KR102163083B1 - 홈 라우팅 광섬유 가열을 포함하는 온도 제어 장치, 기판 온도 제어 시스템들, 전자 디바이스 처리 시스템들 및 처리 방법들 - Google Patents

홈 라우팅 광섬유 가열을 포함하는 온도 제어 장치, 기판 온도 제어 시스템들, 전자 디바이스 처리 시스템들 및 처리 방법들 Download PDF

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Abstract

홈 라우팅 광섬유들을 포함하는 기판 온도 제어 장치가 제공된다. 기판 온도 제어 장치는 하나 또는 둘 다에 홈들을 포함하는 상부 부재 및 하부 부재, 그리고 홈들에서 라우팅되는 복수의 광섬유들을 포함한다. 일 실시예에서, 광섬유들은 광 기반 픽셀화 가열을 제공하도록 적응된다. 다른 실시예에서는, 내장된 광학 온도 센서들이 온도 측정을 제공하도록 적응된다. 홈 라우팅 광섬유 온도 제어 및 측정을 포함하는 기판 온도 제어 시스템들, 전자 디바이스 처리 시스템들 및 방법들이 다수의 다른 양상들로서 설명된다.

Description

홈 라우팅 광섬유 가열을 포함하는 온도 제어 장치, 기판 온도 제어 시스템들, 전자 디바이스 처리 시스템들 및 처리 방법들{TEMPERATURE CONTROL APPARATUS INCLUDING GROOVE-ROUTED OPTICAL FIBER HEATING, SUBSTRATE TEMPERATURE CONTROL SYSTEMS, ELECTRONIC DEVICE PROCESSING SYSTEMS, AND PROCESSING METHODS}
[0001] 본 출원은 "TEMPERATURE CONTROL APPARATUS INCLUDING GROOVE-ROUTED OPTICAL FIBER HEATING, SUBSTRATE TEMPERATURE CONTROL SYSTEMS, ELECTRONIC DEVICE PROCESSING SYSTEMS, AND PROCESSING METHODS"라는 명칭으로 2014년 7월 2일자 출원된 미국 특허출원 제62/020,370호(대리인 관리 번호 제21949/L호)에 관련되고 그 특허출원으로부터의 우선권을 주장하며, 이 특허출원은 이로써 모든 목적들을 위해 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
[0002] 본 발명은 전자 디바이스 제조에 사용하기에 적합한 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고온 기판 처리 중에 기판 온도를 제어하기 위한 장치 및 시스템들에 관한 것이다.
[0003] 종래의 전자 디바이스 제조 시스템들은 하나 또는 그 초과의 프로세스 챔버들을 포함할 수 있다. 일부 전자 디바이스 제조 시스템들에서, 하나 또는 그 초과의 프로세스 챔버들은 이송 챔버 및 하나 또는 그 초과의 로드락(load lock) 챔버들을 갖는 메인프레임 하우징 주위에 배치될 수 있다. 이러한 시스템들은 프로세스 챔버에 삽입된 기판(예를 들면, 웨이퍼) 상에서 프로세스를 수행할 수 있는 하나 또는 그 초과의 프로세스 챔버들을 이용할 수 있다. 처리는 기판 상에 박막을 증착시키는데 사용되는 화학적 기상 증착(CVD: chemical vapor deposition) 프로세스, 예컨대 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD: plasma-enhanced chemical vapor deposition) 프로세스 또는 다른 고온 프로세스를 포함할 수 있다. 처리 동안, 웨이퍼들은 페디스털(예를 들면, 기판 지지체) 상에 놓일 수 있으며 웨이퍼들의 온도는 프로세스 동안 1회 또는 그보다 여러 번 제어(예를 들면, 가열 또는 냉각)될 수 있다. 종래에, 가열은 일부 실시예들에서 페디스털 내에 제공된 저항성 히터들에 의해 제공될 수 있다.
[0004] 그러나 이러한 고온 처리 동안 기판에 걸친 작은 온도 변화들이라도 차별화된 처리(예를 들어, 가능하게는 불균일한 증착)를 야기할 수 있다고 인식되어야 한다.
[0005] 이에 따라, 기판들의 고온 처리에서, 특히 PECVD 처리에서 개선된 온도 제어를 제공하는 장치, 시스템들 및 방법들이 요구된다.
[0006] 한 양상에서, 기판 온도 제어 장치가 제공된다. 기판 온도 제어 장치는 하부 부재, 하부 부재에 인접한 상부 부재, 상부 부재와 하부 부재 중 하나 또는 그 초과에 형성된 복수의 홈들, 및 홈들 내에서 연장하는 광 기반 가열을 제공하도록 적응된 복수의 광섬유들을 포함한다.
[0007] 다른 양상에서, 기판 온도 제어 시스템이 제공된다. 기판 온도 제어 시스템은 상부 부재 및 하부 부재, 그리고 복수의 홈들에서 측면으로 연장하는 복수의 광섬유들을 포함하는 기판 온도 제어 장치, 복수의 광섬유들 중 적어도 일부에 결합된 복수의 광원들, 및 복수의 광섬유들에서 광 세기를 제어하도록 적응된 광학 제어기를 포함하는 광학 가열 시스템을 포함한다.
[0008] 다른 양상에서, 전자 디바이스 처리 시스템이 제공된다. 전자 디바이스 처리 시스템은 기판 상에서 프로세스를 실행하도록 적응된 프로세스 챔버, 프로세스 챔버 내의 기판 온도 제어 장치 ― 기판 온도 제어 장치는 기판과 열 접촉하도록 적응된 하부 부재 및 상부 부재, 그리고 복수의 홈들에서 측면으로 연장하는 복수의 광섬유들을 포함함 ―, 및 복수의 광섬유들에 결합되며 복수의 광섬유들의 광 세기를 제어하여 열 접촉 부재의 온도 제어를 제공하도록 적응된 온도 제어기를 포함한다.
[0009] 다른 양상에서, 기판들을 처리하는 방법이 제공된다. 이 방법은 하부 부재, 하부 부재에 인접한 상부 부재, 및 홈들에서 측면으로 연장하는 복수의 광섬유들을 포함하는 기판 온도 제어 장치를 제공하는 단계, 및 상부 부재의 광 기반 온도 제어를 달성하도록, 복수의 광섬유들 중 적어도 일부에 제공된 광 세기를 제어하는 단계를 포함한다.
[0010] 다른 양상에서, 기판 온도 제어 장치가 제공된다. 기판 온도 제어 장치는 하부 부재, 하부 부재에 인접한 상부 부재, 상부 부재와 하부 부재 중 하나 또는 그 초과에 형성된 복수의 홈들, 및 홈들 내에서 연장하는 복수의 광섬유들을 포함한다.
[0011] 본 발명의 이러한 그리고 다른 실시예들에 따라 다수의 다른 양상들이 제공된다. 본 발명의 실시예들의 다른 특징들 및 양상들은 다음의 설명, 첨부된 청구항들 및 첨부 도면들로부터 더 충분히 자명해질 것이다.
[0012] 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 아래에서 설명되는 도면들이 단지 예시를 위한 것일 뿐이라고 이해할 것이다. 도면들은 반드시 실척대로 그려진 것은 아니며, 어떤 식으로도 본 개시의 범위를 한정하는 것으로 의도되는 것은 아니다.
[0013] 도 1은 실시예들에 따라 하나 또는 그 초과의 프로세스 챔버들에서 광섬유 가열을 포함하는 전자 디바이스 처리 시스템의 개략적인 평면도를 예시한다.
[0014] 도 2는 실시예들에 따라 광섬유 가열을 포함하는 기판 온도 제어 시스템의 개략적인 부분 단면도를 예시하는데, 여기서 광섬유들은 홈들에 놓여있다.
[0015] 도 3은 실시예들에 따라 홈들(예를 들어, 스포크(spoke)) 내에서 광섬유들의 포지셔닝을 보여주도록 상부 부재가 제거된 기판 온도 제어 장치의 일부의 개략적인 평면도를 예시한다.
[0016] 도 4a는 홈 내에서 광섬유의 포지셔닝의 제 1 실시예를 보여주는 기판 온도 제어 장치의 일부의 확대된 부분 단면도를 예시한다.
[0017] 도 4b는 홈 내에서 시스 배리어(sheath barrier)를 갖는 광섬유의 포지셔닝의 제 2 실시예를 보여주는 기판 온도 제어 장치의 일부의 확대된 부분 단면도를 예시한다.
[0018] 도 4c는 홈 내에서 광섬유의 포지셔닝의 제 3 실시예를 보여주는 기판 온도 제어 장치의 일부의 확대된 부분 단면도를 예시한다.
[0019] 도 4d는 실시예들에 따라 홈에 삽입된 광학 센서를 보여주는 기판 온도 제어 장치의 일부의 확대된 부분 측면도를 예시한다.
[0020] 도 4e는 실시예들에 따라 홈에 삽입되며 포팅(pot)된 광섬유를 보여주는 기판 온도 제어 장치의 일부의 확대된 단면의 부분 측면도를 예시한다.
[0021] 도 4f는 실시예들에 따라 홈에 삽입되며 실리카 모세관에서 종결되는 광섬유를 보여주는 기판 온도 제어 장치의 일부의 확대된 단면의 부분 측면도를 예시한다.
[0022] 도 4g는 실시예들에 따라 상부 부재에 형성된 홈에 삽입된 광섬유를 보여주는 기판 온도 제어 장치의 일부의 확대된 단면의 부분 측면도를 예시한다.
[0023] 도 5는 다양한 홈들의 패턴들을 보여주도록 상부 부재가 제거된, 실시예들에 따른 기판 온도 제어 장치의 일부의 개략적인 상부 평면도를 예시한다.
[0024] 도 6a는 다양한 홈들의 서펜타인(serpentine) 구성을 보여주도록 상부 부재가 제거된, 실시예들에 따른 기판 온도 제어 장치의 일부의 개략적인 상부 평면도를 예시한다.
[0025] 도 6b는 실시예들에 따라 상부 부재를 하부 부재에 접합한 후 홈에 삽입되도록 적응된 섬유 어셈블리의 일부의 부분 측면도를 예시한다.
[0026] 도 7은 실시예들에 따라 기판들을 처리하는 방법을 도시하는 흐름도를 예시한다.
[0027] 고온에서 기판들을 처리하도록 적응된 전자 디바이스 제조 시스템들 내에서는, 매우 정밀한 온도 제어가 요구될 수 있다. PECVD 시스템들과 같은 일부 전자 디바이스 제조 시스템들에서, 시스템들은 500℃ 이상, 600℃ 이상, 그리고 심지어 650℃의 높은 동작 온도에서 동작하도록 구성되고 적응되는 것이 요구될 수 있다. 구역화된 저항성 가열을 이용하여 온도 제어를 달성하는 다양한 방법들이 사용되었다. 그러나 이러한 시스템들은 일반적으로, 충분한 온도 제어가 부족할 수 있다.
[0028] 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 고온 처리 동안 개선된 기판 온도 제어를 제공하도록 적응된 기판 온도 제어 장치를 포함하는 전자 디바이스 처리 시스템들이 제공된다. 본 명세서에서 설명되는 장치, 시스템들 및 방법들은 고온, 예컨대 500℃ 이상, 600℃ 이상에서, 그리고 심지어 약 650℃에서 기판의 온도를 열적으로 제어하도록 적응된 온도 제어 플랫폼을 제공함으로써 개선된 온도 제어를 제공할 수 있다.
[0029] 일부 실시예들에서, 기판 온도 제어 장치는 온도 제어 플랫폼을 포함할 수 있고, 그 안에 형성된 홈들 내에서 라우팅되는 다수의 광섬유들을 포함할 수 있다. 광섬유들은 하나 또는 그 초과의 번들들로 들어가 홈들 내에서 (예를 들면, 측면으로) 연장하고 플랫폼 내에서 다수의 원하는 위치들에서 종결된다. 다수의 광섬유들이 개별적으로 제어 가능한 픽셀화된 열원들을 제공하는데 사용될 수 있거나, 선택적으로는 픽셀화된 열원들이 구역적으로 제어될 수 있다. 광섬유 가열은 단독으로 주 열원으로서, 또는 저항성 가열과 같은 다른 형태들의 온도 제어에 대한 보완으로서 사용될 수 있다. 광섬유 가열을 포함하는 것은 온도 튜닝의 개선된 범위 및 유연성을 제공할 수 있다.
[0030] 예시적인 기판 온도 제어 장치, 홈 라우팅 광섬유 가열을 포함하는 기판 온도 제어 시스템들, 전자 디바이스 처리 시스템들 및 방법들의 추가 세부사항들이 본 명세서에서 도 1 - 도 7을 참조로 설명된다.
[0031] 도 1은 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따라 광섬유 가열을 포함하는 전자 디바이스 처리 시스템(100)의 예시적인 실시예의 개략적인 평면도를 예시한다. 전자 디바이스 처리 시스템(100)은 이송 챔버(102)를 한정하는 벽들을 갖는 하우징(101)을 포함할 수 있다. 벽들은 예를 들어, 측벽들, 바닥 및 천장을 포함할 수 있다. (점선 원으로 도시된) 로봇(103)이 이송 챔버(102) 내에 적어도 부분적으로 하우징될 수 있다. 로봇(103)은 로봇(103)의 가동 암들의 동작을 통해 다양한 목적지들로 그리고 다양한 목적지들로부터 기판을 배치하거나 추출하도록 구성 및 적응될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "기판들"은 실리콘 함유 웨이퍼들 또는 물품들, 패턴화되거나 마스크된 실리콘 웨이퍼들 또는 물품들 등과 같은 전자 디바이스들 또는 전기 회로 컴포넌트들을 제조하는데 사용되는 물품들을 의미할 것이다. 그러나 본 명세서에서 설명되는 장치, 시스템들 및 방법들은 기판의 고온 제어가 요구되는 모든 곳에서 광범위한 유용성을 가질 수 있다. 본 발명의 실시예들은 500℃ 이상, 600℃ 이상, 약 650℃, 또는 심지어 더 높은 온도들과 같은 제어된 고온 가열에 유용할 수 있다.
[0032] 도시된 실시예에서, 로봇(103)은 이송 챔버(102)에 결합되고 이송 챔버(102)로부터 액세스 가능한 다양한 챔버들을 서비스하도록 적응된 임의의 적당한 타입의 로봇일 수 있다. 로봇(103)은 선택적 컴플라이언스 어셈블리 로봇 암(SCARA: selective compliance assembly robot arm) 로봇 또는 다른 적당한 로봇 타입일 수 있다. 예를 들어, 미국 제5,838,121호, 미국 제6,582,175호, 미국 제6,379,095호, 미국 제7,927,062호, 미국 제8,016,542호 그리고 미국 특허 공보 제2010/0178147호 및 미국 제2010/0178146호에 개시된 것과 같은 로봇들(103)이 사용될 수 있다. 다른 로봇 타입들이 사용될 수 있다.
[0033] 로봇(103)의 다양한 암들의 움직임은 로봇 제어기(104)로부터의 복수의 구동 모터들을 포함하는 (도시되지 않은) 구동 어셈블리에 대한 적절한 커맨드들에 의해 제어될 수 있다. 로봇 제어기(104)로부터의 신호들은 프로세스 챔버들(106A-106C)과 하나 또는 그 초과의 로드락 챔버들(110C) 사이에서 기판들의 이동을 야기하도록 로봇(103)의 다양한 컴포넌트들의 움직임을 야기할 수 있다. 포지션 인코더들 등과 같은 다양한 센서들에 의해 컴포넌트들 중 하나 또는 그 초과에 적당한 피드백 메커니즘들이 제공될 수 있다. 로봇(103)은 하우징(101)의 벽(예를 들면, 바닥 또는 천장)에 부착되도록 적응되는 베이스를 포함할 수 있다. 로봇(103)의 암들은 하우징(101)에 대해 (도시된 바와 같이) X-Y 평면에서 이동 가능하도록 적응될 수 있다. 기판들을 운반하도록 적응된 임의의 적당한 수의 암 컴포넌트들 및 엔드 이펙터들(간혹 "블레이드들"로 지칭됨)이 사용될 수 있다.
[0034] 추가로, 로봇(103)의 구동 어셈블리는 일부 실시예들에서 Z-축 이동 능력을 포함할 수 있다. 특히, 프로세스 챔버들(106A-106C) 및 하나 또는 그 초과의 로드락 챔버들(110C)로 그리고 이들로부터 기판을 배치하고 선택하도록 수직 방향을 따라 (도 1의 종이 안팎으로) 암들의 수직 이동이 제공될 수 있다.
[0035] 도시된 실시예에서, 이송 챔버(102)는 이송 챔버(102)에 결합되어 그로부터 액세스 가능한 하나 또는 그 초과의 프로세스 챔버들(106A-106C)을 가질 수 있는데, 이들 중 적어도 일부는 내부에 삽입된 기판들 상에서 고온 처리를 실행하도록 적응된다. 프로세스 챔버들(106A-106C)은 하우징(101)의 면들에 결합될 수 있으며, 각각의 프로세스 챔버(106A-106C)는 기판들 상에서 적당한 프로세스(예를 들면, PECVD 프로세스)를 실행하도록 구성되고 동작 가능할 수 있다. 본 명세서에 설명되는 홈 라우팅 광섬유 가열을 포함하는 기판 온도 제어 장치(130)는 물리적 기상 증착 및 이온 주입 등과 같은, 고온에서 발생하는 다른 프로세스들에 대해 유용성을 가질 수 있다고 이해되어야 한다. 특히, 프로세스 챔버들(106A-106C)에서 발생하는 프로세스들 중 하나 또는 그 초과는 본 발명의 양상에 따라 홈 라우팅 광섬유 가열을 통한 온도 제어를 포함할 수 있다.
[0036] 전자 디바이스 처리 시스템(100) 내에서, 기판들은 팩토리 인터페이스(108)로부터 수용될 수 있고, 또한 로드락 장치(110)의 로드락 챔버(110C)를 통해 팩토리 인터페이스(108) 내로 이송 챔버(102)를 빠져나올 수 있다. 팩토리 인터페이스(108)는 팩토리 인터페이스 챔버(108C)를 형성하는 벽면들을 갖는 임의의 외장(enclosure)일 수 있다. 하나 또는 그 초과의 로드 포트들(112)이 팩토리 인터페이스(108)의 일부 표면들 상에 제공될 수 있으며, 하나 또는 그 초과의 기판 캐리어들(114)(예를 들면, 전면 개방형 통합 포드(front opening unified pod)들 - FOUP들)을 예컨대 그 전면에 수용(예를 들면, 도킹(dock))하도록 구성 및 적응될 수 있다.
[0037] 팩토리 인터페이스(108)는 팩토리 인터페이스 챔버(108C) 내의 종래의 구성의 (점선으로 도시된) 적당한 로드/언로드 로봇(116)을 포함할 수 있다. 로드/언로드 로봇(116)은 하나 또는 그 초과의 기판 캐리어들(114)의 내부로부터 기판들을 추출하고 로드락 장치(110)의 하나 또는 그 초과의 로드락 챔버들(110C) 내로 기판들을 공급하도록 구성되고 동작할 수 있다.
[0038] 본 발명의 하나 또는 그 초과의 실시예들에 따르면, 프로세스 챔버들(106A-106C) 중 하나 또는 그 초과에 기판 온도 제어 장치(130)가 제공될 수 있다. 다음으로부터 명백한 바와 같이, 기판의 광 기반 가열을 제공하도록 적응된 홈 라우팅 광섬유 가열이 기판 온도 제어 장치(130)에 의해 제공될 수 있다. 본 명세서의 설명은 프로세스 챔버(106B) 내에 기판 온도 제어 장치(130)를 제공하는데 초점을 맞출 것이다. 그러나 동일한 기판 온도 제어 장치(130)가 다른 프로세스 챔버들(106A, 106B) 중 하나 또는 둘 다에 포함될 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 온도 제어 장치(130)는 모든 프로세스 챔버들(106A-106C)에 포함될 수 있다. 기판 온도 제어 장치(130)를 포함하는 더 많은 또는 더 적은 수의 프로세스 챔버들이 제공될 수 있다.
[0039] 이제 도 1과 도 2를 참조하면, 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 열 엘리먼트들(242)(예를 들어, 저항성 가열 엘리먼트들)에 결합될 수 있는 온도 유닛(122)이 기판(240)의 하나 또는 그 초과의 부분들의 온도를 원하는 온도로 제어하도록 기판 온도 제어 장치(130)에 의해 제공되는 홈 라우팅 광섬유 가열과 함께 사용될 수 있다.
[0040] 시스템 레벨에서, 온도 제어는 도시된 실시예에서 기판 온도 제어 시스템(120)에 의해 제공될 수 있다. 기판 온도 제어 시스템(120)은 전자 디바이스 처리 시스템(100)의 서브파트일 수 있다. 기판 온도 제어 시스템(120)은 열 엘리먼트들(242)(예를 들면, 금속 저항성 가열 엘리먼트들 또는 트레이스들)에 결합하여 전력을 제공할 수 있으며 챔버들(예를 들면, 프로세스 챔버들(106A, 106B, 106C)) 중 하나 또는 그 초과에 대한 주 온도 제어 소스(예를 들면, 가열)를 구성할 수 있는 온도 유닛(122)을 포함할 수 있다.
[0041] 광학 가열 시스템(124)은 일부 실시예들에서 온도 유닛(122) 및 열 엘리먼트들(242)과 함께 보조 가열 시스템으로서 동작할 수 있다. 다른 실시예들에서, 광학 가열 시스템(124)은 하나 또는 그 초과의 프로세스 챔버들(106A-106C) 내에서 기판들(240)을 가열하도록 적응된 유일한 가열 시스템일 수 있다.
[0042] 광학 가열 시스템(124)은 기판 온도 제어 장치(130) 및 광학 제어기(126)에 결합된(예를 들어, 광학적으로 결합된) 광원 어레이(125)를 포함할 수 있다. 기판 온도 제어 시스템(120)은 챔버(예를 들면, 프로세스 챔버(106B)) 내에서 온도 제어되고 있는 기판(240)의 온도를 제어하도록 동작하는 온도 제어기(128)를 포함할 수 있다. 온도 제어기(128)는 온도 유닛(122)을 제어하도록 동작할 수 있으며, 일부 실시예들에서는 광학 제어기(126)와 인터페이스할 수 있다. 따라서 온도 제어기(128)는 광학 제어기(126) 및 온도 유닛(122)과 통신하여 기판 온도 제어 장치(130)와 열 접촉하는 기판(240)의 온도를 제어하는데 사용될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 위치들로부터 적당한 온도 피드백이 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 온도 제어기(128) 및/또는 광학 제어기(126)는 본 명세서에서 더 설명되는 바와 같이, 기판 온도 제어 장치(130)에 내장된 광학 센서들로부터의 온도 피드백을 수신할 수 있다.
[0043] 이제 도 2와 도 3을 참조하면, 광학 가열 시스템(124)에 포함되는 기판 온도 제어 장치(130)가 더 상세히 설명된다. 광학 가열 시스템(124)은 (점선으로 도시된) 기판(240)이 놓이거나 열 접촉할 수 있는 플랫폼을 포함할 수 있는 기판 온도 제어 장치(130)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 기판 온도 제어 장치(130)는 하부 부재(232) 그리고 하부 부재(232)에 인접한 상부 부재(234)를 포함한다. 상부 부재(234) 및 하부 부재(232) 중 하나 또는 그 초과에 복수의 홈들(235)이 형성된다. 광 기반 가열을 제공하도록 적응된 복수의 광섬유들(236)이 홈들(235) 내로 라우팅되어 연장된다.
[0044] 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 홈들(235)은 하부 부재(232)에만 형성될 수 있다. 그러나 홈들(235)은 상부 부재(234)에 또는 상부 부재(234)와 하부 부재(232) 모두에 형성될 수 있다고 인식되어야 한다. 도시된 실시예에서, 상부 부재(234)는 기판(240)과 열 접촉하여 그 온도를 제어하도록 제공된다.
[0045] 도시된 바와 같이, 복수의 광섬유들(236)은 홈들(235) 내에서 측면으로 연장하도록 구성된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 측면으로 연장한다는 것은 (그 세로 축을 따라) 광섬유의 길이가 홈들(235) 내에서 수평으로 통과한다는 것을 의미한다. 홈들(235)은 상부 부재(234)의 상면 평면에 실질적으로 평행하게 연장하도록 배향될 수 있다. 홈들(235) 내에 광섬유들(236)을 놓는 것으로 인해 평행으로부터의 약간의 어떤 편향이 가능하다. 복수의 홈들(235)은 임의의 적당한 패턴으로 제공될 수 있다. 하나의 패턴은 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 방사상 스포크들을 포함한다. 다른 적당한 홈 패턴들이 사용될 수 있다.
[0046] 복수의 광섬유들(236)은 기판(240)의 광 기반 가열을 제공하도록 적응된다. 복수의 광섬유들(236)은 홈들(235) 내의 다수의 방사상 위치들에서 종결될 수 있다(예를 들어, 도 3 참조). 광섬유들(236)은 번들로서(예를 들어, 섬유들의 그룹으로서) 하부 부재(232)를 통과한 다음에 홈들(235) 내에서 측면으로 구부러져 연장할 수 있다. 광학 가열 시스템(124)은 복수의 광섬유들(236) 중 적어도 일부, 바람직하게는 대부분 또는 전부에 결합된 복수의 광원들(238)을 포함하는 광원 어레이(125)를 포함할 수 있다. 광학 제어기(126)는 복수의 광섬유들(236)로 보내져 복수의 광섬유들(236)에 의해 운반되는 광 전력(예를 들어, 세기)을 제어하도록 구성될 수 있다.
[0047] 동작시, 복수의 광섬유들(236) 중 적어도 일부에서 운반되는 광은 상부 부재(234)의 밑면의 국소 부분들을, 그리고 이에 따라 적어도 전도에 의해 기판(240)을 가열하는데 사용된다. 복수의 광섬유들(236)이 구부러지고, 원하는 위치들에 포지셔닝되어 종결될 때, 상부 부재(234)의 많은 국소 부분들이 가열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 국소화된 가열은 온도 유닛(122) 및 열 엘리먼트들(242)에 의해 제공되는 온도 제어와 함께할 수 있다. 다른 실시예들에서, 복수의 광섬유들(236)에 의한 국소화된(예를 들면, 픽셀화된) 가열은 상부 부재(234)에 제공되는 유일한 가열일 수 있다.
[0048] 예를 들어, 온도 제어는 일부 실시예들에서, (점선으로 도시된) 기판(240)을 약 500℃보다 높은, 약 550℃보다 높은, 약 600℃ 또는 심지어 약 650℃보다 높은, 또는 더 높은 온도의 공칭 온도로 가열되게 할 수 있다. 예를 들어, 온도 제어는 일부 실시예들에서, (점선으로 도시된) 기판(240)을 약 600℃ 내지 약 700℃의 공칭 온도로 가열되게 할 수 있다. 이러한 가열은 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 프로세스 챔버들(106A-106C) 내의 기판들(240) 상에서 실행될 수 있다. 예를 들어, 온도 제어는 일부 실시예들에서, (점선으로 도시된) 기판(240)을 예컨대, PECVD 프로세스에서 가열되게 할 수 있다.
[0049] 일부 실시예들에서, 열 엘리먼트들(242)은 상부 부재(234)를 공칭 온도로 가열하기 위한 주 열원을 제공할 수 있고, 기판 온도 제어 장치(130)는 공칭 온도가 예를 들어, 공칭 온도에서부터 약 +/- 10℃ 사이, 공칭에서부터 약 +/- 20℃ 사이, 또는 심지어 공칭에서부터 약 +/- 30℃ 사이와 같은 경계들 사이로 추가 조절될 수 있도록, 보조 또는 보완 열원들을 제공할 수 있다. 다른 온도 조절 크기들은 (더 많은 또는 더 적은 광 출력 전력을 갖는) 더 또는 덜 강력한 광원들(238)을 사용함으로써 달성될 수 있다. 따라서 본 발명의 양상들에 따르면, 온도 제어는 픽셀화 단위로 광섬유 가열에 의해 구현될 수 있다.
[0050] 광섬유들(236) 중 일부는 확산 이미터, 렌즈형 팁 또는 각진 클리브(cleave)를 포함하여, 섬유 종결부에 다양한 광학적 피처들을 포함할 수 있다. 이러한 광학적 피처들은 광을 확산기의 하나 또는 그 초과의 표면들에 지향시키거나 아니면 다시 광섬유(236)로의 광 반사를 최소화하는데 사용될 수 있다. 이러한 광학적 피처들은 "APPARATUS, SYSTEMS, AND METHODS FOR TEMPERATURE CONTROL OF SUBSTRATES USING EMBEDDED FIBER OPTICS AND EPOXY OPTICAL DIFFUSERS"라는 명칭으로 2014년 7월 2일자 출원된 미국 가특허출원 제62/020,367호에서 보다 충분히 설명된다.
[0051] 이제 광섬유 가열의 동작이 설명될 것이다. 예를 들어, 기판(240)의 원하는 공칭 온도가 약 650℃이지만, 프로세스 챔버(106B)의 기하학적 또는 열적 이상들이나 다른 차이들 또는 상부 부재(234) 및 하부 부재(232)의 설계가 기판(240)의 모든 부분들에 걸쳐 그 공칭 온도를 달성하기 어렵게 만든다면, 온도 유닛(122) 및 결합된 열 엘리먼트들(242)에 의해 제공되는 임의의 열 이외에도 광학 가열 시스템(124)에 의해 보조 가열이 제공될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 임의의 원하는 온도 프로파일을 충족시키기 위해 국소화된 영역들을 조절하도록 광학 가열 시스템(124)에 의해 보조 가열이 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 가열 시스템(124)은 기판(240)의 실질적으로 균일한 온도 프로파일을 제공하도록, 국소화된 영역들을 조절하는데 사용될 수 있다. 그러나 원하는 온도 프로파일은 일부 실시예들에서는 의도적으로 불균일하게 만들어질 수 있다.
[0052] 일부 실시예들에서는, 광학 가열 시스템(124)이 유일한 열원일 수 있음(즉, 어떠한 온도 유닛(122) 또는 열 엘리먼트들(242)도 존재하지 않음)이 또한 명백해야 한다. 이 실시예에서, 광학 제어기(126)는 존재하는 유일한 온도 제어기일 수 있고, 개개의 광섬유들(236)에 대한 광 세기를 개별적으로 또는 구역적으로 조절함으로써, 국소화된 영역들의 온도를 조절할 수 있다.
[0053] 보다 상세하게, 하부 부재(232)는 알루미늄 질화물(AlN)과 같은 세라믹 물질일 수 있다. 하부 부재(232)는 평면 디스크일 수 있는 하부 지지 바디(232B)를 포함할 수 있으며, 하부 지지 바디(232B)로부터 아래쪽으로 연장하는 전이 레그(232T)를 포함할 수 있다. 하부 부재(232)는 또한 하부 지지 바디(232B)로부터 아래쪽으로 연장하는 하부 부재 지지부(232S)를 포함할 수 있으며, 프로세스 챔버(106B) 내에서 기판 온도 제어 장치(130)를 지지하는데 사용될 수 있다. 전이 레그(232T) 및 하부 부재 지지부(232S) 각각은 하부 지지 바디(232B)에 확산 접합되거나 아니면 활성 금속 브레이즈의 사용에 의해 브레이징될 수 있다. 전이 레그(232T)의 부분들은 OH 흡수 또는 실투(devitrification)에 의해 고온에서 광섬유들의 열화를 방지하기 위해 불활성 가스(예를 들면, 질소 또는 다른 불활성 가스)로 퍼지될 수 있다.
[0054] 하부 부재(232)는 또한 하부 지지 바디(232B)를 관통하는 하나 또는 그 초과의 통로들(244)(예를 들면, 하나 또는 그 초과의 보어(bore)들)을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 중심에 위치된 단일 통로(244)는 도시된 바와 같이 하부 지지 바디(232B)를 통해 제공된다. 통로(244)는 전이 레그(232T)를 통해 연장할 수 있다. 통로(244)는 그 상단부에 반경(249)을 포함할 수 있다. 반경(249)은 예를 들어, 약 6㎜ 내지 20㎜일 수 있고, 광섬유들(236)이 홈들(235)로 전이할 때 광섬유들(236)의 굽힘 응력들을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 복수의 광섬유들(236)은 하나 또는 그 초과의 통로들(244)을 통해 들어갈 수 있다. 예를 들어, 복수의 광섬유들(236)은 통로(244)를 통해 번들로서 들어갈 수 있고, 그 다음에 하나 또는 그 초과의 광섬유들(236)이 예컨대, 도 3에 도시된 홈들(235)로 라우팅될 수 있다. 일부 실시예들에서, 단일 광섬유(236)가 각각의 홈(235)에 수용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 다수의 광섬유들(236)이 일부 홈들(235)에 수용될 수 있다(도 6a - 도 6b 참조).
[0055] 제 2 통로들(245)이 리프트 핀들(246), 온도 프로브들 등을 수용하도록 하부 지지 바디(232B)를 통해 포함될 수 있다. 추가로 또는 선택적으로, 일부 실시예들에서는 열 엘리먼트들(242)이 존재한다면 이에 전기 와이어들을 통과시키기 위한 제 3 통로들(247)이 포함될 수 있다. 제 3 통로들(247)은 또한 정전기 척 엘리먼트들이 존재한다면 이에 와이어들을 통과시키는데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 광섬유들(236)의 번들들을 다양한 구역들로 라우팅하기 위해 (통로(244)와 같은) 다수의 통로들이 제공될 수 있는 반면, 광섬유(236)들은 다수의 통로들로부터 그로부터 나오는 하나 또는 그 초과의 홈들로 퍼져 나간다. 임의의 적당한 수의 통로들(244)이 광섬유들(236)의 번들들을 하부 부재(232)를 통해 통과시키는데 사용될 수 있다.
[0056] 하나 또는 그 초과의 통로(244)를 통과하면, 광섬유들(236)은 반경(249) 주위에서 (예를 들면, 대략 90도 각도로) 구부러져 바깥쪽으로 (예를 들면, 일부 실시예들에서는 방사상으로) 연장하고 홈들(235)에 놓이게 된다. 일부 실시예들에서, 기판 온도 제어 장치(130) 내의 광섬유들(236)의 만곡부들 또는 길이 전체는 만곡된 형상이 유지될 수 있고 굽힘 응력들이 완화될 수 있도록 어닐링을 포함할 수 있다. 어닐링은 광섬유들(236)의 열화를 방지하기 위해 예를 들어, 진공 또는 불활성 가스 환경에서 약 800℃ 내지 약 900℃로 충분한 시간 동안 발생할 수 있다.
[0057] 광섬유들(236)은 다양한 적당한 길이들일 수 있으며 홈들(235) 내의 다양한 원하는 종결 위치들로 측면으로 연장할 수 있다. 홈들(235)은 도 3에 도시된 바와 같이 서로 다른 길이들일 수 있으며, 임의의 적당한 홈 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 홈들(235)은 하나 또는 그 초과의 통로들(244)로부터 나오며 직선일 수 있는 반면, 다른 것들은 하나 또는 그 초과의 통로들(244)로부터 나올 수 있고, 곡선, 원형 또는 심지어 서펜타인일 수 있다(도 5 및 도 6a 참조). 직선, 곡선, 원형 및 서펜타인 홈들(235), 또는 직선, 곡선, 원형 및 서펜타인 부분들의 결합들이 각각의 홈(235)을 구성하는데 사용될 수 있다.
[0058] 홈들(235)은 또한 임의의 적당한 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4a - 도 4c 및 도 4e는 홈들(235)의 다양한 형상들 및 홈들(235) 내에서 광섬유들(236)을 라우팅하는 방법들을 예시한다. 도 4a는 상부 부재(234) 그리고 상부 부재(234)를 하부 부재(232)에 접합하도록 적응된 접합 재료(448)를 포함하는, 도 3의 4A-4A 구획선을 따라 취해진 확대된 부분 단면도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 홈(235)의 형상은 일반적으로 단면이 직사각형일 수 있다. 그러나 반원, 사다리꼴 등과 같은 다른 단면 형상들이 사용될 수 있다. 홈들(235)은 레이저 가공, 연마 워터 제트 절단, 다이아몬드 툴들에 의한 연삭 또는 밀링 등과 같은 임의의 적당한 가공 수단에 의해 하부 부재(232)에 형성될 수 있다. 홈들(235)은 광섬유(236)가 열 팽창 오정합으로 인한 응력을 겪지 않을 수 있도록 광섬유(236)의 폭보다 폭이 더 클 수 있다. 예를 들어, 홈(235)의 폭은 홈(235) 내에 라우팅되는 광섬유들(236) 또는 광섬유들(236)의 그룹(예를 들면, 번들)의 외측 치수보다 약 1㎜ 더 크거나 더 많이 클 수 있다. 예를 들어, 홈들(235)의 치수들은 약 1㎜ 내지 3㎜ 폭, 그리고 약 1㎜ 내지 3㎜ 깊이일 수 있다. 다른 치수들이 사용될 수 있다.
[0059] 단일 광섬유(236)가 각각의 홈에 수용되는 경우와 같이, 일부 실시예에서 홈들(235)의 수는 20개 또는 그 초과, 그리고 약 50개 내지 500개일 수 있다. 일부 실시예들에서는, 다수의 광섬유들(236)이 각각의 홈(235)에 수용되는 경우, 약 5개 내지 약 50개의 홈들(235)이 제공될 수 있다. 따라서 설계에 따라, 예를 들어 약 5개 내지 약 500개의 홈들이 제공될 수 있다. 홈들(235) 중 하나 또는 그 초과의 홈의 내부에 코팅이 도포되어 광 흡수를 개선할 수 있다. 예를 들어, 고온 서비스에 적합한 흑색의 고온 코팅이 사용될 수 있다.
[0060] 일부 실시예들에서, 광섬유(236)와 접합 재료(448) 사이에 배리어(450)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 4a - 도 4c에서는, 홈(235) 내에 또는 홈(235) 위에 그리고 광섬유(236)의 길이를 따라 배리어(450)가 제공될 수 있다. 도 4b에서, 배리어(450)는 홈(235)에 제공될 수 있으며, 광섬유(236)를 그 길이를 따라 느슨하게 둘러쌀 수 있는 재료의 시스 또는 슬리브일 수 있다. 도 4e에서, 배리어(450)는 광섬유(236)의 적어도 일부를 둘러싸는 분말일 수 있다. 분말은 실리콘 탄화물 분말 재료일 수 있다. 배리어(450)는 브레이즈 포일 또는 유리 프릿(frit) 등일 수 있는 접합 재료(448)가 광섬유들(236)과 접촉하게 되는 것을 방지하는 임의의 적당한 재료일 수 있다. 이는 하부 부재(232)가 가열될 때 광섬유(236)가 홈(235)에서 세로 방향으로 이동하게 한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 배리어(450)는 직조, 편조 또는 섬유 세라믹 천 또는 종이일 수 있다. 섬유 유리 또는 분말화된 세라믹들, 예컨대 분말화된 실리콘 탄화물과 같은 다른 재료들이 사용될 수 있다. 다른 적당한 고온 재료들이 배리어(450)에 사용될 수 있다. 사용되는 구성에 따라, 배리어(450) 및/또는 광섬유들(236)이 적당한 유기 접착제로 홈(235)에 또는 홈(235) 위에 접착된 배리어(450) 또는 홈(235)에 접착될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서는, 홈(235)에 광섬유(236)를 고정하기 위해 자외선(UV: ultraviolet) 경화 가능 에폭시 접착제가 사용될 수 있다. 배리어(450)를 고정하기 위해 자외선(UV) 경화 가능 에폭시 접착제가 또한 사용될 수 있다. 유기 접착제는 이후의 기판 온도 제어 장치(130)의 처리 또는 동작 중에 열적으로 제거되는 것이 바람직하다. 홈들(235)에 광섬유들(236)을 고정하기 위한 다른 수단이 사용될 수 있다. 예를 들어, 광섬유들(236)은 (예를 들면, 인코넬(Inconel)(750)과 같은) 고온 금속으로 형성된 금속 클립들 또는 스프링들과 같은 클립들에 의해 홈들(235) 내의 제 위치에 유지될 수 있다. 다른 실시예들에서, 광섬유들(236)은 개개의 광섬유(236) 위에 삽입된 플라스틱 튜빙에 의해 제 위치에 유지될 수 있다. 튜빙은 PTFE로 만들어지리 수 있는데, 이는 약 400℃ 및 약 500℃의 온도에서 열분해될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광섬유들(236)은 플라스틱 심들에 의해, 또는 뜨거운 물로 어셈블리로부터 제거될 수 있는, NY의 Valley Cottage의 Aremco Products Inc.로부터 입수 가능한 CRYSTALBOND 555와 같은 고온 용융 열가소성 접착제에 의해 제 위치에 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광섬유들(236)은 어셈블리를 용이하게 하기 위해 열 수축 튜빙과 함께 번들들로 결합될 수 있다. 열 수축 튜빙은 열분해에 의해 제거될 수 있는 PTFE로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광섬유들(236)은 예를 들어, 적당한 고온 금속(예를 들면, 금속 또는 금속 합금)으로 구성된 모세관 튜빙을 사용하여 홈들(235)로 또는 홈들(235) 내에서 라우팅될 수 있다.
[0061] 도 2와 도 3의 도시된 실시예에서, 광섬유들(236)은 광섬유들(236)의 번들로서 통로(244)를 통과할 수 있고 통로(244) 내에 구속되거나 고정될 수 있다. 예를 들어, 광섬유들(236)의 번들은 통로(244) 내에 제공된 포팅 재료(251)로, 예컨대 세라믹 접착제로 포팅될 수 있다. 하나의 적당한 세라믹 접착제는 NY의 Valley Cottage의 Aremco Products Inc.로부터 입수 가능한 CERAMACAST 865이다. 다른 적당한 포팅 재료들이 사용될 수 있다. 포팅 재료(251)는 통로(244)를 따라 바닥, 최상부, 중간 또는 전체에 위치될 수 있다. 포팅 재료(251)는 광섬유들(236)을 통로(244)의 제 위치에 고정하도록 동작한다. 일부 실시예들에서, 광섬유들(236)의 번들은 슬리브 및/또는 금속 모세관에 구속될 수 있다. 광섬유들(236)이 홈들(235) 안으로 구부러지는 전이 영역은 배리어(450)에 사용되는 재료들 중 임의의 재료의 고온 물질(예를 들면, 다이 펀칭된 개스킷)의 디스크형 개스킷으로 커버될 수 있다. 배리어(450) 및 전이 영역 내의 개스킷은 광섬유들(236)을 접합 재료(448)와의 접촉으로부터 격리시킬 수 있다.
[0062] 상부 부재(234)는 하부 부재(232) 위에 제공될 수 있고, 디스크 모양을 가질 수 있는 상부 지지 바디(234B)를 포함할 수 있다. 상부 부재(234)는 또한 세라믹 재료, 예컨대 하부 부재(232)와 같은 알루미늄 질화물(AlN) 세라믹일 수 있다. 광섬유들(236)은 홈들(235)에 놓이게 되고 측면으로 연장하여 상부 부재(234)의 다양한 밑면 부분들을 가열할 수 있다. 금속 브레이즈 막 또는 유리 프릿과 같은 적당한 접합 재료(448)가 상부 부재(234)와 하부 부재(232)를 함께 접합하는데 사용될 수 있다. 접합 전에 광섬유들(236)이 삽입되는 일부 실시예들에서, 유리 프릿 또는 금속 브레이즈가 상부 부재(234)를 하부 부재(232)에 결합하는데 사용될 수 있다. 하나의 가능한 브레이즈는 약 850℃의 온도에서 브레이징될 수 있는 구리-은 브레이즈 재료를 사용하는 것에 의해서이다. 다른 예에서는, 유리 프릿 분말이 사용될 수 있다. 프릿 분말은 상부 부재(234) 및 하부 부재(232)에 사용되는 세라믹 재료의 CTE와 정합하도록 필러들을 첨가하고 유리 화학 반응을 조절함으로써 조절되어 적당한 융점을 제공할 수 있다. 접합 재료(448)의 본드 두께는 예를 들어, 약 0.3㎜ 내지 약 0.5㎜일 수 있다.
[0063] 일부 실시예들에서, 기판 온도 제어 장치(130)의 방사상 에지는 에칭 저항성 재료의 보호 층(256)을 포함할 수 있다. 보호 층(256)은 프로세스 챔버(106B) 내에 존재하는 가스들 또는 다른 재료에 의한 에칭에 저항하는 임의의 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 보호 층(256)은 이트륨 산화물(이트리아) 재료일 수 있으며, 이는 분무 프로세스(예를 들면, 플라즈마 분무)에 의해 도포될 수 있다. 다른 적합한 애플리케이션 프로세스들이 사용될 수 있다. 보호 층 (256)은 특히 프로세스 챔버(106B)에서 사용될 수 있는 불소계 세정 화학물질로부터 접착 재료(448) 층에 대한 보호를 제공할 수 있다.
[0064] 상부 부재(234)는 내부에 내장된 열 엘리먼트들(242)을 포함할 수 있다. 열 엘리먼트들(242)은 일부 실시예들에서는 단일 구역 가열 또는 이중 구역 가열을 제공할 수 있고, 일부 실시예들에서는 광섬유들(236)의 위치보다 수직 위로 또는 섬유들의 위치 아래에 구성될 수 있다. 열 엘리먼트들(242)이 열의 대부분을 제공할 수 있고, 광섬유들(236)에 의해 제공되는 광 기반 가열은 국소화된 가열 보충들을 제공하여 광섬유들(236)의 종결 위치들에 인접하게 국소 온도 조절들을 하는 능력을 제공한다.
[0065] 도 1 - 도 2의 도시된 실시예에서, 광학 제어기(126)는 폐쇄 루프 또는 다른 적절한 제어 방식을 실행하고 광원 어레이(125)의 광원들(238) 각각으로부터 나오는 광 전력(예를 들면, 와트)을 제어하도록 적응된 프로세서, 메모리 및 주변 컴포넌트들을 갖는 임의의 적당한 제어기일 수 있다. 광원들(238) 중 적어도 일부는 광섬유들(236)에 결합되어 그에 광 전력(예를 들면, 적외선 에너지)을 제공한다. 광섬유들(236)은 (도시된 바와 같이) 번들로 배열될 수 있으며, 이들이 하부 부재(232)로 라우팅될 때 길이의 적어도 일부에 걸쳐 보호 시스(252)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서 보호 시스(252)는 가요성 스테인리스 스틸 튜브일 수 있다. 다른 적당한 시스 재료들이 사용될 수 있다.
[0066] 광섬유들(236)은 집속형(graded-index) 광섬유, 계단형(step-index) 단일 모드 광섬유, 다중 모드 광섬유, 또는 심지어 광결정 광섬유와 같은 임의의 적당한 광섬유 타입을 포함할 수 있다. 상대적으로 높은 굴곡 저항을 나타내는 광섬유들(236)이 사용될 수 있다. 약 0.1보다 큰, 약 0.2보다 큰, 또는 심지어 약 0.3보다 큰 개구 수(NA: numerical aperture)와 같이 상대적으로 높은 NA의 섬유들이 사용될 수 있다. 20 또는 그 초과, 50 또는 그 초과, 100 또는 그 초과, 200 또는 그 초과, 300 또는 그 초과, 400 또는 그 초과, 그리고 심지어 최대 500 또는 그 초과와 같은 임의의 적당한 수의 광섬유들(236)이 사용될 수 있다. 광섬유들(236)의 종결부는 약 0.125 인치(약 3.2㎜) 내지 약 0.5 인치 (12.3㎜)만큼 상부 부재(234)의 상부 표면 아래에 위치될 수 있다. 다른 수직 위치들이 가능하다.
[0067] 홈들(235) 내의 광섬유들(236)의 종결부들이 상부 부재(234)의 상부 표면 아래 0.325 인치(8.3 ㎜)에 위치되는 10W의 광원들(238)에 결합된 277개의 광섬유들(236)에 대한 일례는 비교적 균일한 광 기반 가열을 제공한다. 광섬유들(236)은 임의의 적당한 종래의 결합 수단에 의해 각각의 광원들(238)에 결합될 수 있다.
[0068] 도 4a에 도시된 바와 같이, 광섬유들(236)은 각각 외부 표면 상에 금속 막(453)을 포함할 수 있다. 동작 온도에 따라, 금속 막(453)에 알루미늄, 구리 또는 금이 사용될 수 있다. 650℃ 부근의 온도에서, 금속 막(453)에 금이 사용될 수 있다. 금속 막(453)은 예를 들어 약 15 미크론 두께일 수 있다. 다른 두께들이 사용될 수 있다.
[0069] 광원 어레이(125)로부터 보호 시스(252) 내의 하부 부재(232)로 연장하는 광섬유들(236)은 표준 폴리머 코팅 광섬유들(예를 들면, 아크릴레이트 또는 아크릴레이트 에폭시 폴리머 코팅)을 포함할 수 있다. 광섬유들(236)은 예를 들어, 전이 레그(232T) 아래의 지점에서 폴리머 코팅된 섬유들에 스플라이스(splice)될 수 있다.
[0070] 일부 실시예들에서, 광원들(238C) 중 하나 또는 그 초과는 센서 섬유(254)에 의해 광 수신기(예를 들면, 광 다이오드)와 같은 제어 센서(255)에 연결될 수 있다. 각각의 광원(238)은 단일 이미터 다이오드와 같은 레이저 다이오드일 수 있다. 레이저 다이오드는 예를 들어 약 915㎚ 내지 약 980㎚와 같은 임의의 적당한 출력 파장 범위를 가질 수 있다. 다른 출력 범위들이 사용될 수 있다. 출력 전력은 약 0W 내지 약 10W로 변조될 수 있다. 그러나 훨씬 더 높은 전력 다이오드들(예를 들어, > 10W)이 사용될 수 있다. 레이저 다이오드는 예를 들어 105 또는 110 미크론 코어 직경을 갖는 광섬유 출력을 포함할 수 있다. 예를 들어, MA의 Oxford의 IPG Photonics로부터의 모델 PLD-10이 사용될 수 있다. 다른 타입들의 광원들(238)이 대안으로 사용될 수 있다. 실시예들에 따르면, 약 20 내지 약 500개의 광원들(238)이 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 광원들(238)은 냉각 소스(462)에 의해 약 20℃ 내지 약 30℃로 냉각(예를 들면, 액체 냉각)될 수 있는 공통 열 싱크(459) 상에 놓이거나 열적으로 결합될 수 있다. 냉각 소스(462)는 예를 들어 냉각수의 소스일 수 있다. 다른 타입들의 냉각 소스들(462)이 사용될 수 있다.
[0071] 제어 센서(255)는 (예컨대, 예를 들어, 광 세기 또는 열 발생의) 제어 광원(238C)의 상대적 출력 상에서 광학 제어기(126)에 피드백을 제공하는데 사용될 수 있다. 선택적으로 또는 추가로, 그리고 도 4d에 도시된 바와 같이, 하나 또는 그 초과의 광학 온도 센서들(458)이 홈들(235) 중 하나 또는 그 초과에 제공되고 온도 측정 시스템(460)에 결합되어 기판 온도 제어 장치(130)의 내부 부분의 국소화된 온도 모니터링을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 광학 온도 센서(458)는 온도 측정 시스템(460)일 수 있는 분광계에 결합된 섬유 브래그 격자(fiber Bragg grating)일 수 있다. 섬유 멀티플렉서 또는 다른 유사한 컴포넌트는 다수의 광학 온도 센서들(458)을 단일 분광기에 연결하는데 사용될 수 있다. 광학 온도 센서(458)는 또한 다른 적당한 수단에 의해, 예컨대 적당한 접착 재료(예를 들면, NY의 Valley Cottage의 Aremco Products Inc.로부터 입수 가능한 CERAMACAST 865)에 광섬유의 팁을 매립하고 그 재료에 의해 방출되는 열 방사를 측정함으로써 달성될 수 있다. 열 측정은 광섬유를 인듐 갈륨 비소 광 다이오드에 결합함으로써 달성될 수 있다. 광학 온도 센서(458)에 결합된 광섬유들은 또한 홈(235)에 배치될 수 있다. 임의의 적당한 온도 측정 시스템(460)이 광학 온도 센서(458)에 질의하는데 사용될 수 있다. 온도 측정 시스템(460)은 온도 피드백을 제공하도록 온도 제어기(128) 및/또는 광학 제어기(126)와 인터페이스할 수 있다. 선택적으로 또는 추가로, 기판 온도 제어 장치(130) 상의 둘 또는 그 초과의 RTD들과 같은 다른 방법들에 의한 열 피드백이 사용될 수 있다.
[0072] 각각의 광원(238)은 개별적으로 제어되며 낮은 또는 0 레벨의 광 전력 출력에서부터 높은 또는 최대 레벨의 광 전력 출력까지 변조될 수 있다. 각각의 광원(238)은 유한 점들(픽셀들)에서 온도를 제어하기 위해 개별적으로 제어되거나 기판 온도 제어 장치(130)의 하나 또는 그 초과의 영역들 또는 구역들의 온도들을 제어하도록 광섬유들의 그룹들로 집합적으로 제어될 수 있다. 도 4f에 도시된 바와 같이, 광섬유(236)는 하부 부재(232)에 형성된 홈들(235) 중 하나 또는 그 초과에 제공될 수 있다. 광섬유들(236) 중 하나 또는 그 초과는 확산기(457)에서 종결될 수 있다. 확산기(457)는 투과된 광이 광섬유(236)의 단부의 표면적보다 더 넓은 표면적에 걸쳐 확산될 수 있게 한다. 확산기(457)는 광섬유(236)의 단부가 삽입되거나 아니면 스플라이스될 수 있는 용융 실리카 함유 튜브와 같은 투명 또는 반투명 튜브일 수 있다. 다른 적당한 확산기 디바이스들이 사용될 수 있다. 도 4g는 광섬유들(236)이 상부 부재(234)에 형성된 홈들(235)에 수용되는 다른 실시예를 예시한다. 본 명세서에서 설명되는 시스템들 중 임의의 시스템은 상부 부재(234) 또는 하부 부재(232)에 형성된 홈들(235)에 수용되는 섬유들로 구현될 수 있다.
[0073] 임의의 적당한 온도 제어 원리가 구현될 수 있다. 하나의 제어 양상에서, 기판(240)의 상부 표면에 걸친 매우 균일한 온도 분포가 요구될 수 있다. 다른 양상에서는, 의도적으로 불균일한 온도 분포가 바람직할 수 있다(예를 들어, 기판(240)의 에지에서 더 뜨겁거나 더 차가움). 각각의 온도 프로파일은 광학 제어기(126)에 의해 구현된 제어 원리에 따른 본 발명의 양상에 따라 원하는 대로 제공될 수 있다. 따라서 본 발명의 일부 실시예들은 방위각 온도 변화들을 제공할 수 있다.
[0074] 이제 도 5를 참조하면, 패턴으로 형성되어 통로(544)에 상호 연결되는 복수의 홈들(535)을 포함하는 하부 부재(532)의 다른 실시예가 도시된다. 미리 측정된 길이의 (도시되지 않은) 광섬유들은 통로(544)를 통해 번들로서 공급되며 복수의 홈들(535) 내에서 라우팅되어 제 위치에 포지셔닝(예를 들면, 놓이고 적어도 일시적으로 접착)될 수 있다. 복수의 홈들(535)은 적어도 일부 방사상 스포크들(535S)을 포함하는 패턴으로 제공될 수 있다. 방사상 스포크들(535S)은 통로(544)에서 또는 그 근처로부터 나와 그로부터 방사상 바깥쪽으로 연장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방사상 스포크들(535S)은 일직선이 아니라 그 위에 곡률을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방사상 스포크들(535S)은 전적인 방사 방향으로부터 벗어날 수 있으며, 그로부터 60도만큼 경사질 수 있다. 6개의 방사상 스포크들(535S)이 도시되지만, 더 많거나 더 적은 수들의 방사상 스포크들(535S)이 사용될 수 있다.
[0075] 다른 양상에서, 복수의 홈들(535)은 부분적 또는 완전한 원들일 수 있는 원형 홈 섹션들(535C) 중 하나 또는 그 초과를 포함하는 패턴으로 제공될 수 있다. 원형 홈 섹션들(535C)인 다수의 완전한 원들이 도 5에 도시된다. 원형 홈 섹션들(535C)은 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서 동심원일 수 있다. 8개의 원형 홈 섹션들(535C)이 도시되지만, 더 많거나 더 적은 수들의 원형 홈 섹션들(535C)이 사용될 수 있다.
[0076] 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 홈들(535)이 복수의 방사상 스포크들(535S) 및 원형 홈 섹션들(535C) 모두를 갖는 패턴을 포함하면, 전이 홈들(535T)이 제공될 수 있다. 전이 홈들(535T)은 방사상 스포크들(535S)로부터 원형 홈 섹션들(535C)로의 원활한 전이를 가능하게 하도록 약 15㎜보다 더 큰 반경을 가질 수 있다. 홈들(535) 각각은 (적게 라벨링된) 홈 포켓(535P)에서 종결될 수 있고 (도시되지 않은) 광섬유들은 종결부가 홈 포켓(535P) 내에서 끝나는 길이로 절단될 수 있다. 이는 종결부들의 정확한 위치 결정을 보조한다.
[0077] 도 6a는 홈들(635)을 포함하는 하부 부재(632)의 다른 실시예의 평면도를 예시하는데, 홈들(635)은 하부 부재(632) 내에 형성된다. 홈들(635)은 도시된 바와 같이 서펜타인 경로들을 포함하지만, 홈이 있는 경로들은 임의의 형상일 수 있다. 홈들(635)은 하부 부재(632)에 가공된 것으로 도시된다. 이러한 홈들(635)은 중심 근처에서 시작하여 이들이 바깥쪽으로 이동할 때 원하는 "픽셀" 위치들과 교차한다. 8개의 홈들(635)이 도시되지만, 홈들(635)의 수는 원하는 "픽셀" 위치들의 수에 따라 더 많거나 더 적을 수 있다.
[0078] 도 6a의 부분 측면도에 도시된 바와 같이, 광섬유들(636A, 636B, 636C 등)은 상부 부재(234)가 하부 부재(632)에 접합된 후 홈들(635)에 삽입될 수 있다. 상부 부재(234)를 하부 부재(632)에 접합할 때 광섬유들(636A, 636B, 636C 등)은 설치되지 않기 때문에, 더 고온의 접합 프로세스들(예를 들면, 확산 접합 프로세스)이 사용될 수 있다. 확산 접합은 광섬유들의 용융 온도(약 1600℃)보다 높은 1800℃ 부근에서 발생하며, 더 높은 접합 강도를 제공할 수 있다. 금속 모세관들이 하부 부재(632)의 밑면으로부터 삽입되어 홈들(635)과 교차할 수 있다. 이러한 모세관들은 섬유 어셈블리들(665)을 홈들(635)로 라우팅하는 것을 보조하기 위한 도관을 제공한다. 모세관들은 적당한 고온 접착제에 의해 하부 부재(632)에 접착될 수 있다.
[0079] 접합 이후에 광섬유들(636A, 636B, 636C 등)이 삽입되는 일부 실시예들에서, 앞서 논의한 유리 프릿 또는 활성 금속 브레이즈가 상부 부재(234)를 하부 부재(632)에 결합하는데 사용될 수 있다.
[0080] 접합 후에 홈들(635)로의 삽입을 달성하기 위해, 앞서 설명한 바와 같이 금속 막화(예를 들어, 금 막화) 광섬유들일 수 있는 다수의 광섬유들(예를 들면, 도시된 광섬유들(636A, 636B, 636C))이 도 6b에 도시된 바와 같이 섬유 어셈블리(665)로 번들링될 수 있다. 섬유 어셈블리(665)는 그 위에 형성된 구형 플라스틱 팁과 같은 가이드 부재(670)를 갖는 푸셔 와이어(669)를 포함할 수 있는 코어(668)를 포함할 수 있다. 다른 타입들의 가이드 부재들(670)이 사용될 수 있다. 이러한 코어(668)는 섬유 어셈블리(665)를 홈들(635)에 나사 결합하기 위해 강성 및 가이드 능력을 제공한다.
[0081] 광섬유들(636A, 636B, 636C)은 푸셔 와이어(669) 주위에 번들링된 것으로 도시되는데, 광섬유들(636A, 636B, 636C)의 단자 단부들은 섬유 어셈블리(665)의 길이를 따라 엇갈리게 된다. (점선으로 도시된) 열 수축 튜빙(672)은 섬유 어셈블리(665)의 컴포넌트들을 함께 고정하는데 사용될 수 있다. 적당한 접착제와 같은 다른 수단이 섬유 어셈블리(665)를 함께 번들링하는데 사용될 수 있다.
[0082] 푸셔 와이어(669)는 고온(예를 들어, 약 650℃)에서의 동작에 적합한 고온 합금, 예컨대 인코넬(600)로 만들어질 수 있다. 푸셔 와이어(669)는 (도시되지 않은) 상부 부재(234) 및 하부 부재(632)의 주위 세라믹 재료에 레이저 에너지를 다시 반사시키도록 금 도금될 수 있다. 열 수축 튜빙(672) 및 가이드 부재(670)는 고온 접합 프로세스 동안 또는 별도의 제거 프로세스에서 열분해될 수 있는 PTFE로 만들어질 수 있다. 열분해 프로세스는 PTFE 재료를 완전히 제거하는 이점을 갖는다.
[0083] 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 섬유 어셈블리(665)의 광섬유들(636A, 636B, 636C)은 각진 클리브들(예를 들면, 45도)을 포함할 수 있어, 레이저 에너지가 측면으로 발사된다. 광섬유들(636A, 636B, 636C)의 각진 클리브가 지시하는 방향은 제어되지 못할 수 있다. 각각의 개별 광섬유(636A, 636B, 636C)는 위, 아래 또는 측면을 향할 수 있다. 도시된 실시예에서는 3개의 광섬유들(예를 들면, 섬유(636A, 636B, 636C))이 도시된다. 그러나 약 2개 내지 약 50개의 광섬유들 또는 심지어 2개 내지 100개의 광섬유들이 각각의 섬유 어셈블리(665)에 포함될 수 있다. 약 5개 내지 약 20개의 광섬유들이 각각의 섬유 어셈블리(665)에서 바람직할 수 있다.
[0084] 도 6a에 예시된 열적 온도 제어 장치의 하부 부재(632)는 각각의 홈(635)을 따라 약 1인치(약 25㎜) 간격으로 132개의 픽셀들을 갖는다. 각각의 홈(635) 상에 예시된 점들은 도 6b의 섬유 어셈블리(665)가 홈들(635)에 완전히 삽입될 때 각각의 홈(635)을 따라 섬유(636A, 636B, 636C 등)의 종결부의 위치를 예시한다. 픽셀들의 수는 더 크거나 더 작게 만들어질 수 있다. 섬유 어셈블리(665)의 단부가 홈(635)의 단부에 위치되도록 섬유 어셈블리들(665)이 각각의 홈들(635)에서 정확한 깊이로 삽입되고 나사 결합된다. 다른 적당한 섬유 어셈블리들(665) 및 어셈블리 방법들이 사용될 수 있다.
[0085] 예컨대, 전자 디바이스 처리 시스템(예를 들면, 전자 디바이스 처리 시스템(100)) 내에서 기판들을 처리하는 방법이 본 명세서에서 도 7을 참조로 설명할 것이다. 방법(700)은 702에서, 하부 부재(예를 들면, 하부 부재(232, 532, 632)), 하부 부재에 인접한 상부 부재(예를 들면, 상부 부재(234)), 및 홈들(예를 들면, 홈들(235, 535, 635))에서 측면으로 연장하는 복수의 광섬유들(예를 들면, 광섬유들(236, 636A, 636B, 636C))을 포함하는 기판 온도 제어 장치(예를 들면, 기판 온도 제어 장치(130))를 제공하는 단계를 포함한다. 상부 부재를 하부 부재들에 접합하기 전 또는 후에 홈들에 광섬유들이 설치될 수 있다.
[0086] 방법(700)은 704에서, 상부 부재의 광 기반 온도 제어를 달성하도록, 복수의 광섬유들 중 적어도 일부에 제공된 광 세기를 제어하는 단계를 더 포함한다. 물론, 상부 부재의 온도 제어는 또한 그와 열 접촉하는 기판(예를 들면, 기판(240))의 온도를 제어한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 방법(700)은 결합된 온도 유닛(예를 들면, 온도 유닛(122)) 및 열 엘리먼트들(예를 들면, 열 엘리먼트들(242))에 의해 기판 온도 제어 장치를 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
[0087] 기판(240)의 온도를 제어하는 방법(700)은 예컨대, 홈들(235, 535, 635) 중 하나 또는 그 초과에 내장된 광학 센서들(예를 들면, 광학 센서들)의 사용을 통해 온도 피드백을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서는, 상당수의 내장형 광학 센서들이 사용될 수 있다. 다른 것들에서는, 모델 기반 제어 및 더 적은 수의 온도 센서들이 이용될 수 있다. 광섬유들(236)을 제어하기 위한 제어 방법은 예컨대, 기판(240) 상에서의 프로세스 결과들을 측정함으로써 프로세스 챔버(예를 들면, 프로세스 챔버(106B))에서 발생하는 프로세스로부터의 피드백을 기초로 조정될 수 있다.
[0088] 전술한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 실시예들만을 개시한다. 본 발명의 범위 내에 속하는 위에 개시된 장치, 시스템들 및 방법들의 수정들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 쉽게 명백할 것이다. 이에 따라, 본 발명은 예시적인 실시예들과 관련하여 개시되었지만, 다음의 청구항들로 정의되는 본 발명의 범위 내에 다른 실시예들이 속할 수 있다고 이해되어야 한다.

Claims (15)

  1. 기판 온도 제어 장치로서,
    하부 부재;
    상기 하부 부재에 인접한 상부 부재 ― 상기 상부 부재는 상부 표면을 가짐 ―;
    상기 상부 부재 및 상기 하부 부재 중 하나 또는 그 초과에 형성된 복수의 홈들 ― 상기 복수의 홈들 각각은 상기 상부 부재의 상부 표면과 실질적으로 평행함 ―; 및
    홈 라우팅(groove-routed) 광섬유 가열을 제공하도록 구성된 복수의 광섬유들을 포함하고,
    상기 복수의 광섬유들 중 각 광섬유의 제 1 부분이 상기 상부 부재의 상부 표면과 실질적으로 평행하도록, 상기 복수의 광섬유들 중 각 광섬유의 제 1 부분은 상기 복수의 홈들 중 대응하는 홈 내에 배치되는,
    기판 온도 제어 장치.
  2. 기판 온도 제어 장치로서,
    하부 부재;
    상기 하부 부재에 인접한 상부 부재;
    상기 상부 부재 및 상기 하부 부재 중 하나 또는 그 초과에 형성된 복수의 홈들; 및
    상기 홈들 내로 연장하여 광 기반 가열을 제공하도록 적응된 복수의 광섬유들을 포함하고,
    상기 복수의 광섬유들은 금속 막을 포함하는,
    기판 온도 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 부재의 상부 지지 바디 및 상기 하부 부재의 하부 지지 바디는 각각 세라믹 재료를 포함하는,
    기판 온도 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 홈들 각각은 상기 하부 부재의 상부 표면에 또는 상기 상부 부재의 하부 표면에 형성되는,
    기판 온도 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부 부재는 통로를 포함하고,
    상기 복수의 광섬유들 중 각 광섬유의 제 2 부분은 상기 통로를 번들로서 통과하는,
    기판 온도 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 통로는 하부 지지 바디로부터 아래쪽으로 연장하는 전이 레그를 통해 연장하는,
    기판 온도 제어 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 광섬유들 중 적어도 일부의 광섬유들은 상기 복수의 홈들 중 적어도 일부의 대응하는 홈들 내에 또는 상기 복수의 홈들 중 적어도 일부의 대응하는 홈들 상에 배리어를 포함하는,
    기판 온도 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 배리어는 상기 복수의 광섬유들 중 적어도 일부의 광섬유들을 둘러싸는 시스(sheath)를 포함하는,
    기판 온도 제어 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 홈들 중 하나 또는 그 초과의 홈들 내에 광학 온도 센서를 포함하는,
    기판 온도 제어 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 홈들은 하나 또는 그 초과의 방사상 스포크들을 포함하는 패턴으로 제공되는,
    기판 온도 제어 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 홈들은 하나 또는 그 초과의 원형 홈 섹션들을 포함하는 패턴으로 제공되는,
    기판 온도 제어 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 광섬유들 중 하나 또는 그 초과의 광섬유들은, 상기 복수의 홈들 중 대응하는 홈 내의 하나 또는 그 초과의 확산기들 중 대응하는 확산기에서 종결하는,
    기판 온도 제어 장치.
  13. 기판 온도 제어 시스템으로서,
    홈 라우팅 광섬유 가열 시스템을 포함하며,
    상기 홈 라우팅 광섬유 가열 시스템은,
    상부 표면을 갖는 상부 부재, 하부 부재, 및 복수의 광섬유들을 포함하는 기판 온도 제어 장치 ― 상기 복수의 광섬유들 각각은 복수의 홈들 중 대응하는 홈에서 측면으로 연장하고, 상기 복수의 홈들 각각은 상기 상부 부재의 상부 표면에 실질적으로 평행함 ―;
    상기 복수의 광섬유들 중 적어도 일부의 광섬유들에 결합된 복수의 광원들; 및
    상기 복수의 광섬유들 각각의 광 세기를 제어하도록 적응된 광학 제어기를 포함하는,
    기판 온도 제어 시스템.
  14. 전자 디바이스 처리 시스템으로서,
    기판 상에서 프로세스를 실행하도록 적응된 프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버 내의 기판 온도 제어 장치 ― 상기 기판 온도 제어 장치는 하부 부재, 상부 표면을 갖고 상기 기판과 열 접촉하도록 적응된 상부 부재, 및 대응하는 복수의 홈들에서 측면으로 연장하는 복수의 광섬유들을 포함함 ―; 및
    상기 복수의 광섬유들에 결합되며 상기 복수의 광섬유들의 광 세기를 제어하여 상기 상부 부재의 온도 제어를 제공하도록 적응된 온도 제어기를 포함하고,
    상기 대응하는 복수의 홈들에서 측면으로 연장하는 상기 복수의 광섬유들은, 상기 상부 표면에 실질적으로 평행한,
    전자 디바이스 처리 시스템.
  15. 기판들을 처리하는 방법으로서,
    하부 부재, 상부 표면을 갖고 상기 하부 부재에 인접한 상부 부재, 및 대응하는 복수의 홈들에서 측면으로 연장하는 복수의 광섬유들을 포함하는 기판 온도 제어 장치를 제공하는 단계; 및
    상기 상부 부재의 홈 라우팅 광섬유 기반 온도 제어를 달성하도록, 상기 복수의 광섬유들 중 적어도 일부에 제공된 광 세기를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 광섬유들 각각은 상기 상부 부재의 상부 표면에 실질적으로 평행한,
    기판들을 처리하는 방법.
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