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TWI844536B - 用於原位晶圓溫度測量、監測與控制的系統 - Google Patents

用於原位晶圓溫度測量、監測與控制的系統 Download PDF

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TWI844536B
TWI844536B TW108111199A TW108111199A TWI844536B TW I844536 B TWI844536 B TW I844536B TW 108111199 A TW108111199 A TW 108111199A TW 108111199 A TW108111199 A TW 108111199A TW I844536 B TWI844536 B TW I844536B
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thermal
temperature
fixture
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約翰 Ｆ 巴格特
羅納爾德 Ｎ 利斯
佩特羅 米爾提亞迪斯 卡帕利迪斯
Original Assignee
美商艾克塞利斯科技公司
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Abstract

本發明揭示一種熱夾具，其將一工件選擇性地保持在一夾緊表面上。該熱夾具具有用以選擇性地加熱該夾緊表面及該工件的一或多個加熱器。在該工件駐留在該夾緊表面上時，一熱監測裝置判定該工件之一表面的一溫度，從而界定一或多個測量溫度。一控制器基於該一或多個測量溫度選擇性地賦能該一或多個加熱器。該熱監測裝置可為與該工件之該表面選擇性接觸的一熱偶或RTD以及不與該表面接觸的一發射率感測器或高溫計中之一或多者。該熱夾具可為一離子植入系統的部分，該離子植入系統經組態以將離子植入至該工件中。該控制器可經進一步組態以基於該些測量溫度控制該些加熱器。

Description

用於原位晶圓溫度測量、監測與控制的系統
本發明大體而言係關於工件處理系統及用於處理工件的方法，且更具體而言係關於用於精確且準確地控制離子植入系統中之熱夾具上之工件之溫度的系統及方法。
相關申請案的參考
本申請案主張2018年3月30日提交申請的標題為「IN-SITU WAFER TEMPERATURE MEASUREMENT AND CONTROL」的美國臨時申請案第62/650,832號的權益，其內容以全文引用的方式併入本文中。
在半導體處理中，可對工件或半導體晶圓執行諸如離子植入之諸多操作。隨著離子植入處理技術的進步，可實施工件處之各種離子植入溫度，以在工件中實現各種植入特性。例如，在習用離子植入處理中，通常考慮三種溫度範圍：冷植入物，其中工件處之處理溫度維持在低於室溫的溫度；熱植入物，其中工件處之處理溫度維持在通常100至600℃範圍的高溫；及所謂準室溫植入物，其中工件處之處理溫度維持在稍微高於室溫的溫度，但低於在高溫植入物中所使用的彼等溫度，其中準室溫植入物之溫度通常在50至100℃範圍。
例如，熱植入物變得越來越普遍，因此通常經由專用高溫靜電夾具(ESC)(亦被稱作為加熱夾具)來實現處理溫度。在植入期間，加熱的夾具將工件保持或夾緊在其表面上。例如，習用高溫ESC包含嵌入在夾緊表面下方的一組加熱器，用於將ESC及工件加熱到處理溫度(例如，100℃至600℃)，因此氣體介面通常提供從夾緊表面到工件背面之熱介面。通常，高溫ESC經由至背景中之室表面的能量輻射而冷卻。
冷卻離子植入過程亦為常見的，其中通常將室溫工件放置在冷卻夾具上，且將冷卻夾具冷卻至冷卻溫度(例如，低於室溫的溫度)，從而冷卻工件。冷卻冷卻夾具提供從離子植入中移除賦予至工件中的熱能，同時經由貫穿冷卻夾具的熱量移除在植入期間進一步維持夾具及工件維持在冷卻溫度。
離子植入過程亦在所謂「準室溫」下執行(例如，溫度略高於室溫，諸如處於50至60℃，但不高於熱離子植入過程)，由此已使用低熱夾具(例如，經組態以加熱至低於100℃的溫度的夾具)來控制植入期間工件的溫度。
以下呈現本發明之簡化總結以便提供對本發明之一些態樣的基本理解。本發明內容並非本發明之廣泛概述。其既不旨在識別本發明之關鍵或重要元素，亦不旨在描繪本發明的範圍。其目的為以簡化形式呈現本發明之一些概念，作為稍後呈現之更詳細描述之序言。
本發明之各種例示性態樣有助於用於將離子植入至工件中之離子植入過程。根據一個例示性態樣，提供一種離子植入系統，其具有經組態以形成離子束之離子源，經組態以選擇性地傳輸離子束之光束線總成，以及終端站經組態以接受離子束以用於將鋁離子植入至工件中。
根據一個例示性態樣，提供一種熱夾具系統，其包含熱夾具設備，該熱夾具設備經組態以將工件選擇性保持在其夾緊表面上。熱夾具設備例如包含一或多個加熱器，該一或多個加熱器經組態以選擇性地加熱夾緊表面，從而選擇性地加熱工件。熱監測裝置經進一步組態以當工件駐留在夾緊表面上時判定工件之表面之溫度，其中界定測量溫度。
在一個實例中，工件的表面包含面向熱夾具設備的工件的背面表面。控制器經進一步組態以基於測量溫度選擇性賦能一或多個加熱器。控制器對一或多個加熱器的選擇性賦能，例如，基於測量溫度選擇性地控制一或多個加熱器的熱輸出。
根據一個實例，熱監測裝置包括一或多個直接接觸式熱裝置，例如熱偶(TC)及電阻溫度偵測器(RTD)中之一或多者，其經組態以直接接觸工件之表面。例如，一或多個直接接觸式熱裝置中的每一者可包含各別一對的冗餘熱裝置。在另一實例中，每一各別對的冗餘熱裝置包含：初級熱裝置，其經組態以測量工件之表面的初級溫度；以及次級熱裝置，其經組態以測量工件之表面的次級溫度。
例如，控制器可經進一步組態以基於主溫度及次溫度的比較來判定測量溫度的準確度，其中控制器經進一步組態以當測量溫度的準確度超過預定臨限值時提供信號。例如，每一各別對的冗餘熱裝置可經組態以在跨越工件之表面的各別位置處判定工件之表面的溫度。
在另一實例中，一或多個直接接觸式熱裝置經組態以在跨越工件之表面的一或多個各別位置處直接接觸工件之表面，其中跨越工件之表面的一或多個各別位置包含工件之至少一中心區域及工件之周邊區域。替代地，跨越工件之表面的一或多個位置包含跨越工件之表面的複數個沿週邊間隔位置。
根據另一實例，熱監測裝置包含一或多個非接觸式熱裝置，其 經組態以在不接觸工件之表面的情況下判定工件之表面的溫度。例如，一或多個非接觸式熱裝置可包含發射率偵測器及高溫計中之一或多者。
根據另一例示性態樣，離子植入設備經進一步組態以將離子植入到工件中，從而選擇性地將熱量輸入至工件中並使離子被植入的位置處的工件之表面的溫度增加。
各別一或多個加熱器中之一或多者與該位置相關聯，其中熱監測裝置經進一步組態以監測靠近該位置的工件之表面的溫度，且其中控制器經進一步組態以基於該位置處的工件之表面的溫度選擇性地控制各別一或多個加熱器中之一或多者的輸出。
以上概述僅旨在簡要概述本發明之一些具體實例之一些特徵，且其他具體實例可包含除上述特徵之外的額外及/或不同特徵。特定而言，本發明內容不應被解釋為限制本申請案的範圍。因此，為了完成前述及相關目的，本發明包含在下文中描述並在權利要求中特別指出的特徵。以下描述及附圖詳細闡述本發明之某些說明性具體實例。然而，此等具體實例指示可採用本發明之原理的各種方式中之一些方式。當結合圖式考慮時，本發明之其他目的、優點及新穎特徵將從以下對本發明之詳細描述中變得顯而易見。
100:離子植入系統
101:離子植入設備
102:端子
104:光束線總成
106:終端站
108:離子源
110:電源供應器
112:離子束
114:質量分析設備
116:孔隙
118:工件
120:夾具
122:處理室
124:真空室
126:處理環境
128:真空源
130:熱夾具
132:周圍環境/外部環境
134:加熱系統
136:加熱器
138A:室
138B:室
140:預熱設備
142:預熱支撐件
144:冷卻設備
146:工件支撐件
148:控制器
150A:工件轉移設備
150B:工件轉移設備
152A:前開口統一盒(FOUP)
152B:前開口統一盒(FOUP)
154:接地銷
156:台面
158:夾緊表面
160:熱監測裝置
160A:熱監測裝置
160B:熱監測裝置
160C:熱監測裝置
160D:熱監測裝置
162:背面
164A:第一介面
164B:第二介面
164C:第三介面
166A:加熱器/電阻加熱元件
166B:加熱器/電阻加熱元件
168A:位置
168B:位置
200:部分
202:載體板
204:高壓電極
205:機械夾緊構件
206:加熱器板
208:背面間隙
210:背面氣體層
212:直接接觸式熱裝置
214:背面表面
216A:初級熱裝置
216B:次級熱裝置
218A:位置
218B:位置
220:非接觸式熱裝置
222:頂表面
224:工件平移設備
300:方法
302:動作
304:動作
306:動作
308:動作
400:系統
402:處理單元
404:顯示器
406:輸入/輸出裝置
408:中央處理單元(CPU)
410:記憶體
412:大容量儲存裝置/大容量儲存器
414:視訊配接器
416:I/O介面
418:匯流排
420:網路介面
422:區域網路(LAN)/廣域網路
圖1說明根據本發明之態樣的例示性加熱離子植入系統的方塊圖。
圖2為根據本發明之態樣的熱夾具之夾緊表面之頂部的透視圖。
圖3為根據本發明之態樣的熱夾具之底部的透視圖。
圖4為根據本發明之態樣的熱夾具的局部剖面圖。
圖5為根據本發明之另一態樣的另一熱夾具的局部剖面圖。
圖6為說明根據本發明之另一態樣的用於工件之溫度控制之例示性方法的方塊圖。
圖7為說明根據另一態樣的例示性控制系統的方塊圖。
本發明大體而言係針對工件處理系統及設備，且更特定而言，係針對一種經組態以控制工件之溫度的離子植入系統中之熱夾具。因此，現在將參考圖式描述本發明，其中貫穿全文相同的參考編號可用於指相同的元件。應理解，此等態樣之描述僅僅為說明性，且其不應解釋為限制意義。在以下描述中，出於解釋的目的，闡述諸多具體細節以便提供對本發明之透徹理解。然而，對於所屬領域的技術人員顯而易見，可在無此等特定細節的情況下實踐本發明。
溫度精度及控制在半導體晶圓處理中具有越來越大的重要性。已提供用以測量及控制工件駐留之支撐件的溫度(例如，靜電夾具之溫度)的系統，其中利用支撐件之溫度的表徵及分析來間接地估計工件之溫度。本發明目前瞭解，然而，對工件支撐件之溫度的此依賴性可能導致工件之加工期間的溫度誤差。
加熱離子植入過程可將工件加熱至在100℃至600℃範圍中或更高的處理溫度。例如，處理溫度部分地在靜電夾具上實現並維持，該靜電夾具在植入期間支撐工件。根據本發明之各種態樣，圖1說明例示性離子植入系統100。本實例中的離子植入系統100包含例示性離子植入設備101，然而亦預期各種其他類型的基於真空的半導體處理系統，諸如電漿處理系統或其他半導體處理系統。離子植入設備101例如包含端子102、光束線總成104及終端站106。
一般而言，端子102中之離子源108耦合到電源供應器110以將摻 雜劑氣體電離成複數個離子並形成離子束112。本實例中之離子束112經引導穿過質量分析設備114，且在孔隙116輸出朝向終端站106。在終端站106中，離子束112入射工件118(例如，諸如矽晶圓、顯示板等之基板)，其經選擇性夾緊或安裝至夾具120。例如，夾具120可包含靜電夾具(ESC)或機械夾具夾具，其中夾具經組態以選擇性地控制工件118之溫度。一旦嵌入至工件118之晶格中，所植入離子改變工件之物理及/或化學性質。因此，離子植入用於半導體裝置製作及金屬表面處理，以及材料科學研究中的各種應用。
本發明之離子束112可採用任何形式，諸如錐束或點束，帶狀光束、掃描光束，或離子經引向終端站106之任何其他形式，且所有此等形式經預期落在本發明的範圍內。
根據一個例示性態樣，終端站106包含處理室122，諸如真空室124，其中處理環境126與處理室相關聯。處理環境126通常存在於處理室122內，且在一個實例中，包含由真空源128(例如，真空泵)產生之真空，該真空源耦合至處理室且經組態以基本上抽空處理室。
在一個實例中，離子植入設備101經組態以提供高溫離子植入，其中工件118經加熱至處理溫度(例如，大約100至600℃或更高)。因此，在本實例中，夾具120包括熱夾具130，其中熱夾具經組態以支撐且保持工件118，同時在工件暴露於離子束112之前，期間及/或之後在處理室122內進一步加熱工件118。
例如，熱夾具130包含靜電夾具，該靜電夾具經組態以將工件118加熱至顯著大於周圍環境或外部環境132的環境或大氣溫度(例如，亦稱為「大氣環境」)之處理溫度。可進一步提供加熱系統134，其中加熱系統經組態以加熱熱夾具130，且進而加熱駐留在其上之工件118至期望的處理溫度。例如，加熱系統134經組態以經由安置在熱夾具130內之一或多個加熱器136選擇 性地加熱工件118。例如，一或多個加熱器136可包括一或多個電阻加熱元件。在一個替代方案中，加熱系統134包括輻射熱源，由此一或多個加熱器136包含一或多個鹵素燈，發光二極管和及紅外熱裝置，其經組態以選擇性地加熱工件118。
對於一些高溫植入物，可允許工件118在處理環境126的真空中「浸泡」在熱夾具130上，直至達到所要溫度。替代地，為了增加貫穿離子植入系統100的循環時間，可經由預熱設備140在以操作方式耦合至處理室122的一或多個室138A、138B(例如，一或多個負載鎖定室)對工件進行預加熱。預熱設備140例如可包含經組態類似於熱夾具130的預熱支撐件142。
取決於工具構造、過程及所要產量，可經由預熱設備140將工件118預熱至第一溫度，其中第一溫度等於或低於處理溫度，因此允許真空室124內之熱夾具130上之最終熱均衡。此情況允許工件118在轉移至處理室122期間損失一些熱量，其中對熱夾具130執行最終加熱至處理溫度。替代地，工件118可經由預熱設備140預熱至高於處理溫度之第一溫度。因此，第一溫度將經優化，以使得在轉移至處理室122期間工件118之冷卻恰好足以使工件在被夾緊至熱夾具130上時其處於所要之處理溫度。
為了精確地控制及/或加速熱回應並實現用於熱轉移之額外機構，使工件118之背面與熱夾具130傳導連通。此傳導通信例如經由在熱夾具130與工件118之間的壓力控制氣體介面(亦稱作為「背面氣體」)實現。例如，背面氣體之壓力通常受熱夾具130之靜電力限制，且通常可保持在5至20托的範圍內。在一個實例中，背面氣體介面厚度(例如，工件118與熱夾具130之間的距離)經控制在大約數微米(通常為5至20μm)，且如此，分子平均自由路徑在此壓力範圍變得足夠大，以使介面厚度將系統推入過渡及分子氣體狀態。
根據本發明之另一態樣，室138B包含冷卻設備144，冷卻設備144經組態以在離子植入期間在離子植入之後將工件118安置在室138B內時冷卻工件。冷卻設備144例如可包含冷卻的工件支撐件146，其中冷卻工件支撐件經組態以經由熱傳導主動冷卻駐留在其上的工件118。冷卻的工件支撐件146例如包含冷板，冷板具有從中穿過之一或多個冷卻通道，其中穿過冷卻通道之冷卻流體基本上冷卻駐留在冷板之表面上之工件118。冷卻的工件支撐件146可包含其他冷卻機構，例如帕耳帖(Peltier)冷卻器或所屬技術領域中具有通常知識者已知的其他冷卻機構。
根據另一例示性態樣，控制器148經進一步提供並經組態以選擇性地啟動加熱系統134、預熱設備140及冷卻設備中之一或多者以選擇性地加熱或冷卻分別駐留在其上之工件118。控制器148例如可經組態以經由預熱設備140加熱室138A中之工件118，以經由熱夾具130及加熱系統134在處理室122中將工件加熱至預定溫度，以經由離子植入設備101將離子植入至工件中，經由冷卻設備144冷卻室138B中之工件，並經由一或多個工件轉移設備150A、150B在外部環境132與處理環境126之間選擇性地轉移工件。
在一個實例中，可將工件118進一步遞送至往返處理室122，使得工件經由工件轉移設備150B在選定的前開口統一盒(FOUP)152A、152B與室138A、138B之間轉移，且經由工件轉移設備150A在室138A、138B與熱夾具130之間轉移。控制器148例如經進一步組態以經由工件轉移設備150A、150B的控制在FOUP 152A、152B，室138A、138B與熱夾具130之間選擇性地轉移送工件。
例如，本發明之圖1之系統100可進一步經有利組態以在利用相同的夾具130時執行高溫植入(例如，在100℃至600℃的範圍內)及準室溫度植入(例如，在20℃至100℃的範圍內)。此配置在簡單性以及生產率方面優 於習用系統，因為圖1之系統100可以組態之最小改變用於各種植入方案中，同時減輕習用離子植入系統之習用起動操作中常見之各種缺陷。
在圖2中說明例示性熱夾具130，因此熱夾具例如主要用於兩個功能；即，選擇性地將圖1之工件118夾緊至其，並加熱及/或冷卻工件。例如，圖2中所示出之一或多個接地銷154用於工件之電接地，且複數個台面156設置在熱夾具130之夾緊表面158上，以便最小化與圖1之工件118之接觸且減輕顆粒污染。
根據本發明之一個例示性態樣，一或多個熱監測裝置160A至160C經進一步提供並組態以判定圖1之工件118之溫度，例如，當工件駐留在圖2之夾緊表面158上時，其中界定測量溫度，如下面將進一步詳細論述。應注意，雖然說明三個熱監測裝置160，但任何數目個熱監測裝置及其組態經預期落在本發明之範圍內。
例如，圖3說明熱夾具130(例如，ESC)之背面162，其中為熱夾具提供複數個介面164A至164C(例如，機械及/或電介面)。例如，第一介面164A提供高電壓靜電電極(未示出)，其經組態以將工件靜電吸引至熱夾具130。第二介面164B經提供用於為一或多個加熱器166A、166B供電，其中圖1之控制器圖148經進一步組態以基於來自圖2之一或多個熱監測裝置160A至160C的測量溫度以選擇性地賦能圖3之一或多個加熱器。在本實例中，圖3之一或多個加熱器136包含多區域加熱器(例如，說明為電阻加熱元件166A、166B)，其嵌入在熱夾具130中且經組態以選擇性地加熱分別與一或多個加熱器相關聯的一或多個位置168A、168B。控制器148例如經組態以選擇性地賦能一或多個加熱器136，以基於來自各別一或多個熱監測裝置160之測量溫度選擇性地控制一或多個加熱器之熱輸出。
在一個實例中，藉由圖1之離子植入設備101將離子植入至工件 118中選擇性地將熱量輸入至工件中，從而在靠近離子被植入的位置(例如，離子束112入射工件的位置)處增加工件之表面的溫度。例如，圖3之各別一或多個加熱器136中之一或多者與該位置相關聯，其中熱監測裝置160經進一步組態以監測靠近該位置的工件118之表面的溫度，如下文將論述。因此，圖1之控制器148經進一步組態以基於在該位置處之工件118之表面的溫度分別選擇性地控制一或多個加熱器166之輸出。
雖然未在圖3中示出的示意圖中明確說明，但例如一或多個加熱器136可定位在熱夾具130內以加熱熱夾具之一或多個位置168A、168B，例如熱夾具之中心區域及周邊區域中之一或多者，且可軸向及/或徑向定位，以對工件進行所要加熱。例如，進一步提供第三介面164C，用於自與圖2之熱夾具130相關聯的一或多個熱監測裝置160A至160C向圖1之控制器148進行溫度回饋，以進行精確及準確的溫度控制。
根據本發明之另一例示性態樣，圖4說明熱夾具130之部分200。例如，說明載體板202，因此工件118經選擇性地夾緊至熱夾具130之夾緊表面158。在一個實例中，載體板202由陶瓷材料構成，該陶瓷材料具有嵌入其中或以其他方式與其相關聯的一或多個高壓電極204，因此一或多個高壓電極204經組態以將工件118靜電吸引至熱夾具130，通常界定靜電夾具(ESC)。替代地或另外地，熱夾具130可包括一或多個機械夾緊構件205，其經組態以將工件118選擇性機械地夾緊至載體板202，由此熱夾具通常界定機械夾具。
例如，載體板202可與加熱器板206結合或與其成一體，加熱器板206具有與其相關聯的一或多個加熱器136(例如，一或多個電阻加熱元件166A、166B)。例如，加熱器板206可由陶瓷材料構成，因此一或多個加熱器136嵌入在加熱器板內。應注意，加熱器板206及載體板202可為單獨的板或集成至一個板中。例如，一或多個加熱器136可經組態以在植入過程期間主動加 熱或維持圖1之工件118的溫度。例如，圖4之一或多個加熱器136可根據需要加熱或以其他方式將工件溫度保持在200-500℃或各種其它高溫，且可包含任何數目或組合之電阻加熱元件166A、166B，輻射加熱器(未示出)，或經組態以加熱工件118之任何其它加熱裝置。在本實例中，工件118可經由熱量穿過載體板202傳遞至工件來加熱。
根據另一實例，背面氣體(未示出)設置在載體板202之夾緊表面158與駐留在其上之工件118之間的背面間隙208中，以便有利地將熱量轉移至工件或自工件轉移熱量。例如，背面氣體層210設置在背面間隙208中(例如，大約10微米)，以將熱量自一或多個加熱器136傳導至工件118，以有利地提供或維持溫度。替代地，在另一實例中，背面氣體層210可以冷卻模式將熱量自工件118傳導至熱夾具130。
根據一個實例，圖2之一或多個熱監測裝置160A至160C例如包含圖4中所說明之一或多個直接接觸式熱裝置212，其中一或多個直接接觸式熱裝置經組態以直接接觸工件118之背面表面214。例如，圖4之一或多個直接接觸式熱裝置212包含熱偶(TC)及電阻溫度偵測器(RTD)中之一或多者。例如，一或多個直接接觸式熱裝置212中之每一者可具有基本上光滑的表面，用於與工件118之小接觸區域接觸，且可具有經組態以與工件基本匹配的熱質量以消除散熱器或其間的熱轉移。
例如，一或多個直接接觸式熱裝置212可包含一或多個彈簧負載裝置(未示出)，例如彈簧負載TC，因此一或多個彈簧負載裝置為柔性的，使得工件118在經放置在熱夾具130上時對一或多個彈簧負載裝置施加壓力，但具有最小量的接觸壓力。
在一個實例中，一或多個直接接觸式熱裝置212中之每一者包含一對冗餘熱裝置216A、216B，其中每對冗餘熱裝置包含經組態以測量工件118 之背面表面214之初級溫度的初級熱裝置(216A)以及經組態以測量工件之背面表面之次級溫度的次級熱裝置(216B)。因此，圖1之控制器148經進一步組態以基於初級溫度及次級溫度的比較來判定測量溫度之準確度。例如，控制器148可經進一步組態以在測量溫度之準確度超過預定臨限值時停止工件118之處理。例如，圖4之每對冗餘熱裝置216A、216B可經組態以在工件之背面表面上的各別位置218A、218B處判定工件118之背面表面214的溫度(例如，與熱夾具130之一或多個位置168A、168B相關聯)。
在另一實例中，圖5說明實例熱監測裝置160D，其包含一或多個非接觸式熱裝置220，其經組態以在不接觸工件之表面的情況下判定工件118之表面(例如，頂表面222)的溫度。例如，一或多個非接觸式熱裝置220包含經組態以在不物理接觸工件的情況下判定工件118的溫度的發射率偵測器及高溫計中之一或多者。一或多個非接觸式熱裝置220可定位靠近熱夾具130，同時對工件118之處理不顯眼。在一個實例中，工件平移設備224經組態以沿一或多個方向選擇性地平移熱夾具130(及工件118)。例如，工件平移設備224可經組態以使工件118選擇性穿過圖1之離子束112以用於離子植入至其中及/或平移工件靠近一或多個非接觸式熱裝置220以用於判定其溫度。工件平移設備224例如可經組態以在三個維度上選擇性地平移及/或旋轉工件118。
例如，圖1之控制器148經進一步組態以經由圖5之工件平移設備224的控制將熱夾具130及工件118平移至一或多個溫度測量位置，其中一或多個非接觸熱裝置220經組態以在工件處於一或多個測量位置時判定工件118之表面的溫度。例如，一或多個非接觸式熱裝置220可固定在空間中，其中一或多個測量位置包含工件118相對於一或多個非接觸式熱裝置的一或多個各別位置及/或角度定向。替代地，雖然未示出，但一或多個非接觸式熱裝置220可相對於工件118平移至一或多個溫度測量位置。
在本發明之另一態樣中，圖6說明用於控制工件之溫度的方法300。應注意，雖然例示性方法在本文中經說明及描述為一系列動作或事件，但應瞭解，本發明不限於此等動作或事件之所說明順序，因為一些步驟可根據本發明以不同順序及/或與除了本文所示出及所描述之外的其他步驟同時發生。另外，可能不需要所有所說明步驟來實施根據本發明的方法。此外，應瞭解，該些方法可與本文所說明及所描述之系統以及與未說明之其他系統相關聯地實施。
例如，圖6中所示出的方法300控制定位在熱夾具上之工件的溫度。例如，在動作302中，工件選擇性地保持在熱夾具之夾緊表面上。在動作304中，藉由選擇性地賦能與熱夾具相關聯之一或多個加熱器來選擇性地加熱熱夾具之夾緊表面，從而選擇性地加熱工件上之一或多個位置。在動作306中，在工件經由熱監測裝置駐留在熱夾具之夾緊表面上時，判定工件之表面的溫度，其中界定測量溫度。工件的溫度可藉由直接使工件之表面與溫度測量裝置接觸，藉由非接觸式熱裝置測量工件之發射率或溫度或兩者的組合來判定。在動作308中，基於測量溫度選擇性地賦能一或多個加熱器，其中有利地實現工件本身之精確及準確的溫度控制。
根據另一態樣，可使用控制器、通用電腦或基於處理器之系統中之一或多者中之電腦程式碼來實施前述方法。如圖7中所說明，根據另一具體實例提供基於處理器之系統400的方塊圖。基於處理器之系統400為通用電腦平台，且可用於實施本文中所論述之過程。基於處理器之系統400可包括處理單元402，諸如桌上型電腦、工作站、膝上型電腦或為特定應用定製的專用單元。基於處理器之系統400可配備有顯示器404及一或多個輸入/輸出裝置406，諸如滑鼠、鍵盤或印表機。處理單元402可包含連接至匯流排418之中央處理單元(CPU)408、記憶體410、大容量儲存裝置412、視訊配接器414及I/O介面 416。
匯流排418可為任何類型之若干匯流排架構中之一或多者，包括記憶體匯流排或記憶體控制器，周邊匯流排或視訊匯流排。CPU 408可包括任何類型之電子資料處理器，且記憶體410可包括任何類型之系統記憶體，例如靜態隨機存取記憶體(SRAM)，動態隨機存取記憶體(DRAM)或唯讀記憶體(ROM)。
大容量儲存裝置412可包括任何類型之儲存裝置，其經組態以儲存資料，程式及其他資訊，且使資料、程式及其他資訊可經由匯流排418存取。大容量儲存裝置412可包括例如硬碟機、磁碟機或光碟機中之一或多者。
視訊配接器414及I/O介面416提供將外部輸入及輸出裝置耦合至處理單元402的介面。輸入及輸出裝置之實例包括耦合至視訊配接器414及I/O裝置406的顯示器404，諸如耦合至I/O介面416之滑鼠、鍵盤、印表機等。其他裝置可耦合至處理單元402，且可使用額外或更少的介面卡。例如，串列介面卡(未示出)可用於為印表機提供串列介面。處理單元402亦可包括網路介面420，其可為至區域網路(LAN)或廣域網路(WAN)422之有線鏈路及/或無線鏈路。
應注意，基於處理器之系統400可包括其他組件。例如，基於處理器之系統400可包括電源供應器、纜線、主板、可抽換儲存媒體，外殼等。儘管未示出，但此等其他組件被認為係基於處理器之系統400的部分。
本發明之具體實例可在基於處理器之系統400上實施，諸如藉由由CPU 408執行之程式碼。可藉由程式碼實施根據上述具體實例之各種方法。因此，本文中省略明確論述。
此外，應注意，圖1至5中之各種模組及裝置可實施在圖7之一或多個基於處理器之系統400且由其控制。不同模組與裝置之間的通信可取決於 模組實施之方式而變化。若模組在一個基於處理器之系統400上實施，則資料可在CPU 408執行用於不同步驟的程式碼之間保存在記憶體410或大容量儲存器412中。然後可藉由CPU 408在各別步驟的執行期間經由匯流排418存取記憶體410或大容量儲存器412來提供資料。若模組在不同的基於處理器之系統400上實施，或若自另一儲存系統(例如單獨的資料庫)提供資料，則可經由I/O介面416或網路介面420在系統400之間提供資料。類似地，由裝置或儲存器提供之資料可藉由I/O介面416或網路介面420輸入至一或多個基於處理器之系統400。所屬技術領域中具有通常知識者將容易理解預期在不同具體實例的範圍內之實施系統及方法的其他變化及修改。
因此，本發明提供經歷熱處理之工件的精確溫度控制，例如圖1之工件118經歷高溫離子植入，如現在將更詳細地論述。實施溫度感測器或熱監測裝置160(例如，高溫計、發射率感測器、TC、RTD或類似裝置中之一或多者)以監測工件118之溫度並控制熱夾具130(例如，經加熱平台)以便在處理或植入的同時更準確且精確地控制工件之溫度。熱監測裝置160例如提供工件118之實時溫度監測並將此資訊饋送至控制系統148、400中以動態地控制熱夾具130之溫度以實現工件之規定溫度。
熱監測裝置160例如可包含非接觸式熱裝置220(例如，發射率感測器)，如圖5中所示出之實例中所說明，因此感測器被整合至圖1之系統100中以在整個工件之處理中提供工件118之發射率的準確測量。例如，工件118之發射率可根據處理條件(例如，植入處理條件)、工件之材料成分、溫度及/或工件上之任何塗層而改變。例如，本發明之發射率測量可用於饋送至其他溫度測量值中以維持工件118之更準確且穩定的溫度。隨著工件118之溫度改變(例如，由於植入功率、背面氣流、冷卻劑流、加熱器功率等)，溫度感測器可用於經由控制系統148、400對此溫度改變作出反應。
例如，作為熱監測裝置160之高溫計可用作閉環系統中之控制回饋，以提供非接觸式溫度測量及控制。來自高溫計之溫度資料可被回饋至控制系統148、400以控制輸入至熱夾具130之一或多個加熱器136的功率，因此控制基於工件118之測量溫度。因此，在測量工件118之溫度的改變，可控制與熱夾具130相關聯的一或多個加熱器136中之各種者以補償此溫度改變。如此，藉由利用工件118之實際溫度可實現準確之系統控制，而不是單獨地對夾具之溫度之習用測量。例如，作為圖5之非接觸式熱裝置220之高溫計可經定位以自不面向熱夾具130之上游側(例如，工件之頂部表面222)測量工件118之溫度。非接觸式熱裝置220可替代地整合在熱夾具130上，使得在工件118之背面表面214上提供視線。
在利用接觸工件118之熱監測裝置160(諸如圖4中所說明之RTD及/或熱偶)時，例如，可接觸工件之背面表面214。然而，還預期工件118之上游側或頂表面222可藉由RTD或TC接觸，或可接觸頂表面222及背側表面214兩者。圖5之非接觸式熱裝置220，例如高溫計或發射率感測器，可安裝在圖1之處理室122之側面上(例如，距工件1181至2英尺)。例如，對於圖4之直接接觸式熱裝置212，由於此等裝置包含明顯更小的感測器，與工件118之背面表面214的接觸可能優於與頂部表面222之接觸，但任何位置被認為落在本發明的範圍內。
進一步預期用於工件118上之溫度測量的多個位置。例如，可在工件周圍的幾個位置處監測溫度以獲得均勻性(例如，可調整及控制內部區域及外部區域以獲得更好的均勻性)。因此，在多個位置處具有多個熱監測裝置160有利地改良均勻性及溫度準確度。
此外，冗餘熱監測裝置160(諸如冗餘TC/RTD)可在每一區域中實施，以便考慮裝置之潛在高故障率。藉由提供多個冗餘TC/RTD，若一個 失敗，則可將來自剩餘TC/RTD之輸出相互比較。如此，若在初級及次級(例如，冗餘)感測器之間識別出大的溫差，則此情況可被識別為TC或RTD之故障，且系統可被置於「保持」模式，而非試圖驅動加熱器136以匹配TC/RTD之輸出。例如，冗餘TC/RTD可經定位彼此靠近地以用於冗餘，且為了均勻性，TC/RTD對可位於圍繞熱夾具130之各種位置處。例如，冗餘TC/RTD可經定位接近初級TC/RTD用於評估TC/RTD之「健康狀況」。在一個實例中，TC/RTD可相對於彼此定位120至180度，以提供對均勻性之理解。
對於高溫測量或非接觸式熱感測，如圖5中所說明，工件118可平移至預定位置以進行溫度測量。例如，非接觸式熱裝置220(例如，高溫計)可固定在空間中，而工件118可保持在安裝至工件平移設備224之熱夾具130上，例如移動臂。如此，工件118可移動至不同位置，以便捕獲邊緣、中間、120度偏移等，以便完全理解工件上之溫度均勻性。在另一實例中，可旋轉工件以便捕獲各種角度位置。在一些情況下，可能希望高溫計儘可能接近垂直於工件平面(例如，距工件118小於數英吋)。
本發明有利地基於工件118之測量溫度控制一或多個加熱器136，且可與離子植入同時控制。例如，高溫計可指向圖1之離子束112之掃描長度的頂部(例如，工件118自離子束前面的特定掃描的頂部至底部平移)。例如，高溫計可經組態以檢擷取每次掃描之頂部處之溫度資料。替代地，可同樣測量工件118之側面(例如，左側或右側)、中間或其他區域的溫度。
在一個實例中，諸如圖4中所說明之直接接觸式熱裝置212可與工件118之背面表面214相關聯且耦合至熱夾具130，因此可在整個植入過程中實現連續的溫度監測。例如，離子束功率可改變工件118之溫度(例如，增加來自圖1之離子束112之功率/熱量，其影響工件之溫度)。因此，本發明提供一種設備及系統，其捕獲由離子束112引起的工件118之溫度的改變且有利地測量 工件之溫度，而非僅測量工件所駐留之熱夾具130的溫度。由於熱夾具130之溫度通常與工件118之溫度解耦，因此即使當離子束功率向工件加熱時，本發明亦提供準確的溫度控制，此以前使用僅測量熱夾具之溫度的習用測量設備為不可能的。本發明有利地監測工件118的溫度，因此可在植入期間對熱夾具中之一或多個加熱器136的輸入功率的修改中考慮工件溫度的改變。
本發明之一或多個直接接觸式熱裝置212在光束入射時提供準確且幾乎立即的測量資料。例如，當工件118在高溫計的視野中時，一或多個直接非接觸式熱裝置220同樣可提供此近瞬時回應。為了經由高溫計完成溫度監測，例如，每一慢掃描遍次可用於獲得溫度資料，如上所論述，因此可相應地調整熱夾具130以控制溫度。工件118穿過圖1之離子束112的次數愈多，例如，工件暴露於離子束的時間愈長，且可經歷溫度變化愈大。因此，若僅在離子束112的前面進行工件118之單遍次，則由於不在離子束前花費太多時間而將存在最小的熱改變。然而，工件118穿過離子束112的遍次愈多，所獲得之溫度資料愈大，溫度改變的可能性愈大，且提供控制溫度的機會愈大。
因此，本發明基於工件118之溫度的回饋來控制熱夾具130中之一或多個加熱器136。例如，可藉由控制一或多個加熱器來進一步獲得加熱的控制，而不管背面氣體流。因此，本發明有助於獨立於束功率、背面氣流等控制工件118的溫度。
雖然具體論述諸如TC或RTD的直接接觸式熱裝置及/或諸如發射率感測器或高溫計的非接觸式熱裝置的使用，但經組態以直接測量工件118的溫度之任何類型感測器經預期落在本發明之範圍內。
在又一實例中，本發明預期在工件不存在於熱夾具130上時，圖1之控制器148可經組態以維持對一或多個加熱器136的恆定功率。例如，發射率感測器可因此經組態為一或多個直接非接觸式熱裝置220中之一者，以偵測 工件118與熱夾具130之間的差異，以同樣提供此控制，使得可在工件轉移期間維持熱夾具的溫度。
儘管已關於某一或某些較佳具體實例示出及描述了本發明，但明顯所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀及理解本說明書及附圖時將想到等效的變更及修改。特別關於由上文所描述組件(總成、裝置、電路等)執行的各種功能，除非另有指示，否則用於描述此等組件的術語(包括對「構件」的引用)旨在對應於執行所描述組件之規定功能(即，功能上等小)的任何組件，即使在結構上不等效於在本發明之本文所說明例示性具體實例中執行功能的所揭示結構。另外，雖然可能僅關於數個具體實例中之一者揭示本發明之特定特徵，但此特徵可與其他具體實例之一或多個其他特徵組合，如對於任何給定或特定應用可能期望且有利的。
100:離子植入系統
101:離子植入設備
102:端子
104:光束線總成
106:終端站
108:離子源
110:電源供應器
112:離子束
114:質量分析設備
116:孔隙
118:工件
120:夾具
122:處理室
124:真空室
126:處理環境
128:真空源
130:熱夾具
132:周圍環境/外部環境
134:加熱系統
136:加熱器
138A:室
138B:室
140:預熱設備
142:預熱支撐件
144:冷卻設備
146:工件支撐件
148:控制器
150A:工件轉移設備
150B:工件轉移設備
152A:前開口統一盒(FOUP)
152B:前開口統一盒(FOUP)
160:熱監測裝置
224:工件平移設備
400:系統

Claims (17)

  1. 一種熱夾具系統，其包含：熱夾具設備，其經組態以在離子植入系統中將工件選擇性地保持在該熱夾具設備的夾緊表面上，其中該熱夾具設備包含一或多個加熱器，該一或多個加熱器經組態以選擇性地加熱該夾緊表面，從而選擇性地加熱該工件；熱監測裝置，其經組態以在該工件駐留在該夾緊表面上時判定該工件之表面的溫度，其中界定測量溫度，該熱監測裝置包含一或多個直接接觸式熱裝置，該一或多個直接接觸式熱裝置經組態以直接接觸該工件之表面，該一或多個直接接觸式熱裝置中之每一者包含一各別對的冗餘熱裝置，每一各別對的冗餘熱裝置包含：初級熱裝置，其經組態以測量該工件之該表面的初級溫度；以及次級熱裝置，其經組態以測量該工件之該表面的次級溫度；及控制器，其經組態以基於該測量溫度選擇性地賦能該一或多個加熱器，其中該控制器經進一步組態以基於初級溫度及次級溫度的比較來判定該測量溫度之準確度，且其中該控制器經進一步組態以在該測量溫度之該準確度超過預定臨限值時提供信號。
  2. 如請求項1所述之熱夾具系統，其中該一或多個直接接觸式熱裝置包含熱偶(TC)及電阻溫度偵測器(RTD)中之一或多者。
  3. 如請求項1所述之熱夾具系統，其中每一各別對的冗餘熱裝置經組態以在跨越該工件之該表面的各別位置處判定該工件之該表面的該溫度。
  4. 如請求項1所述之熱夾具系統，其中該一或多個直接接觸式熱裝置經組態以在跨越該工件之該表面的一或多個各別位置處直接接觸該工件之該表面。
  5. 如請求項4所述之熱夾具系統，其中跨越該工件之該表面的該一或多個各別位置至少包含該工件之中心區域及該工件之周邊區域。
  6. 如請求項5所述之熱夾具系統，其中跨越該工件之該表面的該一或多個位置包含跨越該工件之該表面的複數個沿週邊間隔開的位置。
  7. 如請求項1所述之熱夾具系統，其中該工件之該表面包含該工件之面向該熱夾具設備之背面表面。
  8. 如請求項1所述之熱夾具系統，其中由該控制器對該一或多個加熱器的該選擇性賦能基於該測量溫度選擇性地控制該一或多個加熱器之熱輸出。
  9. 如請求項1所述之熱夾具系統，其進一步包含離子植入設備，該離子植入設備經組態以將離子植入至該工件中，從而選擇性地將熱量輸入至該工件中並在該些該離子被植入的位置處增加該工件之該表面的該溫度，其中該各別一或多個加熱器中之該一或多者與該位置相關聯，且其中該熱監測裝置經進一步組態以監測靠近該位置的該工件之該表面的該溫度，且其中該控制器經進一步組態以基於該位置處的該工件之該表面的該溫度選擇性地控制該各別一或多個加熱器中之該一或多者之輸出。
  10. 如請求項1所述之熱夾具系統，其中該一或多個加熱器嵌入在該熱夾具設備內。
  11. 如請求項1所述之熱夾具系統，其中該一或多個加熱器分別包含電阻加熱器及輻射加熱器中之一者。
  12. 一種熱處理系統，其包含：熱夾具，其具有夾緊表面，該夾緊表面在離子植入系統中經組態以在該夾緊表面上支撐工件；一或多個加熱器，其經組態以選擇性地加熱駐留在該夾緊表面上之該工件；熱監測裝置，其經組態以在該工件駐留在該夾緊表面上時判定該工件的溫 度，其中界定測量溫度，該熱監測裝置包含一或多個直接接觸式熱裝置，該一或多個直接接觸式熱裝置經組態以直接接觸該工件之表面，該一或多個直接接觸式熱裝置中之每一者包含一各別對的冗餘熱裝置，每一各別對的冗餘熱裝置包含：初級熱裝置，其經組態以測量該工件之該表面的初級溫度；以及次級熱裝置，其經組態以測量該工件之該表面的次級溫度；及控制器，其經組態以基於該測量溫度選擇性地賦能該一或多個加熱器，其中該控制器經進一步組態以基於初級溫度及次級溫度的比較來判定該測量溫度之準確度，且其中該控制器經進一步組態以在該測量溫度之該準確度超過預定臨限值時提供信號。
  13. 如請求項12所述之熱處理系統，其中該一或多個直接接觸式熱裝置包含熱偶(TC)及電阻溫度偵測器(RTD)中之一或多者。
  14. 如請求項12所述之熱處理系統，其進一步包含工件平移設備，該工件平移設備經組態以沿一或多個方向選擇性地平移該工件，其中該控制器經進一步組態以經由對該工件平移設備之控制將該工件平移至一或多個溫度測量位置。
  15. 如請求項12所述之熱處理系統，其進一步包含離子植入設備，該離子植入設備經組態以將離子選擇性植入至該工件中。
  16. 如請求項12所述之熱處理系統，其中該熱夾具包含靜電夾具及機械夾緊板中之一者。
  17. 一種熱監測系統，其包含：熱夾具，其具有夾緊表面，該夾緊表面經組態以在離子植入系統中支撐工件；一或多個直接接觸式熱裝置，其經組態以在該工件駐留在該熱夾具之該夾緊表面上時直接接觸該工件之背面表面，其中該一或多個直接接觸式熱裝置經 組態以測量該工件之溫度，其中界定一或多個測量溫度，該一或多個直接接觸式熱裝置中之每一者包含一各別對的冗餘熱裝置，每一各別對的冗餘熱裝置包含：初級熱裝置，其經組態以測量該工件之該表面的初級溫度；以及次級熱裝置，其經組態以測量該工件之該表面的次級溫度；一或多個加熱器，其經組態以選擇性地加熱該工件；及一控制器，其經組態以基於該一或多個測量溫度選擇性地賦能該一或多個加熱器，其中該控制器經進一步組態以基於初級溫度及次級溫度的比較來判定該測量溫度之準確度，且其中該控制器經進一步組態以在該測量溫度之該準確度超過預定臨限值時提供信號。
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