(57)【要約】イオン注入システムにおけるイオンの注入中にワークピースの温度を維持するシステム及び方法が提供され、イオン注入システムは、パラメータの所定の組を用いて特性付けられる。加熱チャックは第１の温度で提供され、ワークピースを第１の温度に加熱する。イオンは加熱と同時にワークピースに注入され、熱エネルギーはイオン注入によってワークピースに与えられる。ワークピースの所望の温度は、加熱チャック上のワークピースを第２の温度に選択的に加熱することによって、イオンの注入中に所望の温度精度内に維持される。所望の温度は、イオン注入システムの特性付けに少なくとも部分的に基づいて維持される。注入からワークピースに与えられる熱エネルギーは、加熱チャック上のワークピースを第２の温度で選択的に加熱することによって、緩和される。
2020534643.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、
イオンビームを形成するイオン源と、
前記イオンビームを質量分析するビームラインアセンブリと、
前記イオンビームを受けるエンドステーションであって、加熱チャックを含み、当該加熱チャックが、前記イオンビームからワークピースにイオン注入が行われている間に、前記ワークピースを選択的に固定し且つ選択的に加熱する、エンドステーションと、
前記ワークピースにイオン注入が行われている間の前記ワークピースを所望の温度に維持するコントローラであって、前記イオン注入システムの所定の特性付けと前記注入中に前記イオンビームから前記ワークピースに与えられる熱エネルギーとに少なくとも部分的に基づく前記加熱チャックの制御を介して、前記ワークピースを選択的に加熱するように構成されたコントローラと、
を備えた、イオン注入システム。
【請求項２】
前記加熱チャックは、その中に埋め込まれた１つ以上のヒーターを含み、前記コントローラは、前記１つ以上のヒーターの温度を制御する、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項３】
前記１つ以上のヒーターは、前記加熱チャックを横切る複数のゾーンのそれぞれに複数のヒーターを含む、請求項２に記載のイオン注入システム。
【請求項４】
前記複数のゾーンは、前記加熱チャックの中心に関連する内側ゾーンと、前記加熱チャックの周囲に関連する外側ゾーンとを含み、
前記コントローラは、前記内側ゾーン及び前記外側ゾーンに対する前記イオンビームの位置に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のヒーターを個別に制御するように構成される、請求項３に記載のイオン注入システム。
【請求項５】
前記イオン注入システムの前記特性付けは、セットアップワークピースへのイオンの注入中に、当該セットアップワークピースを横切る温度のマッピングを含む、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項６】
前記セットアップワークピースは、当該セットアップワークピースの表面を横切って配置された複数の熱電対を含む、請求項５に記載のイオン注入システム。
【請求項７】
前記ワークピースと前記加熱チャックとの間の界面に裏面ガスを供給するように構成された１つ以上の裏面ガス源と、
前記加熱チャックを通る１つ以上の流路を通して冷却液を供給するように構成された冷却液源と、
をさらに備え、
前記コントローラは、前記イオン注入システムの前記特性付けに少なくとも部分的に基づいて、前記１つ以上の前記裏面ガス源、及び前記冷却液源をさらに制御する、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項８】
前記イオンビームは、スポットイオンビーム及びリボンイオンビームのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項９】
前記コントローラは、前記ワークピースへのイオン注入の間の当該ワークピースの所望温度を、所望の温度精度内に維持する、請求項１に記載のイオン注入システム。
【請求項１０】
前記ワークピースの前記所望温度は約２０℃〜約１５００℃であり、前記所望の温度精度は＋／−５℃以内である、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ワークピースにイオンを注入する方法であって、
パラメータの所定の組を用いて前記イオン注入システムを特性付けする工程と、
加熱チャックを第１の温度にする工程と、
前記加熱チャック上のワークピースを前記第１の温度に加熱する工程と、
前記ワークピースを加熱すると同時に前記ワークピースへイオン注入する工程であって、前記ワークピースへ熱エネルギーを与える、前記ワークピースへイオン注入する工程と、
前記ワークピースへのイオンの注入中に、前記加熱チャック上の前記ワークピースを第２の温度に選択的に加熱することによって、前記ワークピースの所望の温度を維持する工程とを含み、
前記所望の温度は、所望の温度精度内に維持され且つ前記イオン注入システムの前記特性付けに少なくとも部分的に基づいており、前記ワークピースへのイオン注入に関連する前記熱エネルギーは、前記第２の温度での前記加熱チャック上の前記ワークピースの選択的加熱によって軽減される、方法。
【請求項１２】
前記第２の温度は前記第１の温度よりも低い、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の温度は約２０℃〜約１５００℃であり、前記所望の温度精度は＋／−５℃以内である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記イオン注入システムの特性付けは、前記パラメータの所定の組を使用して、セットアップワークピースへのイオンの注入中に、当該セットアップワークピースを横切る温度のマッピングをすることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記セットアップワークピースは、当該セットアップワークピースの表面を横切って配置された複数の熱電対を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ワークピースへのイオンの注入中に前記ワークピースの前記所望の温度を維持する工程は、前記ワークピースと前記加熱チャックとの間の界面への裏面ガスの流れを選択的に変化させる工程と、前記加熱チャックを通る１つ以上の流路を通して冷却温度の冷却液を選択的に供給する工程との少なくとも１つをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記イオンビームは、スポットイオンビーム及びリボンイオンビームのうちの１つ以上を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記パラメータの所定の組は、処理手法、及び前記イオンビームの所望のパワーを含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔関連出願の参照〕
本出願は２０１７年９月１８日に出願された「ビームパワー入力に対する制御を伴うウェハー温度制御（ＷＡＦＥＲ  ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＷＩＴＨ  ＣＯＮＳＩＤＥＲＴＩＯＮ  ＴＯ  ＢＥＡＭ  ＰＯＷＥＲ  ＩＮＰＵＴ）」という名称の米国仮出願第１５／７０７，４７３号の利益を主張するものであり、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
〔技術分野〕
本発明は、一般にはイオン注入システムに関し、より具体的にはイオン注入と同時にワークピースの温度を維持するシステム及び方法に関する。
【０００３】
〔発明の背景〕
静電クランプ又はチャック（ＥＳＣ）等のワークピースクランプ又はチャックは、イオン注入、エッチング、化学気相成長（ＣＶＤ）等のプラズマベース又は真空ベースの半導体処理中にワークピース又は基板をクランプするために、半導体産業において、しばしば利用される。ＥＳＣのクランプ能力、並びにワークピースの温度制御は、半導体基板又はシリコンウェハー等のウェハーを処理する際に非常に価値があることが証明されている。典型的なＥＳＣは、例えば、導電性電極上に配置された誘電体層を含み、半導体ウェハーはＥＳＣの表面上に配置される（例えば、ウェハーは誘電体層の表面上に配置される）。半導体処理（例えば、イオン注入）の間、典型的にはウェハーと電極との間にクランプ電圧が印加され、ウェハーは静電気力によってチャック表面に対してクランプされる。
【０００４】
ある種のイオン注入処理では、ワークピースがイオンビームに曝されている間に、ＥＳＣの加熱を介してワークピースを加熱することが望ましい。加工の間、ワークピースの温度制御及び精度がより重要であり続けるので、イオンビームからのパワーがウェハー温度に及ぼす影響は、特に高出力イオンビームでは精度が低く安定性の低いウェハー温度をもたらす。しかしながら、温度を測定するためにＥＳＣ内に埋め込まれた熱電対は比較的遅い応答時間を有し、加熱されたＥＳＣの適切な高速且つ正確な制御を提供するほどに十分にはウェハーに近接して熱的に結合されないことが多い。ウェハーと接触している熱電対は高速の温度測定を提供することができるが、そのような接触熱電対は実施することが困難であり、より高い粒子をもたらし、イオン注入システムの信頼性を低下させる可能性がある。
【０００５】
〔発明の概要〕
本開示は、イオン注入システムにおいてワークピースの温度を正確に制御するシステム及び方法を提供する。したがって、以下では、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、本発明の広い概観ではない。これは、本発明の重要な、又は重大な要素を識別するものでも、本発明の範囲を描写するものでもない。その目的は、後に記載するより詳細な説明の序文として、本発明のいくつかの概念を単純化した形で示すことにある。
【０００６】
１つの例示的な態様によれば、イオン注入システムが提供され、前記イオン注入システムは、イオンビームを形成するように構成されたイオン源を含む。ビームラインアセンブリは前記イオンビームを質量分析し、エンドステーションは前記イオンビームを受ける。前記エンドステーションは、前記イオンビームからワークピースへのイオンの注入中に前記ワークピースを選択的に固定し且つ選択的に加熱する加熱チャックを含む。
【０００７】
一例によれば、コントローラは、前記ワークピースへのイオン注入中に当該ワークピースの所望の温度を維持する。前記コントローラは、例えば、前記注入中にイオン注入システムの所定の特性付けと前記イオンビームから前記ワークピースに与えられる熱エネルギーとに少なくとも部分的に基づいた前記加熱チャックの制御を介して、前記ワークピースを選択的に加熱する。加熱チャックは、例えば、その中に埋め込まれた１つ以上のヒーターを含み、前記コントローラは、前記１つ以上のヒーターの温度を制御するように構成される。
【０００８】
前記１つ以上のヒーターは、前記加熱チャックを横切る複数のゾーンのそれぞれに設けられた複数のヒーターを含むことができる。前記複数のゾーンは、例えば、前記加熱チャックの中心に関連する内側ゾーンと、前記加熱チャックの周囲に関連する外側ゾーンとを含むことができる。前記コントローラは、例えば、前記内側ゾーン及び前記外側ゾーンに対する前記イオンビームの位置に少なくとも部分的に基づいて、前記複数のヒーターを個別に制御するように構成されることができる。
【０００９】
別の例によれば、前記イオン注入システムの前記特性付けは、セットアップワークピースへのイオンの注入中に、当該セットアップワークピースを横切る温度のマッピングを含む。当該セットアップワークピースは、例えば、当該セットアップワークピースの表面を横切って配置された複数の熱電対を含む。
【００１０】
別の例によれば、前記ワークピースと前記加熱チャックとの間の界面に裏面ガスを供給するように構成された１つ以上の裏面ガス源と、前記加熱チャックを通る１つ以上の流路を通して冷却液を供給するように構成された冷却液源とが提供される。前記コントローラは、例えば、前記イオン注入システムの前記特性付けに少なくとも部分的に基づいて、前記裏面ガス源及び前記冷却液源のうちの１つ以上を制御するようにさらに構成される。
【００１１】
いくつかの例では、前記イオンビームは、スポットイオンビーム及びリボンイオンビームのうちの１つ以上を含む。別の例では、前記コントローラは、前記ワークピースへのイオンの注入中に前記ワークピースの所望の温度を前記ワークピースの所望の温度精度内に維持するように構成される。前記所望の温度は、例えば、ほぼ室温（ＲＴ）〜約１５００℃であり、前記所望の温度精度は＋／−５℃以内である。
【００１２】
本開示の別の例示的な態様によれば、イオン注入システム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。前記方法は、例えば、パラメータの所定の組を用いて前記イオン注入システムを特性付けすることと、第１の温度で加熱チャックを提供することと、を含む。前記ワークピースは、例えば、前記加熱チャック上で前記第１の温度まで加熱され、前記ワークピースを加熱すると同時に前記ワークピースにイオンが注入され、前記ワークピースへのイオン注入は前記ワークピースへ熱エネルギーをさらに与える。
【００１３】
例示的な方法によれば、前記ワークピースの所望の温度は、前記加熱チャック上のワークピースを第２の温度に選択的に加熱することによって、前記ワークピースへのイオンの注入中に維持される。前記第２の温度は、例えば、前記第１の温度よりも低い。
【００１４】
前記ワークピースの前記所望の温度は、例えば、前記イオン注入システムの特性付けに少なくとも部分的に基づいて所望の精度内に維持され、前記ワークピースへのイオン注入に関連する前記熱エネルギーは前記第２の温度での前記加熱チャック上のワークピースの選択的加熱によって軽減される。前記イオン注入システムの特性付けは、例えば、前記パラメータの所定の組を使用して、セットアップワークピースへのイオン注入中に、当該セットアップワークピースを横切る温度のマッピングをすることを含み、前記ワークピースへのイオン注入中に前記ワークピースの前記所望の温度を維持することは、前記ワークピースと前記加熱チャックとの間の界面への裏面ガスの流れを選択的に変化させることと、前記加熱チャックを通る１つ以上の流路を通して冷却温度の冷却液を選択的に供給することとの少なくとも１つをさらに含むことができる。
【００１５】
したがって、前述の関連する目的を達成するために、本発明は、以下で十分に説明され、特に特許請求の範囲で指摘される特徴を含む。以下の記載及び添付の図面は、本発明の特定の例示的な実施形態を詳細に記載する。しかしながら、これらの実施形態は、本発明の原理を用いることができる様々な方法のうちのいくつかを示している。本発明の他の目的、利点及び新規な特徴は、図面を併せて考慮することによって、本発明の詳細な記載から明らかになるのであろう。
【００１６】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、本発明の一例によるイオン注入システムの模式図を示す。
【００１７】
図２は、本発明の別の例示的な態様によるイオン注入中にワークピースの温度を維持するための例示的な方法を示す。
【００１８】
図３は、別の態様による例示的な制御システムを示す構成図である。
【００１９】
〔発明の詳細な説明〕
本開示は一般に、加熱チャック上のワークピースの温度を制御するシステム及び方法に関し、これにより加熱チャックはワークピースに与えられたイオンビームのパワーの特性付けに少なくとも部分的に基づいて動的に制御される。したがって、本発明はここで、図面を参照して説明され、ここで、同様の参照番号は全体を通して同様の要素を指すために使用され得る。これらの態様の説明は単に例示的なものであり、限定的な意味で解釈されるべきではないことを理解されたい。以下の記載において、説明の目的のために、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的な細部が記載される。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明は、これらの具体的な細部なしに実施することができる。
【００２０】
イオンをワークピースに注入する場合、テクノロジーノードが発展するにつれて、注入中のワークピースの温度の正確な制御がより重要になる。従来、ワークピースの温度の制御は伝統的に、注入中にワークピースが存在するチャックの温度を制御することによって実行される。例えば、チャックは、チャック内に埋め込まれたヒーターを介して、一定の事前設定された温度まで加熱される。したがって、一旦チャック上に置かれると、ワークピースはヒーターによって一定の事前設定された温度に加熱され、ワークピースが一定の事前設定された温度にあるときに注入が開始される。
【００２１】
しかしながら、本開示は一旦注入が開始すると、ワークピースの温度は注入自体に関連するエネルギーに起因して上昇することを現在理解している。言い換えれば、イオン注入はそれと共にある量の注入パワーを運び、それによって、注入パワーは、チャックによって提供される加熱量を超えて、注入中にワークピースの温度をさらに上昇させる。ワークピースの昇温は、例えば、様々なパワー、分量、エネルギー等を用いた注入など、様々な注入に対して大きく異なる可能性がある。このように、従来、チャックの温度を一定の事前設定された温度に設定することによって、一定の事前設定された温度は、もはや、注入されるワークピースとして、温度制御の所望の精度を適切に維持しない。
【００２２】
したがって、イオンビームがワークピースの温度に及ぼす影響を、注入毎に理解することが望ましい。ワークピースの温度は、熱電対（ＴＣ）、測温抵抗体（ＲＴＤ）、又はチャック内に埋め込まれたヒーターに関連付けられた他の温度監視装置等の温度測定装置を利用して、注入中に測定され、それによって、ＴＣはチャック内に埋め込まれたそれぞれのヒーターに近接したチャックの温度応答を示す。しかしながら、注入エネルギーに起因するワークピースの温度応答がヒーターに関連するＴＣに到達するまでに、チャック上に存在するワークピースは、既に所望の注入温度をかなり超えている可能性がある。さらに、ワークピースは、典型的にはチャック又は埋め込まれたヒーターＴＣに完全には熱的に結合されておらず、それに関連するいくらかの熱抵抗及び遅延時間が存在し得る。したがって、熱エネルギーが実際に温度測定装置に到達し、温度が（例えば、ＴＣ又はＲＴＤによって）決定される時間までに、チャック上に存在するワークピースの温度は、既に許容可能な範囲の外である可能性がある。
【００２３】
さらに、ワークピースの温度の制御の精度は、ワークピースの温度が所定の温度の約５０度以内に保持されていれば、許容可能であると考えられてきた。これまで、ワークピースの温度のこのような制御は、イオンビームからワークピースに与えられるエネルギーをあまり考慮していなかった。
【００２４】
しかしながら、技術が発展することにつれて、所定の温度の１５、１０、又はさらには５摂氏温度以内の精度を維持する等、注入中にワークピースの温度を維持する際のより高い精度が望まれている。さらに、イオン注入のパワーが増加することにつれて、イオンビームからのパワーが注入中にワークピースの温度に及ぼす影響は、より低い精度及びより低い安定性のワークピース温度をもたらす。加熱チャック内に埋め込まれた従来の熱電対は一般に、イオンビームからのエネルギーに応答するのが遅く、それによって、熱電対は十分に速いヒーター温度の調整を可能にするために、又は現在所望されている精度を提供するために、ワークピースに十分には近接して熱的に結合されない。
【００２５】
そこで、本開示は、イオン注入システムにおいてワークピースに供給される熱エネルギーを、イオンビームからワークピースに与えられるパワーを加味することによって動的に制御する、システム及び方法を提供する。そのような制御を提供するために、システムは所与のイオンビームについて特性付けられ、それによって、一旦特性付けられると、システムは、イオンビームからのパワーが処理中にワークピース温度に及ぼす影響を考慮に入れる。例えば、システムの特性付けは、ワークピースの詳細な物質組成、並びに直径及び厚さ等のワークピースの寸法を考慮することができる。システムが特定のワークピース及びイオン注入について特性付けされると、制御システムは（例えば、ヒーター設定点、裏面ガス圧力及び流量、加熱チャックを通る冷却液の流れ、冷却液の温度等を介して）加熱チャックへの入力パワーを制御して、イオンビームに関連する温度変化を相応に打ち消すように構成される。従って、イオン注入を通して、より正確で且つより安定したワークピースの温度を達成することができる。
【００２６】
本開示をより良く理解するために、一態様によると、図１には例示的なイオン注入システム１００が示されている。本実施例におけるイオン注入システム１００は例示的なイオン注入装置を含むが、プラズマ処理システム、又は他の半導体処理システムなど、様々な他の種類の真空ベースの半導体処理システムも企図される。イオン注入装置１０１は、例えば、ターミナル１０２と、ビームラインアセンブリ１０４と、エンドステーション１０６とを含む。
【００２７】
一般的に言えば、ターミナル１０２内のイオン源１０８は、電源１１０に結合されて、添加ガスを複数のイオンにイオン化し、イオンビーム１１２を形成する。本実施例におけるイオンビーム１１２は、質量分析装置１１４を通して方向づけられ、エンドステーション１０６に向かって開き口１１６から出る。エンドステーション１０６では、チャック１２０（例えば、機械的グリップチャック、静電チャック又はＥＳＣ、又はワークピースの位置を維持するように構成された任意の装置）に選択的にクランプ又は取り付けられたワークピース１１８（例えば、シリコンウェハー、ディスプレイパネル等の基板）にイオンビーム１１２が衝突する。一旦ワークピース１１８の格子に埋め込まれると、注入されたイオンは、ワークピースの物理的及び／又は化学的特性を変化させる。このため、イオン注入は、半導体装置の製造及び金属仕上げ、並びに材料科学の研究における様々な用途において使用される。
【００２８】
本開示のイオンビーム１１２はペンシル又はスポットビーム、リボンビーム、走査ビーム、若しくはイオンがエンドステーション１０６に向けられる任意の他の形態等、任意の形態をとることができ、そのような形態は全て、本開示の範囲内に入ると考えられる。
【００２９】
１つの例示的な態様によれば、エンドステーション１０６は真空チャンバ１２４等の処理チャンバ１２２を含み、処理環境１２６は処理チャンバと関連付けられる。処理環境１２６は一般に、処理チャンバ１２２内に存在し、一例では、処理チャンバに結合され処理チャンバを実質的に排気するように構成された真空源１２８（例えば、真空ポンプ）によって生成される真空を含む。
【００３０】
一例では、イオン注入装置１０１は高温イオン注入を提供するように構成され、ワークピース１１８は処理温度（例えば、約２００〜６００℃）に加熱される。したがって、本実施例では、チャック１２０が加熱チャック１３０を含み、加熱チャックはワークピース１１８をそのクランプ面１３２上に支持し保持するように構成され、一方、ワークピースをイオンビーム１１２に曝す前、曝す間、及び／又は曝した後に、処理チャンバ１２２内でワークピース１１８を加熱することをさらに可能にする。
【００３１】
加熱チャック１３０は、例えば、静電チャック（ＥＳＣ）、機械的にグリップされたチャック、若しくはワークピース１１８を支持するように構成された任意のチャック又はクランプ装置を含み、ワークピースは周囲又は外部環境１３４の周囲又は大気温度（例えば、「大気環境」とも呼ばれる）よりもかなり高い処理温度に加熱される。例えば、加熱チャック１３０（例えば、クランプ面１３２）を加熱する加熱システム１３６をさらに設けることができ、上に存在するワークピース１１８を所望の処理温度まで加熱するように構成することができる。加熱システム１３６は、例えば、加熱チャック１３０内に配置された１つ以上のヒーター１３８を介してワークピース１１８を選択的に加熱するように構成されている。あるいは、加熱システム１３６の１つ以上のヒーター１３８は、加熱チャック１３０の外部にあるハロゲンランプ、発光ダイオード、及び赤外熱装置のうちの１つ以上等の放射熱源（図示せず）を含むことができる。
【００３２】
ワークピース移送システム１４０は、例えば、処理環境１２６の真空中の加熱チャック１３０と、処理チャンバ１２２に動作可能なように結合された１つ以上のロードロックチャンバ１４２Ａ、１４２Ｂとの間で、ワークピース１１８を移送するようにさらに構成される。
【００３３】
熱伝達のための追加の機構を有効にするために、ワークピース１１８の裏面は、加熱チャック１３０と導電性情報伝達に参加する。この導電性情報伝達は、例えば、加熱チャック１３０とワークピース１１８との間の裏面ガス１４４（例えば、圧力制御ガス界面）を介して達成される。裏面ガス１４４の圧力は一般に、例えば加熱チャック１３０の静電気力によって制限され、概ね５〜２０トルの範囲内に抑えることができる。一例では、裏面ガス１４４に関連する界面厚さ（例えば、ワークピース１１８と加熱チャック１３０との間の距離）はミクロンのオーダー（典型的には５〜２０μｍ）に制御され、したがって、この圧力状況における分子平均自由行程は界面厚さがシステムを遷移及び分子ガス状況に押し込むのに十分な大きさになる。さらに、冷却液源１４６を設けることができ、それによって、冷却液源は加熱チャックのさらなる温度制御のために、加熱チャック１３０を通る冷却液の温度及び流量を選択的に制御するように構成される。
【００３４】
別の例示的な態様によれば、コントローラ１５０がさらに設けられ、イオン注入装置１０１、加熱チャック１３０、加熱システム１３６、及び裏面ガス１４４等のイオン注入システム１００の１つ以上の構成要素を選択的に制御して、ワークピース１１８の温度を選択的に制御するように構成される。コントローラ１５０は例えば、加熱チャック１３０及び加熱システム１３６を介して処理チャンバ１２２内でワークピース１１８を所定の温度に加熱し、イオン注入装置１０１を介してワークピースにイオンを注入し、外部環境１３４（例えば、大気）と処理環境１２６（例えば、真空環境）との間でワークピースを選択的に移送するように構成されてもよい。
【００３５】
様々なイオン注入システム１００は、異なる構成を有する様々な静電チャック１２０を利用して構成することができ、それによって、異なる温度範囲で実行される注入は、異なる熱伝達能力を有する異なる静電チャックをそれぞれ利用する。しかしながら、本開示の図１のシステム１００は、加熱チャック１３０を利用することによって高温注入（例えば、２００〜１５００℃の範囲）及び準室温注入（例えば、２０〜２００℃の範囲）のいずれか又は両方を実行するように構成されてもよい。
【００３６】
対策が無いと、イオン注入システム１００を利用したイオン注入中に、荷電イオンがワークピースに衝突する際に、ワークピース１１８上にエネルギーが熱の形態で蓄積する可能性がある。この熱はワークピース１１８を歪ませるか、又はひび割れさせ、いくつかの実装形態ではワークピースの価値を喪失させる（又は著しく価値の低いものにする）可能性がある。熱はワークピース１１８に送達されるイオンの分量を、所望の分量とは異なるものにする可能性があり、これは、所望のものから機能性を変更することがある。例えば、１×１０１７原子／ｃｍ３の分量がワークピース１１８の外面のすぐ下の極めて薄い領域に注入されることが望まれる場合、実際に達成される分量が１×１０１７原子／ｃｍ３未満になるように、予期せぬ加熱が送達されたイオンをこの極めて薄い領域から拡散させる可能性がある。実際には、望ましくない加熱が、注入された電荷を所望よりも大きな領域にわたって「汚す」ことがあり、それによって、有効分量を所望のものよりも少なく減少させる。他の望ましくない効果も起こり得る。
【００３７】
したがって、１つの例示的な態様によれば、ワークピース１１８が曝されているイオンビーム１１２に関連するエネルギーに基づいて、ワークピース１１８の温度を決定し先んじて調整するか、そうでなければワークピース１１８の温度を制御するように、本開示のイオン注入システム１００は構成される。したがって、作業手法は、様々なイオン注入エネルギー、様々なワークピース１１８、又は他の構成について、イオン注入システム１００のために定式化され得る。本開示は、例えば、加熱チャック１３０に関連する１つ以上のヒーター１３８が加熱チャックを所定の温度（例えば、２００℃）に加熱するように設定されていても、注入中にイオンビーム１１２からの所定のパワー（例えば、５００Ｗ）で、ワークピース１１８の温度上昇が観察され得るということを有利に認知している。このように、本開示は、ワークピース１３０に注入するイオンビーム１１２がワークピース温度を追加量（例えば、２０℃）上昇させるビームパワーを有することができるので、加熱チャック１３０の所定の温度（例えば、１８０℃）を有利に低下させることができ、したがって、注入されるワークピースにおいて所定の温度（例えば、２００℃）を維持する。
【００３８】
したがって、本開示は、ワークピース１１８の温度の積極的な制御を提供する。例えば、注入の開始時に、加熱チャック１３０内の１つ以上のヒーター１３８を第１の温度（例えば、２００℃）に設定することができ、それによって、第１の温度は注入の進行を通して第２の温度（例えば、１８０℃）に低下する。したがって、加熱チャック１３０内の１つ以上のヒーター１３８に加えられるパワーは、イオンビーム１１２からワークピース１１８に与えられるパワーを考慮して、下げられる。例えば、１つ以上のヒーター１３８に加えられるパワー及びイオンビーム１１２のパワーの両方の制御は、コントローラ１５０によって制御されてもよく、したがって、有利なことに、既知のものよりも正確なワークピース温度をもたらす。第１の温度及び第２の温度が記載されているが、温度範囲にわたる連続的な制御のために、注入全体にわたって多数の温度を変化させることができることを理解されたい。
【００３９】
例えば、１つ以上のヒーター１３８に加えられるパワーは一般に、加熱チャック１３０全体に加えられてもよく、又はパワーは局所化されてもよい。例えば、加熱チャック１３０全体に１つのヒーター１３８を使用する代わりに、複数のヒーター１３８を実装することができ、それによって局所的な温度制御を達成することができる。そのような温度制御の局所化は、例えば、ワークピース１１８が曝されるイオンビーム１１２の種類に基づいてもよい。例えば、走査スポット又はリボンイオンビームの形態のイオンビーム１１２は、ワークピース１１８上のイオンビームの位置に関連するイオンビーム１１２からのパワー入力の第１の特性付けを含むことができ、それによって、１つ以上のヒーター１３８の制御は、ワークピースを横切るイオンビームのパワー入力及び位置の第１の特性付けに基づくことができる。
【００４０】
代わりに、ワークピース１１８にわたる平均温度は、特定の範囲内に維持されてもよい。例えば、ワークピース上の１つの位置におけるスポットイオンビームの形態のイオンビーム１１２へのワークピース１１８の曝露は、ワークピースを通る熱伝導を介してワークピース上の別の位置を加熱することがあり、それによって、伝導は、温度変化を分散させる。ワークピース１１８全体への注入の場合、例えば、ワークピースの平均温度を所望の温度にできるだけ近づけることができる。
【００４１】
加熱チャック１３０の１つ以上のヒーター１３８は、例えば、ワークピース１１８を横切って均一な温度を提供するように構成されたヒーター線（例えば、抵抗ヒーターワイヤー）を含んでもよい。このように、イオン注入システム１００の特性付けにおいてワークピース１１８又は加熱チャック１３０の幾何学的等が考慮され、均一な温度を提供する。
【００４２】
しかしながら、注入中に、イオンビーム１１２がワークピースの直径を横切って走査されるにつれて、ワークピース１１８の全体的な温度がドリフトし始めることがあり、それによって、イオンビームパワーは、様々な位置でワークピースに入力される。本開示はさらに、加熱チャック１３０を横切る複数のゾーンに設けられた１つ以上のヒーター１３８に調整を提供することができる。例えば、加熱チャック１３０で加熱するための２つのゾーン（例えば、内側ゾーン及び外側ゾーン）を有する場合、注入パワーが外側ゾーンにエネルギーを与えるにつれて、外側ゾーンに関連するヒーター１３８の温度が低下し、注入パワーが内側ゾーンにエネルギーを与える場合、内側ゾーンに関連するヒーターの温度が低下して、より均一な温度プロファイルを提供する、と本開示は決定することができる。
【００４３】
理論的には、ワークピース１１８がヒーター１３８に関連する熱電対等の温度測定装置に十分に熱的に結合されている場合、高速応答を達成することができる。しかしながら、実際には、ヒーター１３８に関連する熱電対は、加熱チャック１３０に埋め込まれ、且つ粒子汚染を防止するために一般にワークピース１１８から切り離される。このように、ワークピース１１８における温度変化が熱電対に到達するまでに、ワークピースの温度は既に高すぎて、ヒーター１３８の温度を低下させることで応答することができない。したがって、本開示は、１つ以上のヒーター１３８へのパワーを低減し、ワークピース１１８全体にわたって所望の温度が均等に維持されるように、少なくとも部分的にはシステム１００の特性に基づいて、前もって遅延（例えば、注入から１０秒）を企図する。
【００４４】
したがって、１つ以上のヒーター１３８は、処理手法及び／又はイオンビーム１１２に与えられる温度上昇の知見に基づいて制御される。１つ以上のヒーター１３８の制御は、例えば、加熱システム１３６によって１つ以上のヒーター１３８に供給されるヒーターパワーを直接的に制御すること、裏面ガス１４４を制御すること、ＥＳＣを通る冷却液１４６の流れを制御すること、冷却液の温度を制御すること、又は他の方法によって達成することができる。例えば、１つ以上のヒーター１３８に加えられるパワーの設定点は、イオンビーム１１２からの温度上昇を考慮し、ワークピース１１８の所望の温度を提供するように、制御されてもよい。１つ以上の裏面ガス１４４、並びに冷却液１４６の流量及び／又は温度は、ワークピース１１８の所望の温度を提供するように、さらに制御されてもよい。本開示は、例えば、ワークピース１１８内の熱放散及び／又は熱蓄積を考慮して、１つ以上のヒーター１３８へのパワーが所定の遅延時間を先取りすることができることをさらに企図する。
【００４５】
ワークピース１１８の所望の温度を維持するために、例えば、熱損失（パワー損失又は温度損失とも呼ばれる）を把握することがさらに望まれることがあり、それは、所望の温度を維持することをパワー入力だけで達成することは困難である可能性があるからである。したがって、加熱チャック１３８内の１つ以上の冷却液ループを通って流れる冷却液１４６は、加熱チャックから熱エネルギーを除去するように構成され、それによって、冷却液ループは加熱チャックの温度のさらなる制御を可能にする。したがって、準平衡を維持するために、パワー又は熱エネルギーが追加され、除去される。
【００４６】
したがって、本開示は、イオンビーム１１２から与えられるエネルギーによってワークピース１１８の温度が上昇するのに要する時間を決定し、且つ１つ以上のヒーター１３８による応答が温度増加を適切に打ち消すことができる速さを決定するために、イオン注入システム１００を特性付ける。このような特性付けは、例えば、ビームパワー、注入の長さ、及び注入のエネルギーに基づいて、決定することができる。システム１００の特性付けは、例えば、一般に、イオン注入システム、注入の種類（例えば、注入されるイオンの種類及びエネルギー）、ワークピース１１８の構成等ごとに変化することができ、それによって、流れ、幾何学的形状、放射損失等の変化を各特性付けにおいて考慮することができる。したがって、イオンビーム１１２に対する応答は、イオンビームからの任意の所与のエネルギー及びパワー、並びにワークピース１１８の構成に対する処理手法によって特性付けることができる。
【００４７】
一例によれば、イオン注入システム１００を使用して、所定の注入処理手法のために、イオンビーム１１２の所定のパワーを供給することができ、それによって、上述したように、イオン注入システムが特性付けられる。したがって、本開示は、ワークピースにおいて均一かつ正確な温度を提供するために、注入と同時に、加熱チャック１３０を通したワークピース１１８の加熱を能動的に制御する。注入の均一性は、例えば、ワークピース１１８全体で見られる温度差と関連していてもよい。１つの注入例では、ワークピースを２００℃に維持するために、１つ以上のヒーター１３８に５００Ｗのパワーを供給することができる。例えば、追加の２００Ｗのパワーがイオンビーム１１２からワークピース１１８に加えられる場合、ワークピース温度は２００℃の所望の注入温度を超えて上昇する。したがって、本開示はイオンビームから与えられるパワーを考慮するために、１つ以上のヒーター１３８へのパワーを有利に低下させ（例えば、２００Ｗだけパワーを低下させ）、それによって、ワークピース１１８においてより正確で安定した温度を提供する。
【００４８】
前述したように、加熱チャック１３０内の熱電対は、一般にはワークピース１１８から分離されていると考えることができ、そのため、加熱チャック内の熱電対は加熱チャックの温度の表示を提供することを意図しているが、ワークピースの直接的な温度測定を提供しない。例えば、加熱チャック１３０は所定の温度（例えば、２００℃）に加熱されてもよく、それによって、加熱チャック内の熱電対は、１つ以上のヒーター１３８の温度を制御するためのフィードバックを直接的に提供する。しかし、イオン注入が始まると、熱電対が加熱チャック１３０に埋め込まれているので、注入によりワークピース１１８に与えられる追加のエネルギーは、エネルギーがワークピース１１８を通過して１つ以上のヒーター１３８に近接する加熱チャックの材質内に入るまで、熱電対に記録されない。１つ以上のヒーター１３８を制御するために注入からの追加のエネルギーが加熱チャック内の熱電対によって記録されるときまでには、ワークピース１１８の温度は既に所望の処理温度を超えている可能性があり、したがって、注入中の温度制御の精度が制限される。
【００４９】
したがって、一例では、イオン注入システム１００は特性付けされ、それにより任意の所与の注入に対して、イオンビーム１１２の分量、注入時間、注入エネルギー、及び総パワーが決定される。例えば、セットアップワークピース（例えば、特性付けに使用される非製品ワークピース）として構成されたワークピース１１８を介してイオンビーム１１２が所定のパワーでワークピース１１８に衝突する時間にわたって、注入は特性付けされることができ、それによって、セットアップワークピースは、例えば、その中に埋め込まれた１つ以上の熱電対を有することができる。セットアップワークピースは、例えば、所定のパワーで注入され、その中に埋め込まれた１つ以上の熱電対は、注入中にイオンビーム１１２からワークピース１１８に実際にどれだけのパワーが与えられるかを示す。
【００５０】
本開示は、これまで、注入されるワークピースの温度が、それが存在するチャックの温度に概ね一致すると仮定されてきたことを理解する。しかしながら、このようなワークピース温度の仮定は、イオンビームを介してワークピースに与えられるパワーを考慮しておらず、これもまた、注入中のワークピースの温度に影響を及ぼす。したがって、本開示によれば、ワークピース１１８の温度の所望の精度（例えば、＋／−５℃）はイオン注入中に達成されてもよく、それによって、イオン注入は、所望の精度に基づいてさらに制御されてもよい。本開示はさらに、加熱チャック１３０及びワークピース１１８の温度を制御する際に、イオンビーム１１２のパワーを考慮する。
【００５１】
一例によれば、イオン注入システム１００は、所望のイオン注入パラメータの第１の組について特性付けられる。例えば、所望のイオン注入パラメータの第１の組は所望のワークピース温度（例えば、２００℃）を含むことができる。所望のイオン注入パラメータの第１の組の一部として、処理手法をさらに確認することができ、それによって、加熱チャック１３８の所望の温度及びイオンビーム１１２の所望のパワーが決定される。本開示によれば、加熱チャック１３８の温度は、イオン注入中に能動的に制御されてもよく、それによって、加熱チャックの温度の制御は、少なくとも部分的に、イオンビーム１１２からワークピース１１８に与えられるエネルギーに基づく。このように本開示は、有利にはイオンビーム１１２からワークピース１１８内外に移送されるエネルギー（例えば、熱エネルギー）を考慮し、従って、１つ以上の裏面ガス１４４（例えば、裏面ガス圧力）、加熱チャック１３８の温度設定点、冷却液１４６の温度、及び加熱チャックを通る冷却液の流量の制御を介して、注入中のワークピースの温度を制御する方法を提供し、ここで、ワークピースの温度の制御は、少なくとも部分的には、イオンビームからワークピースに与えられる注入エネルギーの特性付けに基づいている。
【００５２】
本発明の別の例示的な態様によれば、図２は、イオン注入中にワークピースの温度を制御するための例示的な方法２００を示す。例示的な方法は一連の行為又は事象として本明細書に示され説明されるが、いくつかのステップは、本明細書に示され説明されるものとは別の他のステップとは異なった順序で、且つ／又は同時に起こり得るので、本発明はそのような行為又は事象の図示された順序によって限定されないことに留意されたい。さらに、本発明による方法を実施するために、図示された全てのステップが必要とされるわけではない。さらに、当該方法は、本明細書で図示及び説明されるシステムに関連して、並びに図示されていない他のシステムに関連して実施され得ることが理解されよう。
【００５３】
図２の２００は行為２０２で始まり、イオン注入システムは、パラメータの所定の組を使用して特性付けられる。パラメータの所定の組は、例えば、処理手法及びイオンビームの所望のパワーを含むことができる。行為２０４では、加熱チャックは第１の温度に加熱される。行為２０６では、例えば、ワークピースは加熱チャック上で第１の温度まで加熱され、ワークピースの加熱と同時に、行為２０８でイオンはワークピースに注入される。行為２０６及び２０８における加熱及びワークピースへのイオンの注入と同時に、イオン注入に関連する熱エネルギーがワークピースに与えられる。
【００５４】
行為２１０において、ワークピースへのイオンの注入中に、加熱チャック上のワークピースを第２の温度に選択的に加熱することによって、ワークピースの所望の温度は維持される。行為２０８及び２１０は、一般に同時に実行され得ることに留意されたい。所望の温度は、例えば、イオン注入システムの特性付けに少なくとも部分的に基づいて、所望の精度内に維持される。例えば、行為２１０において、イオン注入システムにおけるワークピースへのイオンビームの熱衝撃を決定するために行われる測定又は他の分析に基づいて、所望の温度を代替的に、又は追加として維持することができる。したがって、イオンをワークピースに注入することに関連する熱エネルギーは、第２の温度に加熱されたチャック上でワークピースを選択的に加熱することによって、緩和される。
【００５５】
一例では、第２の温度は第１の温度よりも低い。別の例では、第１の温度は約１００℃〜約３００℃であり、所望の精度は＋／−５℃以内である。
【００５６】
一例によれば、行為２０２におけるイオン注入システムの特徴付けは、パラメータの所定の組を使用して、セットアップワークピースへのイオン注入中に、セットアップワークピースを横切る温度のマッピングをすることを含む。セットアップワークピースは、例えば、セットアップワークピースの表面を横切って配置された複数の熱電対を含むことができる。
【００５７】
別の例では、ワークピースへのイオンの注入中にワークピースの所望の温度を維持することは、ワークピースと加熱チャックとの間の界面への裏面ガスの流れを選択的に変化させることと、加熱チャックを通る１つ以上の流路を通して冷却温度の冷却液を選択的に供給することとの少なくとも１つをさらに含む。
【００５８】
別の態様によれば、前述の方法は、コントローラ、汎用コンピュータ、又はプロセッサベースのシステムのうちの１つ以上におけるコンピュータプログラムコードを使用して実施され得る。図３に示すように、別の実施形態によるプロセッサベースのシステム３００の構成図が提供される。プロセッサベースのシステム３００は汎用コンピュータプラットホームであり、本明細書で説明する処理を実施するために使用することができる。プロセッサベースのシステム３００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、又は特定のアプリケーション用にカスタマイズされた専用ユニット等の処理ユニット３０２を含むことができる。プロセッサベースのシステム３００は、ディスプレイ３１８と、マウス、キーボード、又はプリンターなどの１つ以上の入出力装置３２０とを備えることができる。処理ユニット３０２は、セントラルプロセシングユニット（ＣＰＵ）３０４と、メモリ３０６と、大容量記憶装置３０８と、ビデオアダプタ３１２と、バス３１０に接続された入出力インターフェース３１４とを含むことができる。
【００５９】
バス３１０は、メモリバス又はメモリコントローラ、周辺バス、又は映像バスを含む任意の種類のいくつかのバスアーキテクチャのうちの１つ以上とすることができる。ＣＰＵ３０４は任意の種類の電子データプロセッサを含むことができ、メモリ３０６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）、又はリードオンリメモリ（ＲＯＭ）などの任意の種類のシステムメモリを含むことができる。
【００６０】
大容量記憶装置３０８はデータ、プログラム、及び他の情報を記憶し、データ、プログラム、及び他の情報をバス３１０を介してアクセス可能にするように構成された任意の種類の記憶装置を含むことができる。大容量記憶装置３０８は、例えば、ハードディスクドライブ、磁気ディスクドライブ、光ディスクドライブ、又は任意の非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体のうちの１つ以上を含むことができる。
【００６１】
ビデオアダプタ３１２及び入出力インターフェース３１４は、外部入出力装置を処理ユニット３０２に結合するためのインターフェースを提供する。入出力装置の例は、ビデオアダプタ３１２に結合されたディスプレイ３１８と、入出力インターフェース３１４に結合されたマウス、キーボード、プリンター等の入出力装置３２０とを含む。他のデバイスを処理ユニット３０２に結合することができ、追加の又はより少ないインタフェースカードを利用することができる。例えば、シリアルインターフェースカード（図示せず）を使用して、プリンター用のシリアルインターフェースを提供することができる。処理ユニット３０２はまた、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）３２２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３１６も含み得る。
【００６２】
プロセッサベースのシステム３００は、他の構成要素を含むことができることに留意されたい。例えば、プロセッサベースのシステム３００は、電源、ケーブル、マザーボード、取り外し可能な記憶媒体、ケース等を含むことができる。これらの他の構成要素は図示されていないが、プロセッサベースのシステム３００の一部と見なされる。
【００６３】
本開示の実施形態は、ＣＰＵ３０４によって実行されるプログラムコード等によって、プロセッサベースのシステム３００上で実施することができる。なお、上述した実施形態に係る様々な方法は、プログラムコードによって実施することができる。したがって、ここでの明示的な説明は省略する。
【００６４】
さらに、図１内の様々なモジュール及び装置は、図３の１つ以上のプロセッサベースのシステム３００上に実装され、それによって制御され得ることに留意されたい。異なるモジュールと装置との間の情報伝達は、モジュールがどのように実装されるかに応じて変わり得る。モジュールが１つのプロセッサベースのシステム３００上に実装される場合、データはＣＰＵ３０４による様々なステップのためのプログラムコードの実行の間に、メモリ３０６又は大容量記憶装置３０８に保存されてもよい。次に、データはそれぞれのステップの実行中に、ＣＰＵ３０４がバス３１０を介してメモリ３０６又は大容量記憶装置３０８にアクセスすることによって提供することができる。異なったプロセッサベースのシステム３００上にモジュールが実装される場合、又はデータが別個のデータベース等の別の記憶システムから提供される場合、入出力インターフェース３１４又はネットワークインターフェース３１６を介してシステム３００の間にデータを提供することができる。同様に、装置又はステージによって提供されるデータは、入出力インターフェース３１４又はネットワークインターフェース３１６によって、１つ以上のプロセッサベースのシステム３００に入力され得る。当業者は、様々な実施形態の範囲内で企図されるシステム及び方法を実施する際の他の変形及び修正を容易に理解するのであろう。
【００６５】
以上、特定の１つの好ましい実施形態又は実施形態達に関して図示及び説明したが、本明細書及び添付の図面を読んで理解すれば、同等の変更及び修正が当業者には明らかであろう。特に、上述の構成要素（アセンブリ、装置、回路など）によって実行される様々な機能に関して、そのような構成要素を説明するために使用される用語（「手段」への言及を含む）は、別段の指示がない限り、本明細書で示される例示的な実施形態で機能を実行する開示された構成と構造的に同等ではないにもかかわらず、説明された構成要素の指定された機能を実行する（すなわち、機能的に同等である）任意の構成要素に対応することが意図される。加えて、いくつかの実施形態のうちの１つのみに関して本発明の特定の特徴を開示してきたが、そのような特徴は任意の所与の又は特定の用途に望ましく、かつ有利であり得るように、他の実施形態の１つ以上の他の特徴と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、本発明の一例によるイオン注入システムの模式図を示す。
【図２】図２は、本発明の別の例示的な態様によるイオン注入中にワークピースの温度を維持するための例示的な方法を示す。
【図３】図３は、別の態様による例示的な制御システムを示す構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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