャンバ１２２へと移送される、ワークピース１１８のための唯一のアクセス経路は、アイソレーションゲートバルブ１５０を介した経路となる。例えば、アイソレーションチャンバ１４６は、注入前冷却ワークピースサポート１５２をさらに備える。注入前冷却ワークピースサポートは、注入前冷却環境１４８内において、ワークピース１１８を支持および冷却するように構成されている。
【００４２】
例えば、注入前冷却ワークピースサポート１５２は、冷却プラテン１５４を含んでいてもよい。冷却プラテンは、ワークピース１１８の底面と接触するように構成されている。その結果、冷却プラテンは、注入前冷却環境１４８内において当該ワークピースを支持および冷却できる。例えば、冷却プラテン１５４は、当該冷却プラテンの内部において規定された１つ以上の冷却剤経路を備えていてよい。冷却プラテンは、冷却剤経路を通って冷却システム１５８を流れる冷却剤流体１５６の循環を利用して、ワークピースを冷却するように構成されている。一例として、チャック１２０は、当該チャックの内部に規定されたチャック冷却剤経路（不図示）をさらに含む。冷却剤流体１５６は、チャック冷却剤経路を通って冷却システム１５８を流れるように、さらに循環する。あるいは、チャック１２０および注入前冷却プラテン１５４のそれぞれに対して、個別の冷却システムおよび冷却剤流体（不図示）が設けられてもよい。あるいは、注入前冷却ワークピースサポート１５２（および／または亜周囲温度チャック１３０）は、ペルチェクーラー、膨張チャンバ、クライオジェニックヘッド、および循環冷却ループのうちの１つ以上を含んでいてもよい。
【００４３】
本開示の別の例示的な態様において、加圧ガス源１５９は、アイソレーションチャンバ１４６に動作可能に接続されている。例えば、加圧ガス源１５９は、アイソレーションゲートバルブ１５０が閉じられた場合に、注入前冷却ガス１６０を用いて、注入前冷却環境１４８を、注入前冷却圧力１６２まで選択的に加圧するように構成されている。注入前冷却圧力は、プロセス圧力１４０よりも高い。例えば、注入前冷却圧力１６２は、プロセス圧力１４０から大気圧１３８までに亘る圧力範囲から選択される。あるいは、注入前冷却圧力１６２は、大気圧１３８よりも高い。例えば、注入前冷却ガス１６０は、ドライガス（例：乾燥した空気、窒素、ヘリウム、またはこれらの混合物）を含んでいてよい。当該ドライガスをアイソレーションチャンバ１４６内に入力または供給することにより、プロセス圧力１４０よりも高い所望の注入前冷却圧力１６２まで圧力を高めることができる。その結果、プロセスチャンバ１２２の真空圧力に関連する、加圧されて導入された注入前冷却ガスの熱伝導性によって、アイソレーションチャンバとワークピース１１８との間において、伝熱を改善できる。
【００４４】
別の例において、ワークピース輸送アーム１６４が設けられている。ワークピース輸送アームは、ロードロックチャンバ１３６、アイソレーションチャンバ１４６、およびプロセスチャンバ１２２のうちの２つ以上の間を、ワークピース１１８に選択的に移動させるように構成されている。コントローラ１６６がさらに設けられている。コントローラ１６６は、ワークピース輸送アーム１６４を制御することにより、ロードロックワークピースサポート１４２と注入前冷却ワークピースサポート１５２とチャック１２０との間を、ワークピース１１８に選択的に移動させるように構成されている。コントローラ１６６は、アイソレーションゲートバルブ５０、注入前冷却ワークピースサポート１５２、および加圧ガス源１５９を制御することにより、注入前圧力１６２のアイソレーションチャンバ１４６内において、ワークピース１１８を注入前温度まで選択的に冷却するように、さらに構成されている。例えば、コントローラ１６６は、ワークピース１１８が注入前冷却圧力１６２において注入前冷却温度まで冷却された後に、アイソレーションチャンバ１４６を選択的に減圧排気するように構成されている。例えば、注入前冷却真空源１６８は、アイソレーションチャンバ１４６に動作可能に接続されている。コントローラ１６６は、真空源およびアイソレーションゲートバルブ１５０を制御することにより、アイソレーションチャンバ１４６を、プロセス圧力１４０にほぼ等しい圧力まで選択的に減圧排気するように、さらに構成されている。注入前冷却真空源１６８は、真空源１２８と同一のものであってもよいし、真空源１２８と一体化されていてもよいし、あるいは真空源１２８とは個別のものであってもよいことに留意されたい。さらに、アイソレーションチャンバ１４６は、ピンリフタ機構（不図示）を備えていてもよい。当該ピンリフタ機構は、注入前冷却ワークピースサポート１５２に対して、ワークピースを選択的に上下に移動させるように構成されている。これにより、輸送アーム１６４によるワークピースへのアクセスが容易となる。さらに、コントローラ１６６は、輸送アーム１６４の協調運動（coordinate movement）と同様に、ピンリフタ機構を制御するように動作可能である。
【００４５】
別の例として、温度監視システム（不図示）がさらに設けられる。当該温度監視システムは、アイソレーションチャンバ１４６におけるワークピース１１８の温度を測定するように構成されている。例えば、コントローラ１６６は、ワークピースの測定温度に少なくとも部分的に基づいて、注入前冷却温度までのワークピース１１８の冷却を制御するように、さらに構成されている。コントローラ１６６は、所望のプロセススループットに少なくとも部分的に基づいて、圧力と同様に、注入前冷却温度を決定するようにさらに構成されていてもよい。さらに別の例として、プロセス温度は、注入前冷却温度よりも低くてもよいし、あるいは注入前冷却温度よりも高くてもよい。これにより、（ｉ）アイソレーションチャンバ１４６からチャック１２０への移送時における温度上昇、または、（ｉｉ）ワークピース１１８をチャックへと移送する場合の、当該ワークピースのさらなる温度低下、を許容できる。このため、上述のように、チャックは、ワークピースを冷却するようにさらに構成される。
【００４６】
別の例として、注入後加熱ステーション１７０は、プロセスチャンバ１２２に動作可能に接続されていてよい。注入後加熱ステーションは、加熱ワークピースサポート１７２を備える。加熱ワークピースサポートは、ワークピース１１８を、大気環境１３２に関連する露点温度よりも高い注入後温度まで加熱するように構成されている。例えば、注入後加熱ステーション１７０は、プロセスチャンバ１２２に付加されてもよいし、プロセスチャンバ内に設けられてもよいし、あるいはロードロックチャンバ１３６の内部に規定されて（設けられて）いてもよい。
【００４７】
本発明の別の例示的な態様において、図２は、例示的な方法３００を例示している。当該方法は、亜周囲温度においてワークピースを加工するために提供されている。例示的な方法は、本明細書では一連の動作またはイベントとして図示および説明されているが、本発明はこのような例示された動作またはイベントの順序に限定されないと理解できることに留意されたい。このため、本発明において、一部のステップは、異なる順序で実行されてもよいし、あるいは本明細書に図示および説明されていない他のステップと共に実行されてもよい。また、本発明に係る方法を実行するために、図示された全てのステップが必ずしも実行される必要があるわけではない。さらに、当該方法は、本明細書において図示または説明されたシステムに関連して実行されてもよいし、本明細書において図示されていない他のシステムにも関連して実行されてもよい。
【００４８】
図２の方法３００は、動作３０２から開始される。動作３０２では、大気環境において、大気温度および大気圧下にあるワークピースが、イオン注入システムに提供または供給される。動作３０４では、第１のワークピースが、大気環境からロードロックチャンバへと移送される。動作３０６では、ロードロックチャンバは十分に減圧排気され、当該ロードロックチャンバ内の圧力は、プロセス圧力（例：プロセスチャンバまたはエンドステーションにおける、ほぼ真空の圧力）へと至る。ロードロックチャンバおよびプロセスチャンバの圧力がほぼ等しくなると、動作３０８において、ワークピースは（プロセス圧力下において）、ロードロックチャンバからアイソレーションチャンバ内の注入前冷却ワークピースサポートへと移送される。動作３１０において、アイソレーションゲートバルブを閉じることによって、アイソレーションチャンバ内のワークピースは、プロセスチャンバのプロセス圧力から隔離される。そして、アイソレーションチャンバ内の圧力は、プロセス圧力よりも高い注入前冷却圧力まで高められる。
【００４９】
動作３１２において、上述の図１に説明に関する記載の通り、注入前冷却ワークピースサポートを用いて、注入前冷却圧力のアイソレーションチャンバ内において、ワークピースは、注入前冷却温度まで冷却される。一例として、注入前冷却圧力は、プロセス圧力から大気圧までに亘る圧力範囲を含む。別の例として、注入前冷却圧力は、プロセス圧力から、大気圧よりも高い加圧された圧力までに亘る範囲圧力を含む。このような高められた圧力は、注入前冷却ワークピースサポートとワークピースとの間の伝熱を改善すると理解できる。このため、真空環境においてワークピースを冷却した場合に比べて、ワークピースをより高速に冷却できる。ある例示的な実施形態において、アイソレーションチャンバ内におけるワークピースの冷却は、乾燥した高圧のガスを当該アイソレーションチャンバ内に供給することにより、さらに促進される。その結果、例えば、ワークピースのスループットを最適化するために、ソーク回数（soak times）を微調整（fine tune）できる。さらに、例えば、結露を最小化するために、乾燥ガスの湿度レベルが制御されてもよい。
【００５０】
動作３１４において、所望の注入前冷却温度が得られると、アイソレーションチャンバ内の圧力は、プロセス圧力まで再び減圧される。所望の注入前冷却温度は、イオン注入が実行される予定のプロセス温度であってもよいし、あるいは当該プロセス温度よりも高い温度であってもよいことに留意されたい。ワークピースは、プロセス環境内のチャックにおいて、より低い温度までさらに冷却されるであろう。動作３１０または動作３１４の一方、あるいは、動作３１０および動作３１４の両方とともに、動作３１２における冷却が行われてもよいことに留意されたい。この場合、（ｉ）ワークピースがアイソレーションチャンバ内に提供されてからすぐに、および／または、（ｉｉ）ワークピースが注入前冷却ワークピースサポート上に配置されてからすぐに、ワークピースの冷却を速やかに開始できる。例えば、ワークピースは、アイソレーションチャンバが注入前冷却圧力下にあるか否かに関わらず、圧力を変化させている期間に冷却されてもよい。
【００５１】
動作３１６に移る。動作３１６において、アイソレーションゲートバルブは開放され、ワークピースは、アイソレーションチャンバから、プロセスチャンバのプロセス環境内に配置されたチャックへと移送される。ワークピースがチャックに固定的に配置されると、動作３１８において、イオンがワークピースに注入される。一例として、動作３１８は、イオン注入時におけるワークピースの温度を維持するために、チャックをプロセス温度まで冷却する工程をさらに含んでいてもよい。別の例として、チャック上に配置されたワークピースを、チャックに提供されたワークピースの温度よりも低い温度までさらに冷却するために、チャックが冷却されてもよい。
【００５２】
イオン注入が完了すると、動作３２０において、ワークピースは、チャックからロードロックチャンバへと移送される。一例として、ロードロックチャンバは、上述の加熱ステーションとしての役割を果たすために、加熱プラテンまたは他の熱源を備えていてもよい。この場合、ワークピースは、大気環境に関連する露点温度よりも高い後熱（ポスト加熱）温度まで加熱される。このため、ワークピースの温度低下に起因する当該ワークピースにおける結露を生じさせることなく、加熱後にワークピースを後熱ステーションから大気環境へと移送させることができる。あるいは、動作３２０におけるチャックからロードロックチャンバへとワークピースを移動させる工程は、個別の後熱ステーションへとワークピースを移動させる工程をさらに含んでいてもよい。この場合、ワークピースは大気環境の露点温度よりも高い後熱温度まで加熱され、その後、当該ワークピースは後熱ステーションからロードロックチャンバへと移送される。
【００５３】
動作３２２において、ロードロックチャンバ内の圧力は、大気圧まで高められる。その後、動作３２４において、ワークピースをロードロックチャンバから取り出すことができる。
【００５４】
要約すれば、本開示は、ワークピースを冷却する動作を、大気環境およびプロセス環境から隔離するための装置および方法を提供することにより、低温でのイオン注入のための改良された技術を提供している。これにより、冷却動作を、イオン注入プロセスチャンバに関連する真空圧力よりも高い圧力で実行できる。その一方で、冷却動作を、制御された環境内において実行することもできる。当該制御された環境内では、ワークピースは、周囲の大気環境の相対湿度に低温のワークピースが暴露されることによって生じる結露の影響を受けにくい。
【００５５】
本発明は特定の好適な１つ以上の実施形態に関して図示および説明されているが、上述の実施形態は本発明の一部の実施形態の実施に関する例としてのみの役割を果たしており、本発明の適用例はこれらの実施形態に限定されないことに留意されたい。特に、上述の部材（アセンブリ、デバイス、および回路等）によって実現される様々な機能に関して、これらの部材を説明するために使用される用語（「手段」（means）への言及を含む）は、特に明示されない限り、説明された部材の特定の機能を実現する任意の部材（つまり、機能的に等価である部材）に対応するものであると意図されている。このことは、例え当該任意の部材が、本明細書において、本発明の例示的な実施形態にて説明された機能を実現する開示された構造と、構造的に等価でない場合にも当てはまる。さらに、本発明の特定の構成は、複数の実施形態のうちの１つの実施形態のみに関して開示されている場合がある。但し、任意または特定の応用例について、望ましくかつ有益である場合には、このような構成は、他の実施形態の１つ以上の構成と組み合わせられてもよい。従って、本発明は、上述の実施形態に限定されるべきではない。本発明は、添付の特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることが意図されている。
【図１】
0006755299.tif 000002
【図２】
0006755299.tif 000003