CN106463404A - 有沟槽引导式光纤加热的温度控制设备、基板温度控制系统、电子器件处理系统及处理方法 - Google Patents

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Abstract

包括沟槽引导式光纤的基板温度控制设备。基板温度控制设备包括上部和下部构件(其中一者或两者包括沟槽)及多个在沟槽中被引导的光纤。在一个实施方式中，这些光纤适于提供基于光的像素化加热。在另一个实施方式中，嵌入式光温度传感器适于提供温度测量。描述了基板温度控制系统、电子器件处理系统、及包括沟槽引导式光纤温度控制和测量的方法作为许多其它的构想。

Description

有沟槽引导式光纤加热的温度控制设备、基板温度控制系统、 电子器件处理系统及处理方法
相关申请
本申请涉及在2014年7月2日申请的美国专利申请案第62/020,370号并主张该案的优先权，该案的标题为“TEMPERATURE CONTROL APPARATUS INCLUDING GROOVE-ROUTEDOPTICAL FIBER HEATING,SUBSTRATE TEMPERATURE CONTROL SYSTEMS,ELECTRONICDEVICEPROCESSING SYSTEMS,AND PROCESSING METHODS”(含有沟槽引导式光纤加热的温度控制设备、基板温度控制系统、电子器件处理系统以及处理方法)(代理人编号为21949/L)，为了所有的目的将所述申请案的内容以引用方式全部并入本文中。
技术领域
本发明涉及适用于电子器件制造的设备，更具体地涉及用于在高温基板处理期间控制基板温度的设备和系统。
背景技术
传统的电子器件制造系统可以包括一个或多个处理腔室。在一些电子器件制造系统中，一个或多个处理腔室可以被设置在主框架外壳周围，所述主框架外壳具有传送腔室及一个或多个负载锁定腔室。这些系统可以采用一个或多个处理腔室，所述处理腔室可以执行被插入处理腔室中的基板(例如晶片)上的处理工艺。处理工艺可以包括化学气相沉积(CVD)工艺，例如用以在基板上沉积薄膜的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺，或其它高温工艺。在处理工艺过程中，晶片可以静置在基座(例如基板支座)上，而且在处理期间晶片的温度可以受到一次或多次的控制(例如加热或冷却)。通常在一些实施方式中，加热可以被设置在基座内的电阻加热器提供。
然而，应当认识到，在这种高温处理的过程中，在整个基板上的即使只有微小的温度变化也可能会导致有差异的处理(例如可能不均匀的沉积)。
因此，需要在基板的高温处理中(尤其是等离子体增强化学气相沉积处理中)提供改良温度控制的设备、系统、及方法。
发明内容
在一个构想中，提供一种基板温度控制设备。所述基板温度控制设备包括下部构件、邻近所述下部构件的上部构件、多个形成在所述上部构件和所述下部构件中的一个构件或多个构件中的沟槽、及多条在所述这些沟槽内延伸的适于提供基于光的加热的光纤。
在另一个构想中，提供一种基板温度控制系统。所述基板温度控制系统包括光加热系统，所述光加热系统包括基板温度控制设备、多个被耦接至多条光纤中的至少一些光纤的光源、以及适于控制所述多条光纤中的光强度的光控制器，所述基板温度控制设备包括上部构件和下部构件、及在多个沟槽中横向延伸的所述多条光纤。
在另一个构想中，提供一种电子器件处理系统。所述电子器件处理系统包括适于执行基板上的处理工艺的处理腔室、在所述处理腔室内的基板温度控制设备、以及温度控制器，所述基板温度控制设备包括下部构件和适于与所述基板热接触的上部构件、及在多个沟槽中横向延伸的多条光纤，所述温度控制器被耦接至所述多条光纤并适于控制所述多条光纤中的光强度以提供热接触构件的温度控制。
在另一个构想中，提供一种处理基板的方法。所述方法包括以下步骤：提供基板温度控制设备，所述基板温度控制设备包括下部构件、邻近所述下部构件的上部构件、及在沟槽中横向延伸的多条光纤；以及控制被提供到所述多条光纤中的至少一些光纤的光强度，以实现所述上部构件的基于光的温度控制。
在另一个构想中，提供一种基板温度控制设备。所述基板温度控制设备包括下部构件、邻近所述下部构件的上部构件、多个形成在所述上部构件和所述下部构件之一或多者中的沟槽、及多条在这些所述沟槽内延伸的光纤。
依据本发明的这些及其它实施方式提供许多其它的构想。从下面的描述、所附的权利要求书、及附图，本发明实施方式的其它特征和构想将变得更充分显而易见。
附图说明
本领域的普通技术人员将理解的是，以下描述的附图仅用于说明的目的。附图未必依比例绘制，而且并无意图以任何方式限制本公开的范围。
图1说明了依据实施方式在一个或多个处理腔室中包括光纤加热的电子器件处理系统的示意性俯视图。
图2说明了包括光纤加热的基板温度控制系统的示意性部分截面图，其中依据实施方式光纤被铺设在沟槽中。
图3说明了依据实施方式上部构件被移开以显示出光纤在沟槽(例如辐条(spoke))内的定位的基板温度控制设备的一部分的示意性俯视图。
图4A说明了基板温度控制设备的一部分的局部放大截面图，图示出光纤在沟槽内的定位的第一实施方式。
图4B说明了基板温度控制设备的一部分的局部放大剖视图，图示出具有护套阻障层的光纤在沟槽内的定位的第二实施方式。
图4C说明了基板温度控制设备的一部分的局部放大截面图，图示出光纤在沟槽内的定位的第三实施方式。
图4D说明了基板温度控制设备的一部分的局部放大侧视图，图示依据实施方式被插在沟槽中的光传感器。
图4E说明了基板温度控制设备的一部分的放大剖面局部侧视图，图示依据实施方式被插进并封装(pot)在沟槽中的光纤。
图4F说明了基板温度控制设备的一部分的放大剖面局部侧视图，图示依据实施方式被插在沟槽中并端接于二氧化硅毛细管的光纤。
图4G说明了基板温度控制设备的一部分的放大剖面局部侧视图，图示依据实施方式被插在形成于上部构件的沟槽中的光纤。
图5说明了依据实施方式的上部构件被移开以显示出各种沟槽图案的基板温度控制设备的一部分的示意性俯视平面图。
图6A说明了依据实施方式的上部构件被移开以显示出各种沟槽的蛇形构造的基板温度控制设备的一部分的示意性俯视平面图以。
图6B说明了依据实施方式在将上部构件粘接于下部构件之后适于被插入沟槽的光纤组件的一部分的部分侧视图。
图7说明了依据实施方式绘示处理基板的方法的流程图。
具体实施方式
在适合在高温下处理基板的电子器件制造系统中，可能需要非常精确的温度控制。在一些电子器件制造系统中，例如等离子体增强化学气相沉积系统，这些系统被构造并适合在高于500℃、在高于600℃、甚至可能需要在高达650℃的操作温度下操作。利用分区电阻式加热来实现温度控制的各种方法已经被采用。然而，一般来说，这样的系统可能缺乏足够的温度控制。
依据本发明的一个或多个实施方式，提供包括基板温度控制设备的电子器件处理系统，所述基板温度控制设备适合在高温处理的过程中提供改良的基板温度控制。本文描述的设备、系统、及方法可以经由提供适合在高温下热控制基板温度的温控平台来提供改良的温度控制，高温例如高于500℃、高于600℃、甚至在约650℃。
在一些实施方式中，基板温度控制设备可以包括温控平台，并且可以包括多个光纤，这些光纤在形成于基板温度控制设备中的沟槽内被引导。光纤以一个或多个捆束方式进入沟槽内并在沟槽内延伸(例如横向延伸)，而且端接于平台内的多个期望位置。多个光纤可被用于提供独立可控制的像素化热源，或可选地，像素化热源可以被分区控制。光纤加热可被单独使用作为主要热源，或是作为其它形式的温度控制(例如电阻式加热)的补充。包括光纤加热可以提供改良的温度调整范围及灵活性。
本文中参照图1-图7描述例示的基板温度控制设备、包括沟槽引导式光纤加热的基板温度控制系统、电子器件处理系统、及方法的进一步细节。
图1说明了依据本发明的一个或多个实施方式的包括光纤加热的电子器件处理系统100的例示实施方式的示意性俯视图。电子器件处理系统100可以包括壳体101，壳体101具有界定传送腔室102的壁。壁可以包括例如侧壁、底板及顶板。机器人103(以虚线的圆表示)可以被至少部分地容纳在传送腔室102内。机器人103可以被构造并适合经由机器人103可动臂的操作往来于不同目的地以放置或抽出基板。本文中使用的“基板”应指用以制造电子器件或电路元件的物件，例如含硅晶片或物件、图案化的或掩膜化的硅晶片或物件、或类似物。然而，只要在需要基板高温控制之处，本文所述的设备、系统及方法均可具有广泛的实用性。本发明的实施方式对受控高温加热可以是有用的，例如高于500℃、高于600℃、约650℃、或甚至更高的温度。
在绘示的实施方式中，机器人103可以是适合服务被耦接到传送腔室102并可从传送腔室102接取的各个腔室的任何适当类型的机器人。机器人103可以是选择顺应性装配机器手臂机器人(selective compliance assembly robot arm；SCARA)或其它适当的机器人类型。例如，可以使用诸如在US 5,838,121、US 6,582,175、US 6,379,095、US 7,927,062、US 8,016,542、及美国专利公开文献US 2010/0178147和US 2010/0178146中公开的机器人103。也可以使用其它的机器人类型。
机器人103的各个臂的动作可以通过来自机器人控制器104的对驱动组件(图中未表示)的适当的命令进行控制，驱动组件含有多个驱动马达。来自机器人控制器104的信号可以引起机器人103的各个部件动作，从而引起基板在处理腔室106A-106C与一个或多个负载锁定腔室110C之间的移动。可以通过例如位置编码器的各种传感器或类似物为一个或多个部件提供适当的反馈机制。机器人103可以包括适合被附接于壳体101的壁(例如底板或顶板)的基部。机器人103的臂可适合在X-Y平面(如图所示)上相对于壳体101移动。可以使用任何适当数量的、适合携带基板的臂部件和终端受动器(有时称为“叶片”)。
另外，在一些实施方式中，机器人103的驱动组件可以包括Z轴移动能力。具体而言，可以提供臂沿着垂直方向(进出图1的纸面)的垂直移动，以便往来于处理腔室106A-106C及一个或多个负载锁定腔室110C放置和拾取基板。
在绘示的实施方式中，传送腔室102可以具有一个或多个耦接到传送腔室102并可从传送腔室102接取的处理腔室106A-106C，处理腔室106A-106C中至少一些腔室适于进行在插置在其中的基板上的高温处理。处理腔室106A-106C可以被耦接到壳体101的各个面(facet)，并且每个处理腔室106A-106C可以被构造并且能操作以进行在基板上的适当处理工艺(例如等离子体增强化学气相沉积工艺)。应当理解的是，包括本文所述沟槽引导式光纤加热的基板温度控制设备130对于在高温发生的其它处理工艺(例如物理气相沉积和离子注入(ionimplant)、或类似处理工艺)可以具有效用。特别是，依据本发明的构想，在处理腔室106A-106C中发生的一个或多个处理工艺可以包括经由沟槽引导式光纤加热的温度控制。
在电子器件处理系统100中，基板可以被从工厂接口108接收，而且还可以经由负载锁定设备110的负载锁定腔室110C离开传送腔室102进入工厂接口108。工厂接口108可以是任何具有形成工厂接口腔室108C的壁表面的壳体(enclosure)。一个或多个载入口112可以被设置在工厂接口108的一些表面上，而且可以被构造并适合接收(例如接装(dock))一个或多个例如在前表面的基板载具114(例如前开式标准舱；FOUP)。
工厂接口108可以在工厂接口腔室108C内包括传统结构的适当的装载/卸载机器人116(以虚线表示)。装载/卸载机器人116可以被构造和操作来从一个或多个基板载具114的内部抽出基板并将基板馈送至负载锁定设备110的一个或多个负载锁定腔室110C中。
依据本发明的一个或多个实施方式，基板温度控制设备130可以被设置在一个或多个处理腔室106A-106C中。从下文将显而易见的是，适于提供基于光的基板加热的沟槽引导式光纤加热可以被基板温度控制设备130提供。本文中的描述将集中于在处理腔室106B中设置基板温度控制设备130。然而，相同的基板温度控制设备130也可以被包括在其它的处理腔室106A、106B的一个或两者之中。在一些实施方式中，基板温度控制设备130可以被包括在所有的处理腔室106A-106C中。可以设置数量更多或更少的、包括基板温度控制设备130的处理腔室。
现在参照图1和图2，在一些实施方式中，可以被耦接到一个或多个热元件242(例如电阻式加热元件)的温度单元122可以与由基板温度控制设备130提供的沟槽引导式光纤加热一起使用，以将基板240的一个或多个部分的温度控制到期望的温度。
在系统的层次上，在绘示的实施方式中，可以由基板温度控制系统120提供温度控制。基板温度控制系统120可以是电子器件处理系统100的子部。基板温度控制系统120可以包括温度单元122，温度单元122可以耦接热元件242并为热元件242(例如金属电阻式加热元件或迹线)提供电源，而且温度单元122可以构成一个或多个腔室(例如处理腔室106A、106B、106C)的温度控制(例如加热)的主要来源。
在一些实施方式中，光加热系统124可以作为辅助加热系统与温度单元122和热元件242一起操作。在其它实施方式中，光加热系统124可以是在一个或多个处理腔室106A-106C内适合加热基板240的唯一的加热系统。
光加热系统124可以包括耦接(例如光耦接)到基板温度控制设备130的光源阵列125、及光控制器126。基板温度控制系统120可以包括温度控制器128，温度控制器128能操作以控制在腔室(例如处理腔室106B)内正在受到温度控制的基板240的温度。温度控制器128可以操作以控制温度单元122，而且在一些实施方式中温度控制器128可以与光控制器126对接。因此，可以使用温度控制器128来与光控制器126和温度单元122通信，以控制与基板温度控制设备130热接触的基板240的温度。可以从一个或多个位置提供适当的温度反馈。在一些实施方式中，温度控制器128及/或光控制器126可以接收来自内嵌在基板温度控制设备130中的光传感器的温度反馈，如本文中将进一步解释的内容。
现在参照图2和图3，将更详细地描述被包括在光加热系统124中的基板温度控制设备130。光加热系统124可以包括基板温度控制设备130，基板温度控制设备130可以包括平台，基板240(以虚线表示)可以静置在所述平台上或与所述平台热接触。如图所示，基板温度控制设备130包括下部构件232和邻近下部构件232的上部构件234。多个沟槽235被形成在一个或多个上部构件234和下部构件232中。多个适合提供基于光的加热的光纤236在沟槽235内被引导并延伸。
如图2和图3所示，沟槽235可以只形成在下部构件232中。然而，应当认识到，沟槽235可以被形成在上部构件234中或在上部构件234和下部构件232两者中。在绘示的实施方式中，上部构件234被设置成与基板240热接触，以控制基板240的温度。
如图所示，多条光纤236被构造以在沟槽235内横向延伸。本文中使用的“横向延伸”意指光纤(沿着它的纵轴)的长度在沟槽235内水平地通过。沟槽235可被定向为大体上平行于上部构件234的上表面平面延伸。由于将光纤236铺设在沟槽235中而造成的稍微偏离平行是有可能的。可以以任何适当的图案设置多个沟槽235。如图3所示，一种图案包括多个径向辐条。也可以使用其它适当的沟槽图案。
多条光纤236适于对基板240提供基于光的加热。多条光纤236可以端接在沟槽235中的多个径向位置(例如参见图3)。光纤236可以以捆束方式(例如作为一组光纤)穿过下部构件232，然后弯曲并在沟槽235内横向延伸。光加热系统124可以包括光源阵列125，光源阵列125包括多个光源238，多个光源238耦接到至少一些、较佳大多数或全部的多条光纤236。光控制器126可以被构造以控制通入多条光纤236并由多条光纤236承载的光功率(例如强度)。
在操作中，使用多条光纤236中的至少一些光纤所承载的光来加热上部构件234的下侧的局部部分，并且因此至少经由传导来加热基板240。当多条光纤236被弯曲、定位并端接在期望位置时，上部构件234的许多局部部分可以被加热。在一些实施方式中，这种局部加热可以与由温度单元122和热元件242提供的温度控制结合。在其它实施方式中，通过多条光纤236局部(例如像素化)的加热可以是提供到上部构件234的仅有的加热。
例如，在一些实施方式中，温度控制可以使基板240(以虚线表示)被加热到大于约500℃、大于约550℃、大于约600℃、或甚至约650℃、或更高温度的标称温度。例如，在一些实施方式中，温度控制可以使基板240(以虚线表示)被加热到介于约600℃和约700℃之间的标称温度。在一些实施方式中，这种加热可以在一个或多个处理腔室106A-106C内在基板240上进行。例如，在一些实施方式中，温度控制可以使基板240(以虚线表示)例如在等离子体增强化学气相沉积处理工艺中被加热。
在一些实施方式中，热元件242可以提供主要加热源来将上部构件234加热到标称温度，并且基板温度控制设备130可以提供辅助或补充的加热源，使得标称温度可以被进一步调整到界限之间，例如在标称温度的约+/-10℃之间、在标称温度的约+/-20℃之间、或甚至例如在标称温度的约+/-30℃之间。其它的温度调整量可以通过使用功率更大或更小(具有更多或更少的光输出功率)的光源238来完成。因此，依据本发明的各个构想，温度控制可以通过在像素化基础上的光纤加热来实现。
其中一些光纤236可以包括在光纤终端处的各种光学特征，包括扩散发射器(diffuse emitter)、带透镜的尖端(lensed tip)、或成角度的裂缝(angled cleave)。这样的光学特征可被用于将光引导到漫射器的一个或多个表面或以其它方式最小化返回光纤236中的光反射。这样的光学特征在2014年7月2日提出的美国临时专利申请案第62/020,367号申请中有更全面的描述，其标题为“APPARATUS,SYSTEMS,AND METHODS FORTEMPERATURE CONTROL OF SUBSTRATES USING EMBEDDED FIBER OPTICS AND EPOXYOPTICAL DIFFUSERS”(使用嵌入式光纤和环氧树脂光漫射器控制基板温度的设备、系统及方法)。
现在将描述光纤加热的操作。例如，若基板240的标称期望温度为约650℃，但在处理腔室106B中的几何差异或热异常差异或其它差异、或上部构件234和下部构件232的设计使得难以在整个基板240的所有部分实现标称温度，则除了由温度单元122和耦接的热元件242提供的任何热之外，可以由光加热系统124提供辅助加热。在一个或多个实施方式中，辅助加热可以由光加热系统124提供，以调整局部区域来满足任何所需的温度曲线(temperature profile)。在一些实施方式中，光加热系统124可被用来调整局部区域，以提供基板240的大体上均匀的温度曲线。然而，在一些实施方式中，可以故意使所需的温度曲线不均匀。
还应当显而易见的是，在一些实施方式中，光加热系统124可以是唯一的加热源(即没有温度单元122或热元件242存在)。在此实施方式中，光控制器126可以是唯一存在的温度控制器，而且可以通过个别地或分区地调整到达个别光纤236的光强度来调整局部区域的温度。
更详细地，下部构件232可以是一种陶瓷材料，例如氮化铝(AlN)。下部构件232可以包括下部支撑主体232B，并且可以包括从下部支撑主体232B向下延伸的过渡支柱232T，下部支撑主体232B可以是平面的圆碟(planer disc)。下部构件232还可以包括从下部支撑主体232B向下延伸并且可被用于支撑处理腔室106B内的基板温度控制设备130的下部构件支座232S。每个过渡支柱232T和下部构件支座232S皆可以扩散结合到下部支撑主体232B或以其它方式使用活性金属铜焊焊接。过渡支柱232T的几个部分可以使用惰性气体(例如氮气或其它惰性气体)净化，以防止光纤在高温下因OH吸收或失玻(devitrification)而劣化。
下部构件232还可以包括一个或多个通过下部支撑主体232B的通道244(例如一个或多个孔)。在绘示的实施方式中，如图所示，将位于中心的单一通道244设置成通过下部支撑主体232B。通道244可以延伸穿过过渡支柱232T。通道244可以在上端包括半径249。半径249可以例如在约6mm和20mm之间，而且可以在光纤236过渡进入沟槽235中时有助于减少光纤236中的弯曲应力。多条光纤236可以经由一个或多个通道244进入。例如，多条光纤236可以以捆束方式进入通过通道244，然后一个或多个光纤236可以被引导到沟槽235中，如图3所示。在一些实施方式中，单个光纤236可以被接收在每个沟槽235中。在其它实施方式中，多个光纤236可以被接收在一些沟槽235中(参见图6B-图6B)。
次要通道245可以被包括并通过下部支撑主体232B，以容纳升举销246、温度探针、或类似物。另外地或可选地，在一些实施方式中可以包括第三通道247，以使电线通到热元件242(若存在的话)。第三通道247也可被用来让电线通到静电夹盘元件(若存在的话)。在一些实施方式中，可以设置多个通道(像是通道244)，以将光纤236的捆束引导到各个区域中，而光纤236从多个通道伸展并进入一个或多个从中发散的沟槽中。可以使用任何适当数量的通道244来让光纤236的捆束通过下部构件232。
一旦通过一个或多个通道244，则光纤236在半径249周围弯曲(例如以近似90度的角度)并向外延伸(例如在一些实施方式中径向延伸)，而且被铺设在沟槽235中。在一些实施方式中，基板温度控制设备130中光纤236的弯曲部或全部长度可以包括退火，使得弯曲形状可以得以保持并且弯曲应力可以被释放。退火可以在真空或惰性气体环境中、在例如约800℃和约900℃之间进行足够的时间，以防止光纤236劣化。
光纤236可以具有各种适当的长度，而且可以在沟槽235内横向延伸到各个所需的终端位置。沟槽235可以具有不同的长度，如图3所示，而且可以具有任何适当的沟槽形状。在一些实施方式中，沟槽235可以从一个或多个通道244发散并且是直的，而其它的沟槽可以从一个或多个通道244发散并且可以是弯曲的、圆形的、或甚至是蛇形的(参见图5和图6A)。直的、弯曲的、圆形的、及蛇形沟槽235的组合、或直的、弯曲的、圆形的、及蛇形部分的组合可被用于构建每个沟槽235。
沟槽235也可以具有任何适当的横截面形状。例如，图4A-4C和图4E说明了沟槽235的各种形状及在沟槽235内引导光纤236的方法。图4A说明了沿着图3的截面线4A-4A所作的、但包括上部构件234及适合将上部构件234粘接于下部构件232的粘接材料448的局部放大截面图。如图所示，沟槽235的横截面形状可以大致为矩形。然而，也可以使用其它的横截面形状，例如半圆形、梯形、或类似的形状。沟槽235可以通过任何适当的机械加工手段(例如激光机械加工、磨料水射流切割、使用金刚石工具研磨或铣削、及类似手段)形成在下部构件232中。沟槽235的宽度可以大于光纤236的宽度，使得光纤236可以不承受由于热膨胀不匹配而产生的应力。例如，沟槽235的宽度可以比在沟槽235内被引导的光纤236或光纤236组(例如捆束)的外部尺寸宽约1mm或更大。例如，沟槽235的尺寸可以介于约1mm和3mm宽之间，并且深度可以介于约1mm和3mm之间。也可以使用其它的尺寸。
沟槽235的数量可以总计20个或更多，而且在一些实施方式中介于约50个和500个之间，例如当单个光纤236被接收在每个沟槽中时。在一些实施方式中，当多个光纤236被接收在每个沟槽235中时，可以设置介于约5个和约50个之间的沟槽235。因此，根据设计，例如可以设置介于约5个和约500个之间的沟槽。可以将涂层施加于一个或多个沟槽235的内部，以改良光吸收。例如，可以使用适用于高温工作的黑色高温涂层。
在一些实施方式中，阻障层450可以被设置在光纤236和粘接材料448之间。例如，在图4A-4C中，阻障层450可以被设置在沟槽235内或上并沿光纤236的长度。在图4B中，阻障层450可以被设置在沟槽235中，而且可以是可沿着光纤长度松散地包围光纤236的材料的护套或套筒。在图4E中，阻障层450可以是包围光纤236的至少一部分的粉末。所述粉末可以是碳化硅粉末材料。阻障层450可以是防止粘接材料448(可以是铜焊箔或玻璃料或类似物)与光纤236接触的任何适当材料。这允许光纤236在下部构件232变热时在沟槽235中纵向移动。在一个或多个实施方式中，阻障层450可以是纺织的、编织的、或纤维陶瓷布或纸。可以使用其它的材料，例如玻璃纤维或粉末陶瓷，例如粉末状碳化硅。可以将其它适当的高温材料使用于阻障层450。根据所使用的构造，可以使用适当的有机粘合剂将阻障层450及/或光纤236粘着于沟槽235，或将阻障层450粘着于沟槽235或高于沟槽235之处。例如，在一些实施方式中，可以使用紫外线(UV)固化环氧粘合剂在沟槽235中固定光纤236。也可以使用紫外线(UV)固化环氧粘合剂来固定阻障层450。所需的是，有机粘合剂在基板温度控制设备130的后续处理或操作过程中被热移除。也可以使用将光纤236固定在沟槽235中的其它手段。例如，在沟槽235内可以通过夹子将光纤236保持就位，所述夹子例如由高温金属(例如铬镍铁合金Inconel 750)形成的金属夹或弹簧。在其它实施方式中，可以通过被插入个别光纤236上方的塑胶管道将光纤236保持就位。管道可以由聚四氟乙烯(PTFE)制成，PTFE可以在约400℃和约500℃的温度下热解。在一些实施方式中，可以通过塑胶垫片或通过热熔热塑性粘合剂(hot-melt thermoplastic adhesive)将光纤236保持就位，所述热熔热塑性粘合剂例如可购自Aremco Products Inc.of Valley Cottage,NY的CRYSTALBOND 555，可以使用热水将CRYSTALBOND 555从组件移除。在一些实施方式中，可以使用热缩管道将光纤236组合成捆束以易于组装。热缩管道可以由PTFE构成，PTFE可以通过热解去除。在一些实施方式中，例如可以使用由适当的高温金属(例如金属或金属合金)构成的毛细管道将光纤236引导到沟槽235或在沟槽235内引导光纤236。
在图2和图3绘示的实施方式中，光纤236可以作为光纤236的捆束通过通道244，而且可以被限制或固定在通道244内。例如，可以使用通道244内提供的封装材料251封装光纤236的捆束，例如使用陶瓷粘合剂。一种适当的陶瓷粘合剂是购自Aremco Products Inc.ofValley Cottage,NY的CERAMACAST 865。可以使用其它适当的封装材料。封装材料251可以位于通道244的底部、顶部、中间或全部沿着通道244。封装材料251操作来使光纤236在通道244中固定就位。在一些实施方式中，光纤236的捆束可以被限制在套筒及/或金属毛细管中。可以使用任何用于阻障层450的材料中的高温材料的圆碟形垫片(例如模冲孔的垫片)覆盖光纤236弯曲进入沟槽235的过渡区域。阻障层450和过渡区域中的垫片可以隔离光纤236免于与粘接材料448接触。
上部构件234可以被设置在下部构件232上方，而且可以包含上部支撑主体234B，上部支撑主体234B可以具有圆碟的形状。上部构件234也可以是一种陶瓷材料，例如氮化铝(AlN)陶瓷，就像下部构件232那样。光纤236可以被铺设在沟槽235中并横向延伸，以加热上部构件234的各个下侧部分。可以使用适当的粘接材料448，例如金属铜焊膜或玻璃料，以将上部构件234和下部构件232粘接在一起。在粘接之前插入光纤236的一些实施方式中，可以使用玻璃料或金属铜焊来将上部构件234结合于下部构件232。一种可能的铜焊是通过使用可以在约850℃的温度焊接的铜-银焊料。在另一个实例中，可以使用玻璃料粉末。玻璃料粉末可以通过添加填充剂及调整玻璃化学品来调整，以匹配用于上部构件234和下部构件232的陶瓷材料的热膨胀系数(CTE)，并提供适当的熔点。粘接材料448的粘接厚度可以介于例如约0.3mm至约0.5mm之间。
在一些实施方式中，基板温度控制设备130的径向边缘可以包括耐蚀刻材料形成的保护层256。保护层256可以由任何能够抵抗存在于处理腔室106B内的气体或其它材料的蚀刻的材料制成。例如，保护层256可以是氧化钇(Yttria)材料，氧化钇可以通过喷涂处理工艺(例如等离子体喷涂)施加。可以使用其它适当的施加处理工艺。保护层256可以为粘接材料448的层提供保护，尤其是免于来自处理腔室106B中可能使用的氟基清洁化学品的侵蚀。
上部构件234可以包括嵌入其中的热元件242。在一些实施方式中，热元件242可以提供单区加热或双区加热，而且可以被垂直构造在光纤236位置的上方，或在一些实施方式中在光纤位置的下方。热元件242可以提供大多数的热，而由光纤236提供的基于光的加热则提供局部的加热补充，以提供邻近光纤236的终端位置的局部温度调整的能力。
在图1-2绘示的实施方式中，光控制器126可以是具有处理器、存储器、及外围部件的任何适当控制器，适合执行闭环控制或其它适当控制方案，并控制从光源阵列125的各个光源238发出的光功率(例如瓦特)。至少一些光源238被耦接到光纤236并提供光功率(例如红外线能量)到光纤236。光纤236可被排列成捆束(如图所示)，而且可以在被引导到下部构件232时在长度至少一部分之上包括保护性护套252。在一些实施方式中，保护性护套252可以是柔性不锈钢管。也可以使用其它适当的护套材料。
光纤236可以包括任何适当的光纤类型，例如渐变折射率光纤(graded-indexoptical fiber)、阶变折射率单模光纤(step-index single mode optical fiber)、多模光纤(multi-mode optical fiber)、或甚至光子晶体光纤(photonic crystal opticalfiber)。可以使用表现出相对高抗弯曲性的光纤236。也可以使用数值孔径(NA)相对高的光纤，例如NA大于约0.1、大于约0.2、或甚至大于约0.3。可以使用任何适当数量的光纤236，例如20条或多于20条、50条或多于50条、100条或多于100条、200条或多于200条、300条或多于300条、400条或多于400条、甚至多达500条或多于500条。光纤236的终端可以位于上部构件234的上表面下方约0.125英寸(约3.2mm)至约0.5英寸(12.3mm)之间。其它垂直位置也是可能的。
一个使用277条耦接到10W光源238的光纤236的实例(其中沟槽235中的光纤236的终端位于上部构件234的上表面下方0.325英寸(8.3mm)处)提供相对均匀的基于光的加热。光纤236可以通过任何适当的传统耦接手段耦接到各个光源238。
如图4A所示，光纤236可以各自在外表面上包括金属膜453。根据操作温度，可以将铝、铜或金用于金属膜453。在约650℃的温度下，可以将金用于金属膜453。例如，金属膜453可为约15微米厚。可以使用其它的厚度。
在保护性护套252中从光源阵列125延伸到下部构件232的光纤236可以包含标准涂布聚合物的光纤(例如丙烯酸酯或丙烯酸酯-环氧聚合物涂层)。光纤236可以例如在过渡支柱232T下方的点接合到涂布聚合物的光纤。
在一些实施方式中，一个或多个光源238C可以由传感器光纤254耦接到控制传感器255，例如光接收器(例如光二极管)。每个光源238可以是激光二极管，例如单发射器二极管(single emitter diode)。激光二极管可以具有任何适当的输出波长范围，例如介于约915nm和约980nm之间。也可以使用其它的输出范围。输出功率可被调整到介于约0W至约10W之间。然而，也可以使用更高功率的二极管(例如大于10W)。激光二极管可以包括具有例如105或110微米芯径(corediameter)的光纤输出。例如，可以使用来自IPG Photonics ofOxford,MA的型号PLD-10。可以替代地使用其它类型的光源238。依据实施方式，可以使用数量介于约20个和约500个之间的光源238。如图所示，光源238可以静置在共用的散热器459上或与散热器459热接合，散热器459可以被冷却源462冷却(例如液体冷却)到介于约20℃和约30℃之间。冷却源462可以是例如冷却水源。也可以使用其它类型的冷却源462。
在控制光源238C的相关输出(例如光强度或热产生)上可以使用控制传感器255来提供反馈给光控制器126。可选地或另外地，并且如图4D所示，一个或多个光温度传感器458可以被设置在一个或多个沟槽235中并被耦接到温度测量系统460，以能够监测基板温度控制设备130的内侧部分的局部温度。例如，光温度传感器458可以是耦接到分光计的光纤布拉格光栅，所述分光计可以是温度测量系统460。可以使用光纤多工器(fibermultiplexer)或其它类似的部件来将多个光温度传感器458连接到单个分光计。光温度传感器458也可以由其它适当的手段实现，例如经由将光纤的尖端嵌入适当的粘合剂材料(例如可从Aremco Products Inc.of Valley Cottage,NY购得的CERAMACAST 865)中并测量由所述材料发射的热辐射。热测量可以借助将光纤耦接到铟镓砷光二极管来实现。耦接到光温度传感器458的光纤也可以被放在沟槽235中。可以使用任何适当的温度测量系统460来查询光温度传感器458。温度测量系统460可以与温度控制器128及/或光控制器126对接以提供温度反馈。可选地或另外地，也可以使用通过其它方法的热反馈，例如在基板温度控制设备130上的两个或多个电阻温度探测器(Resistance Temperature Detector，RTD)。
每个光源238可被单独控制，并被从低或零级光功率输出调整到高或最大级的光功率输出。各光源238为了控制在有限的点(像素)的温度而可被单独控制，或各光源238可被以光纤组集体控制，从而控制基板温度控制设备130的一个或多个区域的温度。如图4F所示，光纤236可以被设置在一个或多个形成在下部构件232中的沟槽235中。一个或多个光纤236可以端接于漫射器457。漫射器457能够使透射光被分散在比光纤236末端的表面区域更大的表面区域上。漫射器457可以是透明或半透明的管，例如含有熔融二氧化硅的管，其中光纤236的末端可以被插入或以其它方式拼接至所述管。可以使用其它适当的漫射器装置。图4G说明了另一个实施方式，其中光纤236被接收在形成于上部构件234中的沟槽235中。本文所述的任何系统皆可以通过光纤236被接收在形成于上部构件234或下部构件232任意一种构件中的沟槽235中的方式来实施。
可以实施任何适当的温度控制原理。在一种控制构想中，可以寻求在基板240的上表面各处高度均匀的温度分布。在另一种构想中，可能需要故意不均匀的温度分布(例如在基板240的边缘更热或更冷)。依据本发明的构想，依据取决于光控制器126实施的控制原理的发明构想，可以视需要提供每种温度曲线。因此，本发明的一些实施方式可以提供方位上的温度变化。
现在参照图5，包括多个沟槽535的下部构件532的另一个实施方式被图示出，多个沟槽535被形成在一个图案中并互连到通道544。预测量长度的光纤(图中未表示)可以以捆束方式被馈送通过通道544，并被引导且就位(例如铺设并至少暂时粘着)在多个沟槽535中。多个沟槽535可以被设置在包括至少一些径向辐条535S的图案中。径向辐条535S可以从通道544或通道544附近发散并从通道544径向向外延伸。在一些实施方式中，径向辐条535S可以不是直的，但径向辐条535S上可以包括曲率。在一些实施方式中，径向辐条535S可以偏离纯粹的径向方向，而且可以与径向方向形成高达60度的角度。六个径向辐条535S被图示出，但也可以使用数量更多或更少的径向辐条535S。
在另一个构想中，多个沟槽535可以被设置在包括一个或多个圆形槽部535C的图案中，圆形槽部535C可以是部分或完整的圆。多个完整的圆作为圆形槽部535C被表示在图5中。如图所示，在一些实施方式中，圆形槽部535C可以是同心的。八个圆形槽部535C被图示出，但也可以使用数量更多或更少的圆形槽部535C。
如图5所示，当多个沟槽535包括的图案具有多个径向辐条535S和圆形槽部535C两者时，则可以设置过渡沟槽535T。过渡沟槽535T可以具有大于约15mm的半径，以允许从径向辐条535S圆滑地过渡到圆形槽部535C。每个沟槽535可以端接于槽袋535P(标记出几个)中，而且可以使光纤(图中未表示)劈开到终端端接于槽袋535P内的长度。这有助于精确定位终端。
图6A说明了包括形成在其中的沟槽635的下部构件632的另一个实施方式的俯视图。沟槽635包含如图所示的蛇形路径，但沟槽的路径可以具有任意形状。将沟槽635图示为被加工在下部构件632中。这些沟槽635开始于中心附近并在向外移动时相交于期望的“像素”位置。8个沟槽635被图示出，但沟槽635的数量可以更多或更少，这取决于所需“像素”位置的数量。
如图6A的局部侧视图所示，光纤636A、636B、636C等可以在上部构件234被粘接于下部构件632之后被插入沟槽635中。因为光纤636A、636B、636C等在上部构件234粘接于下部构件632时没有被安装，从而可以使用较高温的粘接处理工艺(例如扩散粘接处理工艺)。扩散粘接在高于光纤的熔化温度(约1600℃)的约1800℃下进行，而且可以提供较高的粘接强度。金属毛细管可被从下部构件632的底部插入并与沟槽635相交。这些毛细管提供管道来帮助引导光纤组件665进入沟槽635。毛细管可以通过适当的高温粘合剂粘着于下部构件632。
在粘接之后插入光纤636A、636B、636C等的一些实施方式中，可以使用如上讨论的玻璃料或活性金属铜焊来将上部构件234结合于下部构件632。
为了在粘接之后实现插入沟槽635中，可以将多个光纤(例如图示的光纤636A、636B、636C)捆绑成如图6B所示的纤维组件665，这些光纤可以是如先前所述覆有金属膜(例如覆有金膜)的光纤。纤维组件665可以包括芯668，芯668可以包括具有指引构件670的推进线669，例如指引构件670形成在推进线669上的球形塑胶顶端。可以使用其它类型的指引构件670。这个芯668提供刚性和指引能力，以将纤维组件665穿入沟槽635中。
将光纤636A、636B、636C图示为被捆绑在推进线669周围，且光纤636A、636B、636C的终端沿着纤维组件665的长度交错。可以使用热缩管672(以虚线表示)来将纤维组件665的部件固定在一起。可以使用其它手段(例如适当的粘合剂)来将纤维组件665捆绑在一起。
推进线669可以由适合在高温(例如约650℃)操作的高温合金制成，例如由镍铬铁合金Inconel 600制成。推进线669可以是镀金的，从而将激光能量反射回到上部构件234(图中未表示)和下部构件632的周围陶瓷材料。热缩管672和指引构件670可以由PTFE制成，PTFE可以在高温粘接处理工艺的过程中或在单独的移除处理工艺中被热解。热解处理工艺具有完全去除PTFE材料的益处。
在一个或多个实施方式中，纤维组件665的光纤636A、636B、636C可以包括具有角度的裂缝(例如45度)，以使激光能量射出到一侧。光纤636A、636B、636C具有角度的裂缝指向的方向可以不受控制。每个单独的光纤636A、636B、636C可以指向上、向下或指到侧边。三个光纤(例如光纤636A、636B、636C)被表示在绘示的实施方式中。然而，约2条至约50条光纤、或甚至2条至一百条光纤可以被包括在每个光纤组件665中。在每个光纤组件665中具有约5条至约20条光纤可能是较佳的。
如图6A所示的热温度控制设备的下部构件632沿着每个沟槽635具有132个以约1英寸(约25mm)为间隔的像素。在每个沟槽635上被表示的点说明当图6B的纤维组件665完全插入沟槽635时沿着每个沟槽635的光纤(636A、636B、636C等)的终端位置。可以使像素的数量更多或更少。纤维组件665可以被插入并穿透到相应沟槽635中的正确深度，例如使得光纤组件665的末端位于沟槽635的末端。可以使用其它适当的纤维组件665和组装方法。
本文中将参照图7描述例如在电子器件处理系统(例如电子器件处理系统100)内处理基板的方法。方法700包括，在步骤702，提供基板温度控制设备(例如基板温度控制设备130)，所述基板温度控制设备包括下部构件(例如下部构件232、532、632)、邻近所述下部构件的上部构件(例如上部构件234)、及多个在沟槽(例如沟槽235、535、635)中横向延伸的光纤(例如光纤236、636A、636B、636C)。可以在将上部构件粘接于下部构件之前或之后将光纤安装在沟槽中。
方法700进一步包括，在步骤704，控制提供到多条光纤中的至少一些光纤的光强度，以实现上部构件的基于光的温度控制。当然，上部构件的温度控制还控制与之热接触的基板(例如基板240)的温度。在一个或多个实施方式中，方法700可以进一步包含通过耦接的温度单元(例如温度单元122)和热元件(例如热元件242)加热基板温度控制设备。
控制基板240的温度的方法700可以包括提供温度反馈，例如经由使用嵌入在一个或多个沟槽235、535、635中的光传感器(例如光传感器)提供温度反馈。在一些实施方式中，可以使用大量的嵌入光传感器。在其它实施方式中，可以采用基于模型的控制和数量较少的温度传感器。用于控制光纤236的控制方法可以基于来自处理腔室(例如处理腔室106B)中进行的处理工艺的反馈来调整，例如通过测量基板240上的处理结果。
前面的描述仅公开了本发明的例示实施方式。落入本发明的范围内的上述设备、系统、及方法的修改对于所属技术领域的普通技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已结合例示的实施方式来公开本发明，但应当理解的是，其它的实施方式也可能落入本发明的范围内，本发明的范围由以下所附权利要求书界定。

Claims (15)

1.一种基板温度控制设备，包含：
下部构件；
邻近所述下部构件的上部构件；
多个沟槽，所述沟槽形成在所述上部构件和所述下部构件之一者或更多者中；及
多条光纤，所述光纤在所述沟槽内延伸并且适于提供基于光的加热。
2.如权利要求1所述的基板温度控制设备，其中所述多条光纤包括金属膜。
3.如权利要求1所述的基板温度控制设备，其中所述上部构件的上部支撑主体和所述下部构件的下部支撑主体每个包含陶瓷材料。
4.如权利要求1所述的基板温度控制设备，其中所述多个沟槽被形成在所述下部构件的上表面中或所述上部构件的下表面中。
5.如权利要求1所述的基板温度控制设备，其中所述下部构件包括通道，并且所述多条光纤以捆束方式通过所述通道然后被引导进入所述多个沟槽。
6.如权利要求5所述的基板温度控制设备，其中所述通道延伸通过过渡支柱，所述过渡支柱从下部支撑主体向下延伸。
7.如权利要求1所述的基板温度控制设备，其中所述多条光纤中的至少一些光纤在所述多个沟槽中的至少一些沟槽内或上包括阻障层。
8.如权利要求7所述的基板温度控制设备，其中所述阻障层包含护套所述护套包住所述多条光纤中的至少一些光纤。
9.如权利要求1所述的基板温度控制设备，在所述多个沟槽中的一个或多个沟槽内包含光温度传感器。
10.如权利要求1所述的基板温度控制设备，其中所述多个沟槽被设置在包括一条或多条径向辐条的图案中。
11.如权利要求1所述的基板温度控制设备，其中所述多个沟槽被设置在包括一个或多个圆形槽部的图案中。
12.如权利要求1所述的基板温度控制设备，其中所述多条光纤中的至少一些光纤端接于所述多个沟槽中的一个或多个沟槽内的漫射器处。
13.一种基板温度控制系统，包含：
光加热系统，包括
基板温度控制设备，包括上部构件和下部构件、及在多个沟槽中横向延伸的多条光纤；
多个光源，被耦接至所述多条光纤中的至少一些光纤；以及
光控制器，适于控制所述多条光纤中的光强度。
14.一种电子器件处理系统，包含：
处理腔室，适于执行基板上的处理工艺；
在所述处理腔室内的基板温度控制设备，所述基板温度控制设备包括下部构件和适于与所述基板热接触的上部构件、及在多个沟槽中横向延伸的多条光纤；以及
温度控制器，所述温度控制器被耦接至所述多条光纤并适于控制所述多条光纤中的光强度，以提供所述上部构件的温度控制。
15.一种处理基板的方法，包含以下步骤：
提供基板温度控制设备，所述基板温度控制设备包括下部构件、邻近所述下部构件的上部构件、及在沟槽中横向延伸的多条光纤；以及
控制被提供到所述多条光纤中的至少一些光纤的光强度，以实现所述上部构件的基于光的温度控制。
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