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KR101817185B1 - 피가공재 상의 응축을 방지하기 위한 능동형 이슬점 감지 및 로드록 배기 - Google Patents

피가공재 상의 응축을 방지하기 위한 능동형 이슬점 감지 및 로드록 배기 Download PDF

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KR101817185B1
KR101817185B1 KR1020127034248A KR20127034248A KR101817185B1 KR 101817185 B1 KR101817185 B1 KR 101817185B1 KR 1020127034248 A KR1020127034248 A KR 1020127034248A KR 20127034248 A KR20127034248 A KR 20127034248A KR 101817185 B1 KR101817185 B1 KR 101817185B1
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KR
South Korea
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workpiece
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윌리암 이
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액셀리스 테크놀러지스, 인크.
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Abstract

이온 주입 시스템의 엔드 스테이션 내의 피가공재 상의 응축을 방지하기 위한 시스템, 장치 및 방법이 제공된다. 피가공재는 제 1 환경에서 냉각되며 상기 엔드 스테이션 및 제 2 환경 각각에 선택적으로 유체 연통되는 로드록 챔버로 이송된다. 피가공재 온도 모니터링 장치는 제 2 환경 내의 온도 및 상대 습도를 측정하며, 제어기는 상기 피가공재가 로드록 챔버로부터 제 2 환경으로 이송될 때 응축이 피가공재 상에 형성되지 않을 피가공재의 온도를 결정하도록 구성된다.

Description

피가공재 상의 응축을 방지하기 위한 능동형 이슬점 감지 및 로드록 배기 {ACTIVE DEW POINT SENSING AND LOAD LOCK VENTING TO PREVENT CONDENSATION OF WORKPIECES}
본 출원은 발명의 명칭이 "피가공재 상의 응축을 방지하기 위한 능동형 이슬점 감지 및 로드록 배기"인 2010년 5월 28일자 출원되었던 미국 가출원 번호 61/349,547호, 및 발명의 명칭이 "이온 주입기용 기상 압축 냉동 척"인 2010년 5월 3일자 출원되었던 미국 특허출원 번호 12/725,508호에 대한 우선권 및 이들의 이득을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템들에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는 이온 주입 시스템 내의 피가공재 상에 응축의 발생을 방지하는 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다.
정전 클램프 또는 척(ESCs)은 이온 주입, 에칭, 화학 기상 증착(CVD) 등과 같은 플라즈마-기반 또는 진공-기반 반도체 공정들 중에 피가공재 또는 기판들을 클램핑하기 위해 반도체 산업에 종종 사용되었다. ESCs의 클램핑 성능뿐만 아니라 피가공재 온도 제어는 실리콘 웨이퍼들과 같은 반도체 기판 또는 웨이퍼들을 처리하는데 아주 가치있는 것으로 입증되었다. 예를 들어, 통상적인 ESC는 전도성 전극 위에 위치되는 유전체 층을 포함하며, 여기서 반도체 웨이퍼는 ESC의 표면 상에 놓인다(예를 들어, 웨이퍼는 유전체 층의 표면 상에 놓인다). 반도체 처리(예를 들어, 이온 주입) 중에, 클램핑 전압이 웨이퍼와 전극 사이에 통상적으로 인가되며, 여기서 웨이퍼는 정전력에 의해 척 표면에 대해 클램핑된다.
임의의 이온 주입 공정들을 위해서 ESC의 냉각을 통한 피가공재의 냉각이 바람직하다. 그러나, 처리 환경(예를 들어, 진공 환경)의 저온 ESC로부터 외부 환경(예를 들어, 보다 높은 압력, 온도, 및 습도 환경)으로 피가공재가 이송될 때, 보다 저온에서는 피가공재 상에 응축이 형성될 수 있거나, 심지어 피가공재의 표면 상에 대기 수분의 동결이 발생될 수 있다. 예를 들어, 피가공재 내측으로의 이온 주입 후에, 피가공재는 통상적으로 로드록 내측으로 이송되며, 이후에 로드록 챔버가 배기된다. 로드록 챔버로부터 피가공재를 제거하기 위해 로드록 챔버가 개방될 때, 피가공재는 통상적으로 주위 대기(예를 들어, 대기 압력의 온난한 "습윤" 공기)에 노출되며, 여기서 피가공재 상에 응축이 발생할 수 있다. 응축은 피가공재 상에 입자들을 퇴적시키거나/시키고 전방 측 입자들(예를 들어, 능동 구역들)에 악영향을 끼칠 수 있는 체류물을 피가공재 상에 남겨 놓을 수 있어서 결함 및 제조 손실을 초래할 수 있다.
그러므로, 저온 환경에서 온난한 환경으로 이송될 때 피가공재 상의 응축을 완화하기 위한 시스템, 장치 및 방법을 위한 필요성이 종래 기술에 존재한다.
본 발명은 이온 주입 시스템 내의 피가공재 상의 응축을 감소시키기 위한 시스템, 장치 및 방법을 제공함으로써 종래 기술의 한계들을 극복한다. 따라서, 발명의 몇몇 양태들에 대한 기본 이해를 제공하기 위해서 이후에 본 발명에 대한 간단한 개요를 제시한다. 이러한 개요는 발명의 광범위한 개관은 아니다. 이는 발명의 핵심 또는 중요한 요소들을 식별하고자 하는 것도 발명의 범주를 정확히 서술하고자 하는 것도 아니다. 이의 목적은 이후에 제시되는 더욱 상세한 설명에 대한 사전 설명으로서 간단한 형태로 발명에 대한 몇몇 개념을 제시하고자 하는 것이다.
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템 내의 피가공재 상에 응축을 방지하기 위한 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 시스템은 이온 빔을 형성하도록 구성되는 소스와, 상기 이온 빔을 질량 분석하도록 구성되는 빔라인 조립체와, 상기 이온 빔으로부터 이온 주입 중에 상기 피가공재를 클램핑하고 냉각하도록 구성되는 냉각 정전 척을 포함하며 그에 결합되는 제 1 환경을 갖는 엔드 스테이션, 및 상기 엔드 스테이션 및 제 2 환경과 각각 선택적으로 유체 연통되는 로드록 챔버를 포함한다. 상기 로드록 챔버는 피가공재를 수용하도록 구성되는 받침대를 포함하며, 상기 받침대는 피가공재의 온도를 측정하도록 구성되는 피가공재 온도 모니터링 장치를 포함하며, 상기 제 2 환경은 일반적으로 상기 제 1 환경보다 더 높은 이슬점을 가진다. 제 2 모니터링 장치는 온도 및 상대 습도를 측정하도록 구성되며, 이에 따라 제 2 환경 내의 이슬점을 측정 및/또는 계산하며, 제어기는 상기 피가공재가 로드록 챔버로부터 제 2 환경으로 이송될 때 응축이 피가공재 상에 형성되지 않을 피가공재의 온도를 결정하도록 구성된다. 상기 피가공재의 온도 결정은 제 2 환경 내의 이슬점과 같은, 피가공재 온도 모니터링 장치와 제 2 온도 모니터링 장치 모두로부터의 데이터에 기초하여 이루어진다.
따라서, 전술한 그리고 관련 목적들을 달성하기 위해 본 발명은 이후에 충분히 설명되고 특허청구범위에서 특별히 지적되는 특징들을 포함한다. 이후의 설명 및 첨부된 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 이들 실시예들은 본 발명의 원리들이 사용될 수 있는 다양한 방법들의 일부만을 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 장점 및 신규한 특징들은 도면을 연관하여 고려될 때 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 이온 주입 시스템을 포함하는 진공 시스템의 개략도이며,
도 2는 본 발명의 다른 양태에 따른 예시적인 로드록 챔버를 도시하는 도면이며,
도 3은 다른 예에 따른 가스로 가온되는 피가공재에 대한 온도 대 시간을 예시화하는 그래프이며,
도 4는 본 발명의 다른 예시적인 양태에 따른 피가공재 상의 응축을 방지하기 위한 예시적인 방법을 예시화하는 흐름도이다.
본 발명은 일반적으로 냉각 정전 척을 사용하는 이온 주입 시스템 내의 피가공재 상에 응축을 방지하는 것에 관한 것이다. 피가공재의 온도 또는 국부 이슬점을 모니터링함이 없이 피가공재를 가온하는 종래의 방법은 오랜 배기 시간을 초래하며, 그에 따라 피가공재 생산량에 부정적인 영향을 끼친다. 본 발명은 피가공재의 온도 및 로드록 챔버 외측의 국부 이슬점을 능동적으로 측정하고 이러한 정보를 사용하여 대기 시간을 최소화하고 이에 따라 생산량을 최대화 하기 위한 시스템, 장치 및 방법을 설명할 것이다.
따라서, 본 발명은 전반적으로 동일한 참조 부호들이 동일한 구성 요소들 지칭하는데 사용될 수 있는 도면들을 참조하여 이후에 설명될 것이다. 본 발명의 양태들의 설명은 단지 예시적인 것이며 그리고 이들은 제한적인 의미로 이해되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다. 이후 설명에서, 설명의 목적으로 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 세부 상세들이 설명된다. 그러나, 본 발명은 이들 세부 상세들 없이도 실시될 수 있다는 것은 본 기술 분야의 당업자들에게 자명할 것이다.
본 발명의 설명의 일 양태에 따라서, 도 1은 예시적인 진공 시스템(100)을 도시한다. 본 예에서 진공 시스템(100)은 이온 주입 시스템(101)을 포함하나, 플라즈마 처리 시스템들 또는 다른 반도체 처리 시스템들과 같은 다수의 다른 형태의 진공 시스템들이 또한 고려될 수 있다. 예를 들어, 이온 주입 시스템(101)은 터미널(102), 빔라인 조립체(104), 및 엔드 스테이션(106; end station)을 포함한다. 일반적으로 말해서, 상기 터미널(102) 내의 이온 소스(108)는 도펀트 가스를 이온화하고 이온 빔(112)을 형성하도록 전원 공급기(110)에 연결된다. 이온 빔(112)은 빔 조향 장치(114)를 통해 구멍(116) 외측을 지나 엔드 스테이션(106) 쪽으로 지향된다. 엔드 스테이션(106)에서, 이온 빔(112)은 엔드 스테이션과 관련된 제 1 환경(122)에서 정전 척(ESC)(120)에 선택적으로 클램핑되거나 장착되는 피가공재(예를 들어, 반도체 웨이퍼, 디스플레이 패널 등)과 충돌한다. 예를 들어, 제 1 환경(122)은 진공 시스템(123)에 의해 생성되는 진공을 포함한다. 일단 피가공재(118)의 격자 내측에 삽입되면, 주입된 이온들은 피가공재의 물리적 및/또는 화학적 특징들을 변경시킨다. 이 때문에, 이온 주입이 반도 장치 제작 및 금속 마무리(finishing)뿐만 아니라 재료 과학 리서치 분야의 다양한 용도들로 사용되었다.
대책의 결여는 이온 주입 시스템(101)을 사용한 이온 주입 중에 하전 이온들이 피가공재와 충돌할 때 에너지가 열의 형태로 피가공재(118) 상에 축적될 수 있게 한다. 이러한 열은 피가공재(118)를 휘게 하거나 피가공재에 크랙을 발생시킬 수 있음으로써, 몇몇 실시예들에서 피가공재를 무가치하게(상당히 덜 가치있게) 한다. 이러한 열은 추가로, 피가공재(118)로 전달되는 이온 선량(dose)이 바람직한 선량과 상이하게 함으로써, 바람직한 것으로부터 기능성을 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 1 × 1017의 선량이 피가공재(118)의 외측 표면 바로 아래의 극히 얇은 영역에 주입되는 것이 바람직한 경우에, 예상치 못한 가열에 의해 전달된 이온들이 이러한 극히 얇은 영역으로부터 외측으로 확산됨으로써 실제로 달성된 선량은 1 × 1017 보다 작을 수 있다. 실제로, 바람직하지 않은 가열은 하전 이온들을 바람직한 것보다 큰 영역에 걸쳐 얼룩지게 함으로써, 유효 선량을 바람직한 것보다 적게 감소시킨다. 다른 바람직하지 않은 결과들도 또한 발생할 수 있다.
몇몇 환경에서, 개량형 CMOS 집적 회로 소자 제작에서 극히 얕은 접합부 형성을 가능하게 하는, 피가공재(118)(예를 들어, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 피가공재)의 표면의 바람직한 비정질화를 가능하게 하는 것과 같은 주위 온도 아래의 온도에서 이온들을 주입하는 것이 바람직하다. 따라서, 냉각 시스템(124)이 제공되며, 여기서 냉각 시스템은 정전 척(120) 및 그에 따라 정전 척 위에 체류하는 피가공재(118)를 주변 또는 제 2 환경(126)(예를 들어, 또한 "외부 환경" 또는 "대기 환경"으로도 지칭됨)보다 상당히 낮은 온도로 냉각 또는 냉장시키도록 구성된다.
본 발명의 설명의 다른 양태에 따라서, 로드록 챔버(128)는 엔드 스테이션(106)의 제 1 환경(122) 및 제 2 환경(126)과의 선택적인 유체 연통이 가능하게 추가로 제공되며, 여기서 로드록 챔버는 진공 시스템 내의 진공, 즉 제 1 환경의 품질과 절충 없이 진공 시스템(100)[예를 들어, 이온 주입 시스템(101)]의 내외측으로 피가공재(118)의 이송을 허용하도록 구성된다.
본 발명자들은 피가공재가 제 2 환경의 이슬점 온도보다 더 저온일 때 이온 주입 시스템(101) 내의 제 1 환경(122)으로부터 제 2 환경으로 이송되는 경우에 예를 들어, 냉각 온도(예를 들어, 제 2 환경(126)의 이슬점 아래의 임의의 온도)에서 수행된 이온 주입이 피가공재(118) 상에 응축을 유발할 수 있다는 것을 이해했다. 피가공재(118)의 온도가 예를 들어, 물 동결점 아래에 있다면, 제 2 환경(126)의 주위 공기 중의 주위 물(예를 들어, 습도)에의 노출시 피가공재는 서리(예를 들어, 퇴적 동결된 수증기)를 전개시킬 수 있다.
따라서, 로드록 챔버(128)가 진공 시스템(100) 내부에 제 1 환경(122)(예를 들어, 건조한 진공 환경)을 유지하기 위해 엔드 스테이션(106)과 관련된 처리 챔버(130)에 연결된다. 본 예에서 로드록 챔버(128) 내의 로드록 챔버 환경(132) 및 제 2 환경(122)은 피가공재(118)가 피가공재 이송 용기(134)(예를 들어, FOUP)와 로드록 챔버 사이로 이동할 때와 같은 "인-에어(in-air) 환경"으로서 지칭되며, 여기서 인-에어 환경은 난류 및 입자를 최소화하는 특정 가스/공기 유동을 위해 설계된다.
예를 들어, 피가공재 이송 용기(134)는 일반적으로, 상대적으로 높은 이슬점을 가질 수 있는 대기[예를 들어, 제 2 환경(126)] 중에 있다. 예를 들어, 대부분 인-에어 피가공재 처리는 피가공재를 대기 환경에 노출시킨다. 피가공재(118)는 피가공재 이송 용기(134)로부터 이송 기구(135A)를 통해서 제거되며 제 2 환경(126)을 통해 이동하며, 계속해서 로드록 챔버의 제 1 도어(136)를 거쳐서 로드록 챔버(128) 내측에 놓인다. 로드록 챔버(128)의 제 1 도어(136)는 제 2 환경(126)으로부터 로드록 챔버 환경(132)을 선택적으로 격리시킨다. 로드록 챔버(128)의 제 2 도어(138)는 추가로, 진공 시스템(100)의 엔드 스테이션(130) 내부의 제 1 환경(122)으로부터 로드록 챔버 환경(132)을 선택적으로 격리시킨다. 따라서, 제 1 도어(136)가 로드록 챔버 환경(132)을 제 2 환경(126)에 노출시키는 개방 위치에 있을 때, 제 2 도어(138)는 제 1 환경(122)으로부터 로드록 챔버 환경을 격리시키는 폐쇄 위치에 있게 된다.
일단 피가공재(118)가 로드록 챔버(128) 내부에 위치되면, 제 1 도어(136)가 폐쇄되고 로드록 챔버 환경(132)이 진공 소스(140)에 의해 제공된 진공과 같은, 처리 챔버(130) 내의 제 1 환경(122)과 관련된 압력으로 펌프된다. 로드록 챔버 환경(132) 및 제 1 환경(122) 내의 압력이 일반적으로 평형화된 이후에, 제 2 도어(138)가 개방되며 피가공재가 다음의 처리를 위해 다른 이송 기구(135B)를 거쳐서 처리 챔버(130) 내측으로 이송된다.
일단 처리가 완료되면, 피가공재(118)는 로드록 챔버(128) 내측으로 다시 이송된다. 로드록 챔버(128)는 계속해서 가스 소스(142)(배기 소스로도 지칭됨)를 거쳐서 배기됨으로써 로드록 챔버 환경(132) 내의 압력은 일반적으로 대기압 또는 제 2 환경(126)의 압력으로 증가된다. 예를 들어, 가스 소스(142)는 로드록 챔버(128) 내부의 로드록 챔버 환경(132)과 선택적으로 유체 연통된다. 일 예에서, 가스 소스(142)는 로드록 챔버 환경(132)를 대기압으로 배기하기 위해 건조 질소를 제공하며, 여기서 일단 대기압에 도달하면 로드록 챔버(130)의 제 1 도어(136)는 제 2 환경(126)과 유체 연통되게 개방된다. 다른 예에서, 가스 소스(142)는 수소, 헬륨, 아르곤, 또는 다른 불활성 가스 중에 하나 또는 그보다 많은 가스를 포함한다. 예를 들어, 가스 소스(142)는 4% 수소와 96% 질소를 포함하는 "형성 가스(forming gas)"와 같은 가스들의 혼합물을 제공하도록 구성되며, 여기서 질소의 저비용 및 가스의 폭발 집중성을 갖지 않는 안정성과 함께 수소의 보다 높은 열 성능의 이득이 제공된다. 또한, 다른 예에 따라서 이후에 설명될 피가공재(118)를 가열하기 위해 로드록 챔버(130)로 진입하기 이전에 가스 소스(142)로부터 가스 또는 가스 혼합물을 가열하기 위한 가스 소스 히터(143)가 제공된다. 예를 들어, 가스 소스 히터(143)는 가스 소스(142)로부터의 가스를 100 ℃ 내지 150 ℃와 같은 예정된 온도로 가열하도록 구성되며, 여기서 손상 없는 피가공재(118)에 대한 적절한 가열(예를 들어, 피가공재의 포토레지스트 열화 등을 유발하지 않는 온도)이 유용하다.
가스 소스(142)로부터의 고온 가스는 보다 저온의 가스보다 더 빠르게 가온될 것이다. 물의 전이 온도는 다음 식에 의해 설명될 수 있다.
Figure 112012108884714-pct00001
여기서, T(t)는 시간 함수로서 피가공재(118)의 온도이며, T∞는 바람직한 온도이며, T0는 최초 온도이며, t는 시간이며, t0는 시작 시간이며, 그리고 τ는 형상, 재료 특성 및 가스 유동 속도에 의존하는 피가공재의 가열과 관련된 시간 상수이다. 도 3은 최초 웨이퍼 온도가 -40 ℃이고 100 ℃로 가열될 도 1의 가스 소스(142)로부터의 가스로 가온될 피가공재에 대한 온도 대 시간의 그래프(160)를 도시하며, 여기서 파워 밸런스와 지수 곡선 근사모형(fit)이 도시된다.
본 발명의 설명의 일 예에 따라서, 도 1의 로드록 챔버(130)의 제 1 도어(136)는 단지 피가공재(118)의 온도가 제 2 환경(126)의 이슬점 위에 있을 때에만 대기로 개방된다. 예를 들어, 피가공재(118)의 온도가 제 2 환경(126)의 주위 온도(예를 들어, 18℃ 내지 20℃)에 도달할 필요는 없으나, 피가공재의 온도는 제 2 환경(예를 들어, 주위 공기) 내의 국부 이슬점 위로 상승되어야 한다. 일 예에 따라서 도 2에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 로드록 챔버(130)는 피가공재(118)를 수용하도록 구성된 받침대(144)를 포함한다. 예를 들어, 피가공재(118)는 받침대(144) 상에 놓인다. 피가공재 온도 모니터링 장치(146)는 로드록 챔버(130) 내에 추가로 제공되며, 여기서 피가공재 온도 모니터링 장치는 피가공재(118)의 온도를 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 받침대의 표면(148)과 결합된 열전쌍과 같은, 피가공재 온도 모니터링 장치(146)가 받침대(144) 내측에 통합된다.
예를 들어, 피가공재 온도 모니터링 장치(146)가 받침대(144) 상의 어느 곳이든 위치됨으로써 피가공재(118)의 정확한 온도가 결정될 수 있다. 예를 들어, 피가공재 온도모니터링 장치(146)는 피가공재(118)의 배면으로 가압되는 접촉식 열전쌍을 포함한다. 다른 예에서는 피가공재의 에지와 접촉하는 열전쌍을 포함한다. 다른 대체예의 피가공재 온도 모니터링 장치(146)들은 적외선(IR) 측정 장치, 2색 고온계, 다른 내열 장치 또는 서미스터(thermistor), 또는 다른 적합한 온도 측정 장치를 포함한다.
예를 들어, 슈라우드 영역(150)이 추가로 제공됨으로써 피가공재(118)가 받침대(144) 상에 체류할 때 피가공재 온도 모니터링 장치(146)가 가스 소스(142)로부터의 가열된 가스로부터 일반적으로 차폐된다. 또한, 다른 예에 따라서 히터(152)가 받침대(144)에 결합되며, 여기서 히터는 피가공재(118)를 가열하도록 구성된다.
따라서, 일 예시적 양태에 따라서 도 1에 도시된 바와 같은 외부 모니터링 장치(154)가 제공되며, 여기서 외부 모니터링 장치는 제 2 환경(126)의 (예를 들어, 로드록 챔버(130)에 근접한) 온도를 모니터링 및/또는 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 외부 모니터링 장치(154)는 로드록 챔버(130)에 근접한 제 2 환경(126)의 상대 습도(RH)를 측정하도록 추가로 구성된다. 본 발명자들은 진공 시스템(100)으로의 외부 모니터링 장치(154)의 근접은 유동로, FOUP 이동, 외부 빌딩 기후 제어, 국부적인 날씨, 계절, 비, 열 등이 온도, 압력, 및 습도의 변화를 초래할 수 있기 때문에, 로드록 챔버(130)와 피가공재 이송 용기(134) 사이에서의 피가공재(118)의 이송에 가능한 한 가까워야 한다는 것을 이해했다. 예를 들어, 가스 소스(142)는 로드록 챔버(130)의 제 1 도어가 개방될 때 제 2 환경(126)으로 건조 가스를 도입하며, 그것으로서 이슬점은 진공 시스템을 작동시키기 위해 작동자가 서있는 것과 같은, 진공 시스템9100)으로부터 훨씬 더 먼 위치보다 더 낮아질 수 있다.
따라서, 처리 챔버(130) 내의 피가공재(118)의 처리 후에(예를 들어, 피가공재는 냉각 시스템(124) 및 ESC(120)를 거쳐서 냉각됨), 피가공재는 로드록 챔버(128) 내의 받침대(14) 상에 위치된다. 일단 로드록 챔버(128)의 제 2 도어(138)가 폐쇄되면, 가스 소스(142)는 피가공재(118) 위로 가스(예를 들어, 가열된 가스)를 유동시키도록 구성되며, 이에 따라 열을 피가공재로 추가하는 반면에, 피가공재의 온도는 피가공재 온도 모니터링 장치(146)에 의해 측정되며, 제 2 환경(126)의 이슬점(예를 들어, 온도 및 상대 습도)는 외부 모니터링 장치(154)에 의해 결정된다. 예를 들어, 제어기(156) 내의 소프트웨어 논리 프로그램을 사용하여 로드록 챔버(128) 내의 피가공재(118)의 온도가 제 2 환경(126)의 이슬점에 또는 이슬점 위에 있는지에 관한 결정이 이루어질 수 있다. 일단 피가공재(118)의 온도가 제 2 환경의 이슬점에 또는 이슬점 위에 있다면, 피가공재(118)는 제 1 도어(136)를 통해서 로드록 챔버(128)로부터 제거된다. 일 예에서, 전체 피가공재(118)가 제 2 환경(126)의 이슬점 위에 있음을 보장하도록 작은 시간 주기, 또는 작은 온도 범위(예를 들어, 2 내지 3도)가 로드록 챔버의 제 1 도어(136)의 개방 이전에 추가된다.
따라서, 제어기(156)는 피가공재가 로드록 챔버(128)로부터 제 2 환경(126)으로 전달될 때 피가공재 상에 응축이 형성되지 않을 피가공재(118)의 온도를 결정하도록 구성되며, 여기서 그러한 결정은 피가공재 온도 모니터링 장치(146) 및 외부 온도 모니터링 장치(154)로부터의 데이터에 기초하여 이루어진다. 예를 들어, 제어기(156)는 피가공재 온도 모니터링 장치(146) 및 외부 온도 모니터링 장치(154)로부터의 데이터에 기초하여 건조 가스 소스(142)로부터 건조 가스를 선택적으로 공급하도록 추가로 구성된다.
가열 램프, LEDs, 초단파, 가열된 유체에 의한 가열, 로드록 챔버 내부의 피가공재를 가열하기 위한 임의의 방법 또는 장치와 같은, 로드록 챔버(128) 내부의 피가공재(118)를 가열하기 위한 대체 방법 및 장치들이 또한 숙고될 수 있음을 이해해야 한다.
본 발명의 다른 예시적인 양태에 따라서, 도 4는 피가공재 상의 응축을 방지하기 위한 예시적인 방법(200)을 도시한다. 예시적인 방법들이 일련의 행위 또는 단계들로서 본 발명에 도시되고 설명되었지만, 본 발명에 따라 몇몇 단계들이 본 발명에 도시되고 설명된 것과 별도로 다른 단계들과 동시에 및/또는 상이한 순서로 발생할 수 있기 때문에 본 발명은 그와 같은 행위 또는 단계들의 도시된 순서에 의해 한정되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 또한, 모든 도시된 단계들이 본 발명에 따른 방법을 실행하는데 요구되지 않을 수도 있을 것이다. 또한, 본 발명에서 도시되고 설명된 시스템들과 관련하여 또한 도시되지 않은 다른 시스템들과 관련하여 상기 방법들이 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 4의 방법은 위에서 설명된 도 1의 진공 시스템(100)과 같은 진공 시스템 내의 제 1 환경에서 피가공재가 냉각되는 202 단계에서 시작한다. 도 4의 204 단계에서, 피가공재는 제 1 환경으로부터 로드록 챔버로 이송되며, 로드록 챔버는 결과적으로 제 1 환경으로부터 격리된다. 206 단계에서, 피가공재는 로드록 챔버 내부에서 가열되며, 208 단계에서 피가공재의 온도가 측정된다. 예를 들어, 가열된 가스는 피가공재 위로 유동된다. 또한, 208 단계와 동시에 수행될 수 있는 210 단계에서 제 2 환경의 온도 및 상대 습도가 측정된다. 212 단계에서, 예컨데 210 단계에서 측정된 온도 및 상대 습도에 의해서 제 2 환경의 이슬점이 결정된다. 0 ℃ 내지 +60 ℃의 온도 범위 및 0% 내지 100%의 상대 습도 범위에 걸쳐 유효한 이슬점에 대한 손쉬운 근사치 추정식은 다음과 같다.
Figure 112012108884714-pct00002
여기서, TD는 이슬점 온도이며, T는 단위 ℃인 제 2 환경의 국부 온도이며, 그리고 RH는 %단위인 상대 습도이다.
214 단계에서, 피가공재의 온도가 제 2 환경의 이슬점보다 더 높은가에 관한 결정이 이루어지며, 만일 그렇다면 피가공재는 216 단계에서 로드록 챔버로부터 제 2 환경으로 이송된다. 그것으로서, 피가공재 상의 응축이 대체적으로 방지된다.
본 발명은 냉각 정전 척에 제한되는 것이 아니며, 예를 들어 그 내용이 본 발명에 참조로 병합된 공동 소유의 미국 특허 출원 번호 2008/0044938호에 기술된 바와 같은 예비 냉동기 방식과 같은 다른 저온 주입 개념을 갖는 능동형 이슬점 측정의 사용을 고려할 수 있다는 것에 주목해야 한다. 또한, 본 발명은 받침대(144) 내에 삽입된 열전쌍일 수 있는 도 2의 온도 모니터링 장치(146)를 필요로 하지 않는다. 따라서, 예를 들어 로드록 챔버 온도는 로드록 챔버(128) 내부의 어느 곳에서든 모니터링될 수 있다. 따라서, 로드록 챔버(128) 내의 임의의 온도 모니터링 및/또는 인-에어 환경(예를 들어, 제 2 환경(126) 또는 대기)으로 로드록 챔버를 개방하기 이전에 피가공재(118)에 대한 임의의 온도 모니터링은 본 발명의 범주 내에 있는 것으로서 고려된다.
따라서 본 발명의 설명은 도 1의 이온 주입 시스템의 생산성 증대를 제공한다. 로드록 챔버(128) 내부의 피가공재(118)의 온도를 측정하는 가열된 가스에 의해 피가공재(118)를 능동적으로 가열함으로써, 그리고 미니-환경(제 2 환경(126)) 내의 이슬점을 능동적으로 측정함으로써, 피가공재 처리량에 대한 이론적 최대 효율이 달성될 수 있다. 따라서, 제 2 환경(126) 내의 웨이퍼 온도 및 이슬점(RH)을 측정함으로써 웨이퍼를 제거하기 위한 가장 빠른 시간이 추론된다.
따라서, 본 발명은 피가공재 상의 응축을 제어하기 위한 장치, 시스템, 및 방법을 제공한다. 본 발명이 임의의 바람직한 실시예 또는 실시예들에 관해 도시되고 설명되었지만, 이러한 명세서 및 첨부 도면들을 읽고 이해할 때 본 기술 분야의 당업자들에게 균등한 변경 및 변형들이 발생할 것이라는 것은 자명하다. 특히 위에서 설명된 구성 요소(조립체들, 장치들, 회로들 등)에 의해 수행되는 다양한 기능들과 관련하여, 그와 같은 구성 요소들을 설명하는데 사용된 ("수단(meanss)"에 관한 언급을 포함한)용어들은 달리 지적되지 않은 한, 본 발명에서 도시된 본 발명의 예시적인 실시예들의 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 균등하지 않더라도 설명된 구성 요소(즉, 기능적으로 균등한)의 특정 기능을 수행하는 임의의 구성 요소에 대응하는 것으로 의도된다. 또한, 본 발명의 특별한 특징이 여러 실시예들 중에 단지 하나의 실시예와 관련하여 설명되었지만, 그와 같은 특징은 임의로 주어지거나 특정한 용도에 바람직하고 유리한 한 다른 실시예들의 하나 또는 그보다 많은 다른 특징들과 조합될 수 있다.

Claims (22)

  1. 이온주입기로서,
    이온 빔을 형성하도록 구성되는 이온 소스와,
    상기 이온 빔을 질량 분석하도록 구성되는 빔라인 조립체와,
    엔드 스테이션으로서, 상기 엔드 스테이션에 결합되는 제 1 환경을 갖고, 상기 이온 빔으로부터 이온 주입 중에 피가공재를 클램핑하고 냉각하도록 구성되는 냉각 정전 척(chilled electrostatic chuck)을 포함하는 엔드 스테이션과,
    상기 엔드 스테이션에 작동가능하게 연결되고, 상기 제 1 환경 그리고 제 2 환경과 선택적으로 유체 연통되며, 상기 피가공재를 수용하도록 구성되는 받침대를 포함하는 로드록 챔버와 - 상기 받침대는 상기 피가공재의 온도를 측정하도록 구성되는 피가공재 온도 모니터링 장치를 포함하고, 상기 제 2 환경은 상기 제 1 환경보다 더 높은 이슬점을 가짐 - ,
    상기 제 2 환경 내의 온도 및 상대 습도를 측정하도록 구성되는 외부 모니터링 장치, 및
    상기 피가공재가 상기 로드록 챔버로부터 상기 제 2 환경으로 이송될 때 응축이 상기 피가공재 상에 형성되지 않을 상기 피가공재의 온도를 결정하도록 구성되는 제어기를 포함하며 - 상기 피가공재의 온도 결정은 상기 피가공재 온도 모니터링 장치와 외부 온도 모니터링 장치로부터의 데이터에 기초하여 이루어짐 - ,
    상기 로드록 챔버와 유체 연통하고, 상기 피가공재를 가열하기 위해 상기 피가공재 온도 모니터링 장치와 외부 이슬점 온도 모니터링 장치로부터의 데이터에 기초하여 상기 로드록 챔버에 가열된 건조 가스를 제공하도록 구성되는 가스 소스를 더 포함하는,
    이온 주입기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔드 스테이션으로부터 상기 로드록 챔버로 그리고 상기 로드록 챔버로부터 상기 제 2 환경으로 상기 피가공재를 이송하도록 구성되는 하나 또는 그보다 많은 이송 기구들을 더 포함하는,
    이온 주입기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 환경은 상기 로드록 챔버와 FOUP(Front Opening Unified Pod, 풉) 사이에 인-에어 환경을 포함하는,
    이온 주입기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 피가공재 온도 모니터링 장치는 상기 받침대의 표면에 결합된 열전쌍을 포함하는,
    이온 주입기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 받침대는 상기 열전쌍에 결합된 슈라우드(shrouded) 영역을 포함하며, 상기 열전쌍은 상기 피가공재가 상기 받침대 상에 체류할 때 상기 가스 소스로부터의 가열된 가스로부터 차폐되는,
    이온 주입기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 소스는 수소, 헬륨, 아르곤, 질소, 또는 다른 가스 중의 하나 또는 그보다 많은 가스를 포함하는,
    이온 주입기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 가스 소스는 4% 수소와 96% 질소로 구성되는 형성 가스를 포함하는,
    이온 주입기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 로드록 챔버는 저온 이온 주입 후에 상기 피가공재를 가열하는 기구를 더 포함하는,
    이온 주입기.
  9. 이온 주입 시스템용 응축 저감 장치로서,
    로드록 챔버와 유체 연통되고 상기 로드록 챔버에 가열된 건조 가스를 제공하도록 구성되는 건조 가스 소스와 - 상기 로드록 챔버는 제 1 환경 및 제 2 환경과 선택적으로 유체 연통되고, 상기 로드록 챔버는 상기 제 1 환경으로부터 냉각된 피가공재를 수용하고 상기 피가공재를 상기 제 2 환경으로 이송하도록 구성되는 받침대를 포함하고, 상기 로드록 챔버는 상기 피가공재가 상기 받침대 상에 체류할 때 상기 피가공재의 바닥 표면에 결합되고 상기 피가공재가 상기 로드록 챔버 내에 체류할 때 상기 피가공재의 온도를 측정하도록 구성되는 열전쌍을 포함하고, 상기 받침대는 상기 열전쌍에 결합된 슈라우드 영역을 포함하고, 그리고 상기 열전쌍은 상기 피가공재가 상기 받침대 상에 체류할 때 상기 건조 가스 소스로부터의 가열된 가스들로부터 차폐됨 - ,
    상기 제 2 환경에 결합하고, 상기 제 2 환경 내의 온도 및 상대 습도를 측정하도록 구성되는 외부 모니터링 장치 - 상기 제 2 환경은 상기 제 1 환경 보다 더 높은 이슬점을 가짐 - , 및
    상기 피가공재가 상기 로드록 챔버로부터 상기 제 2 환경으로 이송될 때 응축이 상기 피가공재 상에 형성되지 않을 상기 피가공재의 온도를 결정하도록 구성되는 제어기를 포함하는 - 상기 피가공재의 온도 결정은 상기 열전쌍과 상기 외부 모니터링 장치로부터의 데이터에 기초하여 이루어짐 - ,
    이온 주입 시스템용 응축 저감 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 건조 가스 소스는 수소, 헬륨, 아르곤, 질소, 또는 다른 불활성 가스 중의 하나 또는 그보다 많은 가스를 포함하는,
    이온 주입 시스템용 응축 저감 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 건조 가스 소스는 4% 수소와 96% 질소로 구성되는 형성 가스를 포함하는,
    이온 주입 시스템용 응축 저감 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 열전쌍과 상기 외부 모니터링 장치로부터의 데이터에 기초하여 상기 건조 가스 소스로부터 상기 건조 가스를 공급하도록 추가적으로 구성되는,
    이온 주입 시스템용 응축 저감 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 로드록 챔버는 저온 이온 주입 후에 상기 피가공재를 가열하는 기구를 더 포함하는,
    이온 주입 시스템용 응축 저감 장치.
  14. 피가공재 상의 응축을 방지하는 방법으로서,
    제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 응축 저감 장치를 제공하는 단계와,
    상기 제 1 환경으로부터 상기 로드록 챔버로 피가공재를 이송하는 단계와,
    상기 로드록 챔버 내에서 상기 피가공재를 가온하는(warming) 단계와,
    상기 로드록 챔버 내의 상기 피가공재의 온도를 측정하는 단계와,
    상기 제 2 환경의 온도 및 상대 습도를 측정하는 단계와,
    상기 제 2 환경의 이슬점을 계산하는 단계, 및
    상기 피가공재의 온도가 상기 제 2 환경의 이슬점보다 더 높아진 이후에 상기 로드록 챔버로부터 상기 제 2 환경으로 상기 피가공재를 이송하는 단계를 포함하는,
    피가공재 상의 응축을 방지하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 로드록 챔버 내의 상기 피가공재의 온도를 측정하는 단계는 상기 피가공재의 배면에 있는 하나 또는 그보다 많은 위치에서 온도를 측정하는 단계를 포함하는,
    피가공재 상의 응축을 방지하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 로드록 챔버로부터 상기 제 2 환경으로 상기 피가공재를 이송하는 단계는 상기 피가공재의 온도가 상기 제 2 환경의 이슬점보다 예정된 양만큼 더 높아진 이후에 발생하는,
    피가공재 상의 응축을 방지하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 로드록 챔버로부터 상기 제 2 환경으로 상기 피가공재를 이송하는 단계는 상기 피가공재의 온도가 상기 제 2 환경의 이슬점보다 예정된 양만큼 더 높아지고나서 예정된 시간 주기 이후에 발생하는,
    피가공재 상의 응축을 방지하는 방법.
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