特表 2024-545077 イオン注入用の静電クランププラテンを有する回転ディスク

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-12-05

(54)【発明の名称】イオン注入用の静電クランププラテンを有する回転ディスク

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/265 20060101AFI20241128BHJP

   H01J 37/20 20060101ALI20241128BHJP

   H01J 37/317 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

H01L21/265 603D

H01L21/265 T

H01J37/20 A

H01J37/317 B

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024533852

(86)(22)【出願日】2022-11-18

(85)【翻訳文提出日】2024-08-01

(86)【国際出願番号】 US2022050418

(87)【国際公開番号】W WO2023107264

(87)【国際公開日】2023-06-15

(31)【優先権主張番号】17/547,623

(32)【優先日】2021-12-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】ミッチェル， ロバート

(72)【発明者】

【氏名】シンクレア， フランク

(72)【発明者】

【氏名】オルソン， ジョセフ シー．

(72)【発明者】

【氏名】ウィーバー， ウィリアム ティー．

(72)【発明者】

【氏名】パリージ， ニック

【テーマコード（参考）】

5C101

【Ｆターム（参考）】

5C101AA25

5C101FF02

5C101FF09

5C101FF16

5C101FF45

5C101FF49

5C101FF52

5C101FF56

5C101FF58

5C101FF59

5C101GG15

5C101GG22

(57)【要約】

回転ディスクを備えるシステムが開示される。該システムは、高エネルギー注入システムなどの半導体処理システムを含む。半導体処理システムは、スポットイオンビームを生成する。該スポットイオンビームは、回転ディスク上に配置された複数のワークピースに向けられる。回転ディスクは、複数のプラテンを有する回転中央ハブを備える。複数のプラテンは、中央ハブから外向きに延在してよく、ワークピースは、プラテンに静電クランプされる。複数のプラテンは回転することもできる。中央ハブはまた、中央ハブの回転軸に直交する軸の周りでのプラテンの各々の回転も制御する。このやり方では、可変角度の注入が実行され得る。更に、これは、ワークピースが水平配向にある間に、ワークピースが取り付けられることを可能にする。
【選択図】図４Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のワークピースを処理するための回転ディスクであって、
中心軸の周りで回転するように適合された中央ハブ、
前記中央ハブから外向きに放射状に延在する複数のスポークであって、前記複数のスポークの各々は、前記中央ハブから放射状に延在するそれぞれの軸の周りで回転するように適合されている、複数のスポーク、
前記複数のスポークの各々の遠位端に配置されたプラテンであって、各プラテンは、複数の電極を備え、それぞれのワークピースを静電クランプするように構成されている、プラテン、及び
前記中央ハブ内に配置された複数の回転モータであって、各回転モータは、前記複数のスポークのうちのそれぞれの１つに通じており、前記複数のスポークのうちの前記それぞれの１つを回転させるように構成されている、複数の回転モータを備える、回転ディスク。

【請求項2】

各回転モータは、－９０度と９０度の間の角度で、前記複数のスポークのうちの前記それぞれの１つを回転させる、請求項１に記載の回転ディスク。

【請求項3】

各回転モータは、１８０度までの角度で、前記複数のスポークのうちの前記それぞれの１つを回転させる、請求項１に記載の回転ディスク。

【請求項4】

イオンビームの特性を測定するために、前記プラテンのうちの少なくとも１つの裏面に配置されたセンサを更に備える、請求項１に記載の回転ディスク。

【請求項5】

前記センサは、孔のアレイを含む、請求項４に記載の回転ディスク。

【請求項6】

前記センサは、スロットを含む、請求項４に記載の回転ディスク。

【請求項7】

イオンを生成するためのイオン源、
前記イオンを加速してスポットビームを生成するための加速器、及び
請求項１に記載の回転ディスクを備える、イオン注入システム。

【請求項8】

前記回転ディスクは、前記中心軸に垂直な方向へ平行移動するように構成され、２次元の機械的スキャンをもたらす、請求項７に記載のイオン注入システム。

【請求項9】

前記中央ハブは、構造体に回転可能に取り付けられ、前記構造体は、前記中心軸に垂直な方向へ直線的に平行移動する、請求項８に記載のイオン注入システム。

【請求項10】

前記中央ハブは、旋回アームに回転可能に取り付けられ、前記旋回アームは、前記回転ディスクを前記中心軸に垂直な方向へ平行移動させるように回転する、請求項８に記載のイオン注入システム。

【請求項11】

複数のワークピースを処理するための回転ディスクであって、
中心軸の周りで回転するように適合された中央ハブ、
前記中央ハブ内に配置されたハブコントローラ、
前記中央ハブから外向きに放射状に延在する複数のスポークであって、複数のスポークの各々は、前記中央ハブから放射状に延在するそれぞれの軸の周りで回転するように適合されている、複数のスポーク、
前記複数のスポークの各々の遠位端に配置され、それぞれのワークピースを静電クランプするように構成されたプラテン、及び
前記中央ハブ内に配置された複数の回転モータであって、各回転モータは、前記複数のスポークのうちのそれぞれの１つに通じており、前記複数のスポークのうちの前記それぞれの１つを回転させるように構成されている、複数の回転モータを備える、回転ディスク。

【請求項12】

前記ハブコントローラは、プラテンにワークピースを取り付けるためのシーケンスを実行するように構成され、前記ワークピースを取り付けるための前記シーケンスは、
前記ワークピースが前記プラテンの前面に配置されることを可能にするべく前記前面が水平となるように、前記プラテンを回転させるために前記複数の回転モータのうちの１つを作動させること、及び
前記ワークピースが前記前面に配置された後で、前記プラテンの静電クランプを有効にすることを含む、請求項１１に記載の回転ディスク。

【請求項13】

前記プラテンのうちの１以上への裏面ガスの流量を調節するためのバルブを備える、請求項１２に記載の回転ディスク。

【請求項14】

前記ワークピースを取り付けるための前記シーケンスは、
前記ワークピースが静電クランプされた後で、前記裏面ガスの流れを可能にすることを更に含む、請求項１３に記載の回転ディスク。

【請求項15】

前記ワークピースを取り付けるための前記シーケンスは、
前記ワークピースが静電クランプされた後で、前記プラテンの前記前面が所望の注入角度になるように、前記プラテンを回転させるために前記複数の回転モータのうちの１つを作動させることを更に含む、請求項１４に記載の回転ディスク。

【請求項16】

前記ハブコントローラは、プラテンからワークピースを取り外すためのシーケンスを実行するように構成され、前記シーケンスは、
前記ワークピースが前記プラテンの前面から取り外されることを可能にするべく前記前面が水平となるように、前記プラテンを回転させるために前記複数の回転モータのうちの１つを作動させること、及び
前記プラテンが水平姿勢に回転された後で、前記プラテンの静電クランプを無効にすることを含む、請求項１１に記載の回転ディスク。

【請求項17】

前記プラテンのうちの１以上への裏面ガスの流量を調節するためのバルブを備える、請求項１６に記載の回転ディスク。

【請求項18】

前記ワークピースを取り外すための前記シーケンスは、
前記静電クランプが無効にされる前に、前記裏面ガスの流れを停止させることを更に含む、請求項１７に記載の回転ディスク。

【請求項19】

前記プラテンのうちの少なくとも１つの裏面に配置されたセンサを更に備え、前記ハブコントローラは、入射イオンビームの特性を測定するためのシーケンスを実行するように構成され、前記シーケンスは、
前記入射イオンビームが前記センサに衝突するように、前記プラテンの前記裏面が前記入射イオンビームに曝露されるように、前記プラテンを回転させるために前記複数の回転モータのうちの１つを作動させること、及び
前記センサからの出力を受信することを含み、前記出力は、前記入射イオンビームの特性を示す、請求項１１に記載の回転ディスク。

【請求項20】

前記プラテンのうちの１以上に配置された温度センサを備え、前記ハブコントローラは、前記プラテンの温度をモニタする、請求項１１に記載の回転ディスク。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２１年１２月１０日に出願された米国特許出願第17/547,623号の優先権を主張し、該米国特許出願の開示は、その全体が参照により本明細書に援用される。

【0002】

本開示の実施形態は、回転ディスクを使用して、ワークピースを保持し、取り扱い、及び処理するためのシステム及び方法を対象とする。

【背景技術】

【0003】

高エネルギー注入システムは、深い注入領域を有する半導体デバイスを作製するために使用される。ある特定の種類のデバイスは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT）と呼ばれる。IGBTは、バイポーラトランジスタとMOSFETの概念を組み合わせて、改良されたパワーデバイスを実現する。エミッタとゲートはデバイスの一方の側面に配置され、コレクタはデバイスの反対側の第２の側面に配置される。エミッタは、エミッタの直下に配置された高濃度のｐ型ドープされた領域に通じている。高濃度のｐ型ドープされた領域の両側には、高濃度のｎ型ドープされた領域があり、該ｎ型ドープされた領域の各々はゲートに通じている。高濃度のｐ型ドープされた領域の下には、低濃度のｐ型ドープされた領域がある。デバイスの反対側には、第２の高濃度のｐ型ドープされた領域があり、該領域はコレクタに通じている。最後に、第２の高濃度のｐ型ドープされた領域と低濃度のｐ型ドープされた領域との間には、低濃度のｎ型ドープされたドリフト層がある。

【0004】

従来のIGBTデバイスでは、低濃度のｎ型ドープされたドリフト層の厚さが、電界を維持する必要性に基づいて決定される。これらのデバイスの定格電力が増加するにつれて、デバイスの全体的な厚さも増加する。

【0005】

高エネルギー注入を使用して、これらのデバイスを作製することができる。しかし、これらのデバイスの１つの欠点は、角度の広がりであり得る。従来、これらの注入システムでは、スポットビームが生成される。次いで、該スポットビームは、静電的にスキャンされて、ワークピースに衝突するリボンイオンビームを生成する。しかし、角度の広がりの不均一性は、静電スキャナーによって悪化する可能性がある。

【0006】

したがって、現在の技術の欠点なしに高エネルギー注入を実行することができる半導体処理システムが存在すれば有益であろう。特に、静電クランプされたワークピースのバッチに高エネルギー注入を実行するシステムが存在すれば有益であろう。

【発明の概要】

【0007】

回転ディスクを備えるシステムが開示される。該システムは、高エネルギー注入システムなどの半導体処理システムを含む。半導体処理システムは、スポットイオンビームを生成する。該スポットイオンビームは、回転ディスク上に配置された複数のワークピースに向けられる。回転ディスクは、複数のプラテンを有する回転中央ハブを備える。複数のプラテンは、中央ハブから外向きに延在してよく、ワークピースは、プラテンに静電クランプされる。複数のプラテンは回転することもできる。中央ハブはまた、中央ハブの回転軸に直交する軸の周りでのプラテンの各々の回転も制御する。このやり方では、可変角度の注入が実行され得る。更に、これは、ワークピースが水平配向にある間に、ワークピースが取り付けられることを可能にする。

【0008】

一実施形態によれば、複数のワークピースを処理するための回転ディスクが開示される。回転ディスクは、中心軸の周りで回転するように適合された中央ハブ、中央ハブから外向きに放射状に延在する複数のスポークであって、複数のスポークの各々は、中央ハブから放射状に延在するそれぞれの軸の周りで回転するように適合されている、複数のスポーク、複数のスポークの各々の遠位端に配置されたプラテンであって、各プラテンは、複数の電極を備え、それぞれのワークピースを静電クランプするように構成されている、プラテン、及び、中央ハブ内に配置された複数の回転モータであって、各回転モータは、複数のスポークのうちのそれぞれの１つに通じており、複数のスポークのうちのそれぞれの１つを回転させるように構成されている、複数の回転モータを備える。特定の複数の実施形態では、各回転モータが、－９０度と９０度の間の角度で、複数のスポークのうちのそれぞれの１つを回転させる。幾つかの実施形態では、各回転モータが、１８０度までの角度で、複数のスポークのうちのそれぞれの１つを回転させる。幾つかの実施形態では、回転ディスクが、イオンビームの特性を測定するために、プラテンのうちの少なくとも１つの裏面に配置されたセンサを備える。幾つかの実施形態では、センサが孔のアレイを含む。幾つかの実施形態では、センサがスロットを含む。

【0009】

別の一実施形態によれば、イオン注入システムが開示される。該システムは、イオンを生成するためのイオン源、イオンを加速してスポットビームを生成するための加速器、及び上述の回転ディスクを備える。幾つかの実施形態では、回転ディスクが、中心軸に垂直な方向へ平行移動するように構成され、２次元の機械的スキャンをもたらす。幾つかの実施形態では、中央ハブが、構造体に回転可能に取り付けられる。その場合、構造体は、中心軸に垂直な方向へ直線的に平行移動する。幾つかの実施形態では、中央ハブが、旋回アームに回転可能に取り付けられる。その場合、旋回アームは、回転ディスクを中心軸に垂直な方向へ平行移動させるように回転する。

【0010】

別の一実施形態によれば、複数のワークピースを処理するための回転ディスクが開示される。回転ディスクは、中心軸の周りで回転するように適合された中央ハブ、中央ハブ内に配置されたハブコントローラ、中央ハブから外向きに放射状に延在する複数のスポークであって、複数のスポークの各々は、中央ハブから放射状に延在するそれぞれの軸の周りで回転するように適合されている、複数のスポーク、複数のスポークの各々の遠位端に配置され、それぞれのワークピースを静電クランプするように構成されたプラテン、及び、中央ハブ内に配置された複数の回転モータであって、各回転モータは、複数のスポークのうちのそれぞれの１つに通じており、複数のスポークのうちのそれぞれの１つを回転させるように構成されている、複数の回転モータを備える。幾つかの実施形態では、ハブコントローラが、プラテンにワークピースを取り付けるためのシーケンスを実行するように構成され、ワークピースを取り付けるためのシーケンスは、ワークピースがプラテンの前面に配置されることを可能にするべく前面が水平となるように、プラテンを回転させるために複数の回転モータのうちの１つを作動させること、及び、ワークピースが前面に配置された後で、プラテンの静電クランプを有効にすることを含む。幾つかの実施形態では、回転ディスクが、プラテンのうちの１以上への裏面ガスの流量を調節するためのバルブを備える。幾つかの実施形態では、ワークピースを取り付けるためのシーケンスが、ワークピースが静電クランプされた後で、裏面ガスの流れを可能にすることを更に含む。幾つかの実施形態では、ワークピースを取り付けるためのシーケンスが、ワークピースが静電クランプされた後で、プラテンの前面が所望の注入角度になるように、プラテンを回転させるために複数の回転モータのうちの１つを作動させることを更に含む。幾つかの実施形態では、ハブコントローラが、プラテンからワークピースを取り外すためのシーケンスを実行するように構成され、該シーケンスは、ワークピースがプラテンの前面から取り外されることを可能にするべく前面が水平となるように、プラテンを回転させるために複数の回転モータのうちの１つを作動させること、及び、プラテンが水平姿勢に回転された後で、プラテンの静電クランプを無効にすることを含む。幾つかの実施形態では、回転ディスクが、プラテンのうちの１以上への裏面ガスの流量を調節するためのバルブを備える。幾つかの実施形態では、ワークピースを取り外すためのシーケンスが、静電クランプが無効にされる前に、裏面ガスの流れを停止させることを更に含む。特定の複数の実施形態では、回転ディスクが、プラテンのうちの少なくとも１つの裏面に配置されたセンサを備える。その場合、ハブコントローラは、入射イオンビームの特性を測定するためのシーケンスを実行するように構成される。該シーケンスは、入射イオンビームがセンサに衝突するように、プラテンの裏面が入射イオンビームに曝露されるように、プラテンを回転させるために複数の回転モータのうちの１つを作動させること、及びセンサからの出力を受信することを含む。その場合、該出力は、入射イオンビームの特性を示す。特定の複数の実施形態では、回転ディスクが、プラテンのうちの１以上に配置された温度センサを備える。その場合、ハブコントローラは、プラテンの温度をモニタする。

【0011】

本開示のより良い理解のために、添付の図面が参照され、参照により本明細書に組み込まれる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1A】一実施形態に従って利用され得る半導体処理装置を示す。

【図1B】第２の実施形態に従って利用され得る半導体処理装置を示す。

【図2A】一実施形態による回転ディスクを示す。

【図2B】図２Ａの回転ディスクの側面図を示す。

【図3】回転ディスクの構成要素のブロック図を示す。

【図4A】プラテンが４５度の角度に回転された図２Ａの回転ディスクを示す。

【図4B】プラテンが９０度の角度に回転された図２Ａの回転ディスクを示す。

【図5】一実施形態による回転ディスク上のワークピースを取り付け及び取り外すためのシーケンスを示す。

【図6】プラテンうちの１つが１８０の角度に回転された図２Ａの回転ディスクを示す。

【図7】プラテンが１８０度の角度に回転されたときに視認可能な、プラテンの裏面に配置されたセンサを示す。

【図8A】一実施形態によるセンサを示す。

【図8B】第２の実施形態によるセンサを示す。

【図9A】図９Ａ～図９Ｂは、２つの実施形態による回転ディスクとスポットイオンビームとの間の関係を示す。

【図9B】図９Ａ～図９Ｂは、２つの実施形態による回転ディスクとスポットイオンビームとの間の関係を示す。

【図10】中央ハブ内の流体接続のブロック図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本開示は、高エネルギーと低角度広がりとを有するイオンを注入するための、半導体処理システムと組み合わされた回転ディスクの使用を説明する。回転ディスクと共に使用され得る様々な半導体処理システムが存在する。

【0014】

図１Ａで示されているように、半導体処理システムは、イオンビームを生成するために使用されるイオン源１００を備える。一実施形態では、正イオンビーム１０１が、バーナス（Bernas）又は間接加熱カソード（IHC）イオン源を使用するなど、従来のやり方で生成され得る。無論、他の種類のイオン源も採用され得る。供給ガスがイオン源１００に供給され、次いで、イオン源１００が通電されてイオンが生成される。特定の複数の実施形態では、供給ガスが、水素、ホウ素、リン、ヒ素、ヘリウム、又は他の適切な種であってよい。次いで、抽出光学素子を使用して、これらのイオンをイオン源１００から抽出する。

【0015】

イオン源１００を出た正イオンビーム１０１は、Mg電荷交換セル１１０に結合され得る。Mg電荷交換セル１１０は、正イオンビーム１０１を負イオンビーム１１１に変換する。無論、負イオンビームの生成のための他の機構が、当該技術分野で知られている。負イオンビームを生成するために使用される機構は、本開示によって限定されるものではない。

【0016】

負イオンビーム１１１は、質量分析器１２０に向けられ得る。質量分析器１２０は、特定のイオン種のみを通過させ得る。質量分析器１２０を出る負イオンは、タンデム加速器１３０に向けられる。

【0017】

タンデム加速器１３０は２つの経路を有する。２つの経路は、ストリッパー管１３３によって分離されている。入力経路１３１は、複数の入力電極を備える。これらの入力電極は、チタン又は他の金属などの、任意の適切な導電性材料であってよい。最も外側の入力電極は、接地されていてもよい。後続の入力電極の各々は、ストリッパー管１３３に近づくにつれて、ますます正の電圧でバイアスされ得る。

【0018】

入力経路１３１は、ストリッパー管１３３に繋がっている。ストリッパー管１３３は、最も外側の入力電極に対して正にバイアスされている。ストリッパー管１３３は、ストリッパーガスが注入される注入導管を含む。ストリッパーガスは中性分子を含み得る。これらの中性分子は、アルゴンや窒素などの任意の適切な種であってよいが、これらに限定されるものではない。ストリッパー管１３３は、入力経路１３１と同じ側に配置された入口を有する。ストリッパー管１３３の出口は、出力経路１３２に通じている。

【0019】

言い換えると、ストリッパー管１３３は、入力経路１３１を通して負イオンビーム１１１を引き寄せるように、正にバイアスされている。ストリッパー管１３３は、入って来るイオンから電子を除去し、それらのイオンを負イオンから正イオンに変換する。

【0020】

ストリッパー管１３３は、出力経路１３２内の電極よりも正である。後続の各出力電極は、ストリッパー管１３３から遠ざかるにつれて、正のバイアスが小さくなり得る。例えば、最も外側の出力電極は、接地されていてもよい。したがって、ストリッパー管１３３内の正イオンは、出力経路１３２を通して加速される。

【0021】

このやり方では、イオンが２回加速される。先ず、負イオンは、入力経路１３１を通してストリッパー管１３３へ加速される。この加速は、最も外側の入力電極の電圧とストリッパー管１３３の電圧との間の差に基づく。次に、正イオンは、出力経路１３２を通して加速される。この加速は、ストリッパー管１３３の電圧と出力経路１３２内の最も外側の出力電極の電圧との間の差に基づく。

【0022】

加速器電源１３４を使用して、ストリッパー管１３３、ならびに入力経路１３１内の電極と出力経路１３２内の電極とに、電圧を供給することができる。加速器電源１３４は、２．５MVまで電圧を供給することができるが、他の電圧（より高い又はより低い）も可能である。したがって、注入エネルギーを修正するために、加速器電源１３４によって印加される電圧が変更される。

【0023】

タンデム加速器１３０を出た後で、正イオンビーム１３５は、フィルタ磁石１４０に入り得る。フィルタ磁石１４０は、特定の電荷のイオンのみを通過させ得る。他の複数の実施形態では、フィルタ磁石１４０が採用されなくてもよい。

【0024】

スポットイオンビーム１５５であり得るフィルタ磁石の出力は、次いで、回転ディスク３００に向けられる。ワークピース１０が、回転ディスク上に配置された複数のプラテンの各々に配置され得る。特定の複数の実施形態では、修正用磁石が、フィルタ磁石１４０と回転ディスク３００との間に配置され得る。

【0025】

更に、半導体処理装置が、コントローラ１８０を含む。コントローラ１８０は、マイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ、専用コントローラ、又は別の適切な処理ユニットなどの処理ユニットを含んでよい。コントローラ１８０はまた、半導体メモリ、磁気メモリ、又は別の適切なメモリなどの非一時的なコンピュータ可読ストレージ要素も含んでよい。この非一時的なストレージ要素は、コントローラ１８０が本明細書で説明される機能を実行することを可能にする命令及び他のデータを含み得る。

【0026】

コントローラ１８０は、注入エネルギーを制御するために、加速器電源１３４に通じていてよい。加えて、以下でより詳細に説明されるように、コントローラ１８０は、回転ディスク３００に通じていてよい。コントローラ１８０はまた、他の構成要素と通じていてもよい。

【0027】

第２の実施形態が、図１Ｂで示されている。図１Ａと共通する構成要素には、同一の参照番号が付されている。

【0028】

上述されたように、半導体処理システムは、イオンビームを生成するために使用されるイオン源１００を備える。イオン源１００は、イオンがイオン源１００から抽出され得る開口を有する。これらのイオンは、抽出開孔に近接してイオン源１００の外側に配置された抽出光学素子１０３に負電圧を印加することによって、イオン源１００から抽出され得る。次いで、イオンは質量分析器１２０に入り得る。質量分析器１２０は、特定の質量電荷比を有するイオンを通過させ得る磁石であってよい。この質量分析器１２０を使用して、所望のイオンのみを分離する。次いで、線形加速器２００に入るのは所望のイオンである。

【0029】

次いで、所望のイオンはバンチャー２１０に入る。バンチャー２１０は、共に移動するイオンの群又は束を生成する。バンチャー２１０は、複数のドリフトチューブを備え得る。その場合、ドリフトチューブのうちの少なくとも１つに、交流電圧が供給され得る。他のドリフトチューブのうちの１以上は、接地され得る。交流電圧が供給されるドリフトチューブは、イオンビームを加速し、それを離散した束へと操作する機能を有し得る。

【0030】

線形加速器２００は、１以上のキャビティ２０１を含む。各キャビティ２０１は、励振コイル２０５によって生成される電磁場によって通電され得る共振器コイル２０２を備える。励振コイル２０５は、それぞれの共振器コイル２０２と共にキャビティ２０１内に配置される。励振コイル２０５は、RF信号であり得る励振電圧によって通電される。励振電圧は、それぞれのRF生成器２０４によって供給され得る。言い換えると、各励振コイル２０５に印加される励振電圧は、任意の他の励振コイル２０５に供給される励振電圧とは独立し得る。各励振電圧は、そのそれぞれのキャビティ２０１の共振周波数で変調されることが好ましい。

【0031】

励振電圧が励振コイル２０５に印加されたときに、共振器コイル２０２に電圧が誘起される。その結果、各キャビティ２０１内の共振器コイル２０２は、正弦波電圧で駆動される。各共振器コイル２０２は、それぞれの加速器電極２０３と電気的に通じていてよい。イオンは、各加速器電極２０３内の開口を通過する。

【0032】

特定の加速器電極２０３の中への束の進入は、次のようなタイミングで行われる。すなわち、束が近づくにつれて加速器電極２０３の電位は負になるが、束が加速器電極２０３を通過すると正に切り替わる。このやり方では、束が、加速器電極２０３に入ると加速され、出ると反発される。その結果、束が加速される。このプロセスは、線形加速器２００内で各加速器電極２０３について繰り返される。各加速器電極２０３は、イオンの加速度を増加させる。

【0033】

束が線形加速器２００を出た後で、スポットイオンビーム１５５であり得るイオンは、回転ディスク３００に向けられる。

【0034】

コントローラ１８０は、注入エネルギーを制御するために、RF生成器２０４に通じていてよい。加えて、以下でより詳細に説明されるように、コントローラ１８０は、回転ディスク３００に通じていてよい。コントローラ１８０はまた、他の構成要素と通じていてもよい。

【0035】

無論、イオン注入システムは、四重極要素、ビームを加速又は減速するための更なる電極、及び他の要素などの、他の構成要素を含み得る。

【0036】

これらの実施形態の両方において、イオン注入システムは、イオン源とイオンを加速するための加速器とを備える。スポットイオンビーム１５５であり得る半導体処理システムからの出力は、回転ディスク３００に向けられる。回転ディスク３００の一実施形態が、図２Ａで示されている。この回転ディスクの側面図が、図２Ｂで示されている。

【0037】

回転ディスク３００は、中心軸３１１の周りで回転する中央ハブ３１０を備える。回転ディスク３００は、スピンドルアセンブリ３４０を使用して構造体３３０に接続され得る。代替的に、回転ディスク３００は、以下でより詳細に説明されるように、旋回アームに取り付けられ得る。

【0038】

中央ハブ３１０から外向きに延在するのは、複数のスポーク３１５である。各スポーク３１５は、スポーク３１５の遠位端にそれぞれのプラテン３２０が取り付けられている。４と２０個の間の又はそれより多いプラテン３２０が存在し得る。幾つかの実施形態では、プラテン３２０の直径が略１２インチであってよく、中央ハブ３１０の直径が１２と２４インチの間であってよい。プラテン３２０は、スポーク３１５に固定されるように取り付けられ得る。

【0039】

図９Ａで見られるように、動作中、スポットイオンビーム１５５が、回転ディスク３００の近傍エリアに向けられる。中央ハブ３１０は、中心軸３１１の周りで経路３１７に沿って回転する。特定の複数の実施形態では、回転の速度が、３０RPMと１０００RPMの間であってよい。他の複数の実施形態では、回転の速度が３００RPM以下であってよい。無論、他の回転速度も可能である。更に、中央ハブ３１０は、構造体３３０を移動させることによって、経路３１８に沿って水平方向などに、直線的に平行移動され得る。線速度は、１００と５００mm／秒の間であってよいが、他の速度も可能である。経路３１８は、経路の両端において、スポットイオンビーム１５５がプラテン３２０に衝突しないように規定される。言い換えると、経路３１８の一端では、スポットイオンビーム１５５が、プラテン３２０の最外縁を越えている。経路３１８の他端では、スポットイオンビーム１５５が、中央ハブ３１０とプラテン３２０の内縁との間のエリアに向けられる。したがって、特定の複数の実施形態では、スポーク３１５が、スポットイオンビーム１５５の最大直径よりも大きい長さを有する。それによって、スポットイオンビーム１５５が、中央ハブ３１０とプラテン３２０との間にある位置が存在する。特定の複数の実施形態では、スポーク３１５が、少なくとも６インチの長さであってよい。スポーク３１５を含むことによって、中央ハブ３１０は、中央ハブ３１０が経路３１８に沿って水平方向に平行移動するときに、スポットイオンビーム１５５によって影響を受けない。更に、経路３１８は、プラテンがスポットイオンビーム１５５を通過するときに、中央ハブ３１０の回転に垂直であってよく、結果として２次元の機械的スキャンが行われる。

【0040】

図９Ｂで示されている別の一実施形態では、回転ディスク３００が旋回アーム３１９に取り付けられている。旋回アーム３１９の長さは、中央ハブ３１０の経路３２４が約３５０と７５０mmの間の曲率半径を有するように十分長くすることができる。このやり方では、経路３２４が、プラテンがスポットイオンビーム１５５を通過するときに、中央ハブ３１０の回転に概ね垂直であり、結果として２次元の機械的スキャンが行われる。

【0041】

図２Ｂを参照すると、プラテン３２０は、各々、静電クランプを利用し得る。静電クランプは、交流又は直流電圧のいずれかを使用して実現され得る。一実施形態では、プラテンの上面が、セラミックなどの誘電材料であり得る。上面の下には、複数の電極３２１があり得る。

【0042】

直流クランプの場合、２つの電極３２１があり、第１の電極は所定の大きさを有する正電圧でバイアスされ、第２の電極は同じ大きさを有する負電圧でバイアスされる。電極は適切な形状であり得る。一実施形態では、２つの電極が隣接した螺旋であり得る。直流電圧の大きさは、２００と２０００Vの間であり得る。

【0043】

図３で示されている交流クランプの場合、６個の電極などの偶数の電極３２１が存在し得る。電極３２１は、対向する対として配置され得る。その場合、対の２つの電極の位相は、１８０度の位相差を有する。したがって、各対の電極は、矩形波などのそれぞれの双極電力信号と電気的に通じていてよい。それによって、対のうちの一方の電極は、正出力を受信し、その対のうちの他方の電極は、負出力を受信する。周期も振幅も同じ矩形波出力が、全ての電極に印加される。しかし、各矩形波出力は、隣接するものから位相がずれる。隣接する電極の間の位相は、３６０度／Ｎに等しくなり得る。ここで、Ｎは電極の数である。

【0044】

特定の複数の実施形態では、交流電圧又はパルス直流電圧の周波数が、１と６０Hzの間であり得る。一方、振幅は、２００と４０００Vの間であり得る。特定の複数の実施形態では、３つの対として構成された６個の電極が存在する。これらの電極のうちの１つの対は、第１の矩形波によって電力供給され、一方、第２の対の電極は、第２の矩形波によって電力供給され、第２の矩形波は、第１の矩形波に対して１２０度の位相のずれを有する。同様に、第３の矩形波は、第２の矩形波から１２０度だけ位相がずれている。無論、他の構成も本開示の範囲内にある。

【0045】

特定の複数の実施形態では、電極電源３０５が中央ハブ３１０内に配置される。幾つかの実施形態では、電極電源３０５が、各プラテン３２０へのワークピースの静電クランプに必要な信号を生成し得る。他の複数の実施形態では、ワークピースをクランプするために必要な信号が、スピンドルアセンブリ３４０を介して提供され得る。

【0046】

プラテン３２０の各々は、それぞれのスポーク３１５を介して中央ハブ３１０に接続されている。各スポーク３１５内には、そのそれぞれのプラテン３２０用の電気導管がある。これらの電気導管は、静電クランプのために必要な電気信号を含む。更に、各スポーク３１５はまた、クーラントと裏面ガスとを搬送し得る。クーラントと裏面ガスは、スピンドルアセンブリ３４０を介して中央ハブ３１０に供給され得る。強磁性流体シールなどの様々な技法を使用して、中央ハブ３１０にガスとクーラントを供給することができる。

【0047】

幾つかの実施形態では、中央ハブ３１０内に、裏面ガスを各プラテン３２０に供給するための各プラテン用の個別のバルブが存在してもよい。他の複数の実施形態では、プラテン３２０のサブセットに裏面ガスを供給するためのバルブが存在してもよい。例えば、９つのプラテンが存在する場合、中央ハブ内に３つのバルブが存在してもよい。各バルブは、３つのプラテンへの裏面ガスの流量を制御する。更に別の一実施形態では、単一のバルブが存在してもよい。その単一のバルブは、全てのプラテン３２０への裏面ガスの流量を制御するために使用される。裏面ガスは、通常、４と２０Torrの間で供給される。

【0048】

プラテン３２０へのクーラントの流量は、中央ハブ３１０内に又は中央ハブ３１０の外側に配置されたバルブによって調節され得る。

【0049】

特定の複数の実施形態では、スポーク３１５と対応するプラテン３２０とが、互いに固く取り付けられている。更に、幾つかの実施形態では、各スポーク３１５が、中央ハブ３１０から放射状に延在する軸３１６の周りで回転移動可能である。言い換えると、スポーク３１５は、中心軸３１１に垂直な軸の周りで中央ハブ３１０に対して回転し得る。図３で示されているように、スポーク３１５の回転を制御するために、回転モータ３１３が各スポーク３１５に関連付けられる。

【0050】

更に、上述されたように、スポーク３１５は、中央ハブ３１０に対して回転し得る。したがって、各プラテン３２０に対して１つの回転モータ３１３もまた、中央ハブ３１０内に含まれる。幾つかの実施形態では、ハブコントローラ３１２が、中央ハブ３１０内に配置される。ハブコントローラ３１２は、マイクロコントローラ、パーソナルコンピュータ、専用コントローラ、又は別の適切な処理ユニットなどの処理ユニットを含んでよい。ハブコントローラ３１２はまた、半導体メモリ、磁気メモリ、又は別の適切なメモリなどの非一時的なコンピュータ可読ストレージ要素も含んでよい。この非一時的なストレージ要素は、ハブコントローラ３１２が本明細書で説明される機能を実行することを可能にする命令及び他のデータを含み得る。

【0051】

ハブコントローラ３１２は、スピンドルアセンブリ３４０を介して中央ハブ３１０に渡される通信信号３２６を受信する。これらの通信信号３２６は、図１Ａ～図１Ｂで示されているコントローラ１８０によって生成され得る。これらの通信信号３２６に基づいて、ハブコントローラ３１２は、様々な機能を実行し得る。例えば、ハブコントローラ３１２は、電極３２１に供給される信号が有効にされるか無効にされるかを制御し得る。電極３２１への信号は、ワークピースがプラテン３２０から取り外されるときに無効にされ得る。電極３２１への信号は、以下でより詳細に説明されるように、ワークピースがプラテン３２０に取り付けられた後で有効にされ得る。

【0052】

更に、ハブコントローラ３１２は、プラテン３２０への流体の流れのためのバルブを制御し得る。図１０は、可能な流体の流路を示すブロック図を示す。ハブコントローラ３１２は、各プラテン３２０への裏面ガスの流量を制御し得る。例えば、裏面ガスを搬送する流体導管３５０が、スピンドルアセンブリ３４０を通過し得る。この流体導管３５０は、次いで、プラテン３２０の各々に分岐し得る。特定の複数の実施形態では、各プラテン３２０への裏面ガスの流量が、複数のガスバルブ３５１の使用を介して、ハブコントローラ３１２によって独立して制御される。別の一実施形態では、１つのガスバルブ３５１を使用して、プラテン３２０の全てへの裏面ガスの流量を制御することができる。

【0053】

ハブコントローラ３１２はまた、各プラテン３２０へのクーラントの流量も制御し得る。入口クーラント導管３６０と出口クーラント導管３６１が、スピンドルアセンブリ３４０を通過し得る。特定の複数の実施形態では、各プラテン３２０へのクーラントの流量が、複数のクーラントバルブ３６２の使用を介して、ハブコントローラ３１２によって独立して制御される。別の一実施形態では、１つのクーラントバルブ３６２を使用して、プラテン３２０の全てへのクーラントの流量を制御することができる。

【0054】

別の一実施形態では、クーラントバルブ３６２が、中央ハブ３１０内で使用されなくてよい。むしろ、プラテン３２０へのクーラントの流量は、クーラント供給チラーなどによって、中央ハブの外側で制御され得る。

【0055】

ハブコントローラ３１２はまた、プラテン３２０のうちの１以上に配置された温度センサ３６５の使用を介するなどして、各プラテン３２０の温度もモニタし得る。例えば、クーラントバルブ３６２を通るクーラントの流量は、温度センサ３６５によって測定されるような、それぞれのプラテン３２０の温度に関連し得る。更に、ハブコントローラ３１２はまた、通信信号３２６を介して、ステータス及び他の情報をコントローラ１８０に提供し戻すこともできる。

【0056】

中央ハブ３１０内にクーラントバルブ３６２が存在しない場合、ハブコントローラ３１２は、通信信号３２６を介して、温度情報をコントローラ１８０に提供し得る。次いで、コントローラ１８０は、この情報を使用して、クーラント供給チラーを制御することができる。

【0057】

図３を参照すると、ハブコントローラ３１２はまた、１以上の回転モータ３１３も制御し得る。中央ハブ３１０の内部は、中央ハブ３１０の外側に存在する減圧環境から密封され得る。幾つかの実施形態では、中央ハブ３１０の内部が、大気圧に維持され得る。他の複数の実施形態では、中央ハブ３１０の内部が、大気圧未満であるが中央ハブ３１０の外側の圧力よりも高い圧力に維持され得る。特定の複数の実施形態では、裏面ガスを使用して、中央ハブ３１０の内部の圧力を生成することができる。

【0058】

回転モータ３１３は、スポーク３１５を所定の角度まで回転させるために使用される。幾つかの実施形態では、回転モータ３１３が、スポーク３１５を０度と９０度の間の角度に回転させ得る。幾つかの実施形態では、回転モータ３１３が、スポーク３１５を－９０度と９０度の間の角度に回転させ得る。例えば、図４Ａで示されているように、回転モータ３１３は、プラテン３２０を４５度の角度に回転させ得る。更に、図４Ｂで示されているように、回転モータ３１３は、プラテン３２０を９０度の角度に回転させ得る。

【0059】

９０度の角度に回転されたときに、中央ハブ３１０は、プラテン３２０ａなどのプラテン３２０のうちの１つが水平になるように、中心軸３１１の周りで回転され得る。この水平な姿勢では、ワークピースが、プラテン３２０ａに取り付けられ又はプラテン３２０ａから取り外され得る。ワークピースが取り付けられ又は取り外された後で、別のプラテン３２０を水平姿勢に移動させるように、中央ハブ３１０を中心軸３１１の周りで回転させることができる。一実施形態では、中央ハブ３１０が、中心軸３１１の周りで３６０度／Ｐの角度だけ回転し得る。ここで、Ｐはプラテン３２０の数であり、スポーク３１５は、中央ハブ３１０の外周に均等に分布していると仮定する。

【0060】

したがって、一実施形態において、中央ハブ３１０を使用して複数のワークピースを取り付け及び取り外す方法が、図５で示されている。ボックス５００で示されているように、回転モータ３１３は、プラテンを９０度の角度だけ回転させる。次いで、ボックス５１０で示されているように、中央ハブ３１０は、プラテンのうちの１つ３２０ａが水平になるように、その中心軸３１１の周りで回転される。ワークピースが取り外される場合、ボックス５２０で示されているように、静電クランプは、プラテンが水平姿勢にあるときに無効にされる。次いで、ボックス５３０で示されているように、ワークピースは、プラテン３２０ａに配置されるか又はプラテン３２０ａから取り外される。ワークピースがプラテン３２０ａに配置された場合、ボックス５４０で示されているように、静電クランプは有効にされる。次いで、ボックス５１０で示されているように、別のプラテンが水平姿勢になるまで、中央ハブ３１０は回転される。次いで、ボックス５１０～５４０で示されているシーケンスは、ワークピースがプラテン３２０のうちの全てに配置されるか及び／又はプラテン３２０のうちの全てから取り外されるか若しくはワークピースが存在しなくなるまで繰り返される。

【0061】

図５で示されているものなどの幾つかの実施形態では、ワークピースがプラテンのうちのいずれかに取り付けられるか及び／又はプラテンのうちのいずれかから取り外される前に、プラテン３２０のうちの全てが、９０度の角度だけ回転される（ボックス５００参照）ことに留意されたい。

【0062】

しかし、他の複数の実施形態も可能である。他の複数の実施形態では、各プラテン３２０が、ワークピースがプラテン３２０に取り付けられるか及び／又はプラテン３２０から取り外される直前に回転される。言い換えれると、ボックス５００は、中央ハブが回転される度に実行されるように移動され得る。

【0063】

幾つかの実施形態では、ワークピースが、FOUP内で搬送され得るグループで処理される。特定の複数の実施形態では、FOUPが２５個のワークピースを含み得る。したがって、プラテンの数がFOUP内ワークピースの数の因数でない場合、占有されないプラテンが存在することになる。一例として、FOUP内に２５個のワークピースが存在し、中央ハブ３１０の周りに９つのプラテン３２０が存在すると仮定する。最初のパスでは、９つのワークピースが処理され得る。２回目のパスでは、第２の組の９つのワークピースが処理され得る。３回目のパスでは、処理されるワークピースは７つだけである。したがって、この３回目のパスでは２つの占有されないプラテンが存在する。

【0064】

特定の複数の実施形態では、中央ハブ３１０が、プラテン３２０の裏面にスポットイオンビーム１５５が衝突するように、プラテン３２０が１８０度の角度に回転されることを可能にすることによって、この問題に対処する。これは、図６で示されており、プラテン３２０ｂが軸３１６の周りで１８０度だけ回転されている。それによって、プラテン３２０ｂの裏面がスポットイオンビームに面する。

【0065】

このアプローチは、ダミーウエハの必要性を排除する。ダミーウエハは、プラテン３２０の上面をスポットイオンビーム１５５からの直接の衝撃から保護するために使用される。プラテン３２０の上面を保護するためにダミーウエハを使用するのではなく、占有されていないプラテンを単に１８０度だけ回転させる。それによって、プラテン３２０の裏面は、スポットイオンビーム１５５に面する。

【0066】

幾つかの実施形態では、回転ディスク３００上に配置されるプラテン３２０の数が、アイドル時間を最小化するように、FOUP内に含まれるワークピースの数に関連付けられ得る。例えば、FOUP内のワークピースの数が、プラテン３２０の数の倍数又は略倍数であることが有利であり得る。したがって、FOUP内に２５個のワークピースが存在する場合、回転ディスクは、回転ディスク上に５又は２５個のプラテン３２０を有し得る。これは、占有されないプラテンが存在しないことを確実にする。しかし、他の数のプラテンも有用であり得る。プラテンが１３個存在する場合、占有されないプラテンは１つだけで、FOUP内のワークピースの全てが、２回のパスで処理され得る。９つのプラテンが存在する場合、占有されないプラテンは２つだけで、FOUP内のワークピースの全てが、３回のパスで処理され得る。無論、他の数のプラテンも利用され得る。

【0067】

特定の複数の実施形態では、スポットイオンビームに関する情報が、１８０度だけ回転されたプラテン３２０ｂによって収集され得る。例えば、図７で示されているように、センサ３８０が、１以上のプラテン３２０の裏面に配置され得る。これらのセンサ３８０は、ファラデー（Faraday）センサであってよい。センサ３８０を使用して、イオンビームの特性を測定したり、線量測定やビーム均一性測定したりすることができる。これらのセンサ３８０からの出力は、ハブコントローラ３１２に通信することができる。幾つかの実施形態では、ハブコントローラ３１２は、通信信号３２６を介して、イオンビームの特性に関する情報をコントローラ１８０に返す。これにより、より良好なビーム制御が可能になり得る。

【0068】

特定の実施形態では、図８Ａで示されているように、センサ３８０が、孔又は他の開口のアレイ３８１を含み得る。他の複数の実施形態では、図８Ｂで示されているように、センサが、１以上のスロット３８２を含み得る。

【0069】

図７を参照すると、センサ３８０は、異なるように配向され得る。例えば、センサ３８０ａなどの１以上のセンサ３８０は、より長い寸法が半径方向になるように配向され得る。センサ３８０ｂなどの１以上のセンサ３８０は、より長い寸法が半径方向に垂直になるように配向され得る。センサの配向は、２つの移動方向のうちの一方におけるその測定値を最適化し得る。例えば、センサ３８０ｂは、経路３１８に沿ったビームを観察するために、より良好に配向され得る。センサ３８０ａは、経路３１７に沿ったビームを観察するために、より良好に配向され得る。

【0070】

本明細書で説明されるシステム及び方法は、多くの利点を有する。本回転ディスクは、プラテン３２０がワークピースをクランプするために静電クランプを利用することを可能にする。このアプローチの１つの利点は、プラテンを任意の所望の注入角度で傾斜させ得ることである。これは、既存の機械的クランプアプローチでは不可能であり得る。特に、静電クランプの使用は、ゼロ度の注入が所望されるときに、プラテンの回転軸をイオンビームと平行にすることができる。これにより、従来のディスク設計に伴う角度誤差が解消される。従来のディスクは、ペデスタルがスピン軸に対してある角度で取り付けられていたため、ゼロ度の注入を実行することが所望される場合、ディスクのスピン軸がイオンビームと一直線にならず、結果として注入角度誤差が生じていた。更に、現在の回転ディスクは、プラテンを９０度だけ回転させる能力により、取り付け及び取り外しの手順が単純になり得る。これは、ワークピースが水平方向にある間に、ワークピースを交換することを可能にする。更に、特定の複数の実施形態では、占有されていないプラテンを１８０だけ回転させることによって、ダミーウエハを不要にし得る。特定の複数の実施形態では、これらの回転されるプラテンはまた、スポットイオンビームがワークピースに衝突する正確な位置におけるスポットイオンビーム関する情報を収集するためにも使用される。

【0071】

本開示は、本明細書で説明される特定の複数の実施形態による範囲には限定されない。実際、本明細書に記載のものに加えて、本開示の他の様々な実施形態及び修正例が、前記載及び添付図面から当業者には明らかだろう。このため、そのような他の実施形態及び修正例は、本開示の範囲内に含まれると意図される。更に、本明細書では、本開示を、特定の目的のための特定の環境における特定の実施態様の文脈で説明したが、当業者は、その有用性がそれに限定されず、本開示が、任意の数の目的のために任意の数の環境において有益に実装され得ることを認識するであろう。したがって、以下で説明される特許請求の範囲は、本明細書に記載した本開示の範囲及び精神を最大限広く鑑みた上で解釈されたい。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【国際調査報告】