KR20190103319A - 방사 가열 프리 소크 - Google Patents

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KR20190103319A
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존 바게트
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액셀리스 테크놀러지스, 인크.
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Abstract

워크 피스 공정 시스템 및 방법은 워크 피스를 진공 챔버로 이송하는 단계를 포함한다. 가열된 척은 워크 피스를 클램핑 표면에 선택적으로 클램핑하도록 구성되고, 클램핑 표면을 선택적으로 가열하도록 구성된다. 워크 피스 이송 장치는 워크 피스를 가열된 척으로 이송하도록 구성되는 엔드 이펙터를 가지며, 워크 피스는 엔드 이펙터 상에 놓인다. 제어기는 워크 피스 이송 장치의 제어를 통해 가열된 척에 대해 워크 피스를 선택적으로 위치시키며, 미리 결정된 거리는 일반적으로 가열된 척으로부터 워크 피스에 의해 수용되는 방사선의 양을 결정하고, 제어기는 워크 피스 이송 장치의 제어를 통해 워크 피스를 가열된 척의 표면 상에 위치시키도록 추가적으로 구성된다.

Description

방사 가열 프리 소크
본 발명은 일반적으로 워크 피스를 처리하기 위한 워크 피스 처리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가열된 척 상에 배치되기 전에 워크 피스의 온도를 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 공정에서, 이온 주입과 같은 많은 공정이 워크 피스(workpiece) 또는 반도체 웨이퍼에서 수행될 수 있다. 이온 주입 처리 기술의 발달에 따라, 워크 피스에서의 다양한 이온 주입 온도가 구현되어 워크 피스 내 다양한 주입 특성을 달성할 수 있다. 예를 들어, 종래의 이온 주입 공정에서, 3가지 온도 범위, 즉, 워크 피스에서의 공정 온도가 실온 이하의 온도로 유지되는 콜드 임플란트(cold implant), 워크 피스에서의 공정 온도가 전형적으로 300-600℃의 범위의 높은 온도로 유지되는 핫 임플란트(hot implant) 및 워크 피스에서의 공정 온도가 실온보다 약간 높지만 핫 임플란트에서 사용되는 온도보다 낮은 50-100℃ 범위의 온도로 유지되는 소위 준 실온 임플란트(quasi-room temperature implants)가 고려될 수 있다.
예를 들어, 핫 임플란트(hot implants)가 점점 보편화되고 있어, 공정 온도는 일반적으로 워크 피스에 정전기적 또는 기계적 클램핑에 의한 주입 중에 가열된 척의 클램핑 표면에 워크 피스가 고정되는 가열된 척을 통해 획득할 수 있다. 예를 들어, 기계적 클램핑이 기계적 수단에 의해 가열된 척에 대한 워크 피스의 위치를 기계적으로 유지하면서, 가열된 정전 척(ESC)은 정전기력을 사용하여 워크 피스를 유지 또는 클램핑한다. 예를 들어, 핫 임플란트(hot implants)가 일반적으로 이루어지므로 공정 온도는 전형적으로 워크 피스가 이온 주입 중에 정전기적 또는 기계적 클램핑에 의해 가열되어 고정되는 가열된 척을 통해 달성된다. 예를 들어 가열된 정전 척(ESC)은 정전기력을 사용하여 워크 피스를 유지 또는 클램핑하는 반면 기계식 클램핑은 기계식 구성 요소에 의해 가열된 척에 대한 워크 피스의 위치를 기계적으로 클램핑한다. 예를 들어, 종래의 고온 ESC는, ESC 및 워크 피스를 공정 온도(예를 들어, 300℃내지 600℃로 가열하기 위해, 클램핑 표면 아래에 내장된 히터 세트를 포함하여, 가스 인터페이스가 통상적으로 클램핑 표면에서 워크 피스의 뒷면까지 열적 인터페이스를 제공한다.
그러나, 가열된 척의 표면 상에 비교적 저온의 워크 피스를 배치하면, 온도 상승으로 워크 피스가 열팽창 또는 클램핑 표면에 대해 성장할 때 다양한 문제가 발생할 수 있다. 이러한 팽창은 워크 피스의 휨 또는 균열을 초래할 수 있으며, 이러한 팽창은 워크 피스가 탄화 규소를 포함할 때 특히 문제가 된다. 또한, 냉각된 워크 피스가 가열된 척의 표면 상에 배치될 때, 실질적으로 급격히 변하는 가열 속도가 워크 피스에 유도되어, 열적 불균일이 워크 피스 전체에 걸쳐 유도됨에 따라, 열적 스트레스 및 워크 피스의 파손과 같은 문제점을 야기한다.
본 발명은 처리량을 최대화하고 시스템과 관련된 비용을 최소화하면서 고온 이온 주입 시스템의 대기 및 진공 환경 사이에서 워크 피스를 이송하기 위한 시스템, 장치 및 방법을 제공함으로써 종래 기술의 한계를 극복한다.
따라서, 다음은 본 발명의 일부 양태의 기본적인 이해를 제공하기 위해 본 발명의 단순화된 요약을 제공한다. 이 요약은 발명의 광범위한 개요는 아니다. 본 발명의 주요 요소 또는 중요한 요소를 식별하거나 본 발명의 범위를 기술하지 않는다. 본 발명의 목적은 후술되는 보다 상세한 설명의 서두로서 본 발명의 일부 개념을 단순화된 형태로 제시하는 것이다.
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템과 같은 워크 피스 처리 시스템에 관한 것이다. 하나의 예시적인 양상에 따르면, 워크 피스 처리 시스템은 진공 챔버 및 진공 챔버에 작동 가능하게 결합되는 제 1 챔버를 포함한다. 예를 들어 가열된 척이 공정 챔버 내에 위치되고, 가열된 척은 워크 피스를 그 클램핑 표면에 선택적으로 클램핑하도록 구성된다. 가열된 척은 예를 들어, 가열된 척의 클램핑 표면을 선택적으로 가열하도록 추가 구성된다.
일 실시 예에 따르면, 워크 피스를 선택적으로 지지하도록 구성된 엔드 이펙터를 갖는 워크 피스 이송 장치가 추가로 제공된다. 예를 들어 워크 피스는 엔드 이펙터에 놓일 수 있으며, 이로써 엔드 이펙터는 오직 1 자유도로 워크 피스를 제한한다. 워크 피스 이송 장치는 예를 들어, 가열된 척과 제 1 챔버 사이 및 다양한 위치 사이에서 워크 피스를 선택적으로 이송하도록 구성된다.
예를 들어, 제어기는 워크 피스 이송 장치의 제어를 통해 가열된 척에 대해 워크 피스를 선택적으로 위치 시키도록 제공 및 구성된다. 예를 들어, 제어기는 클램핑 표면으로부터 미리 결정된 거리에 워크 피스를 위치 시키도록 구성되며, 미리 결정된 거리는 일반적으로 가열된 척으로부터 워크 피스에 의해 수신되는 방사선의 양을 결정하여 워크 피스의 선택적 가열을 가능하게 한다. 예를 들어, 가열된 척은 가열된 척 내에 내장되거나 이와 관련되어 있는 하나 이상의 방사 히터를 포함 할 수 있다. 제어기는 예를 들어, 워크 피스 이송 장치의 제어를 통해 가열된 척의 표면 상에 워크 피스를 선택적으로 위치 시키도록 추가로 구성된다.
일 예시에서, 제어기는 워크 피스가 미리 정해진 위치에 위치되는 동안의 시간량을 제어하도록 또한 구성된다. 다른 예에서, 제어기는 워크 피스의 원하는 온도 프로파일 및 가열된 척의 미리 결정된 온도 프로파일 중 하나 이상에 기초하여 하나 이상의 미리 결정된 거리 및 시간량을 선택적으로 변화 시키도록 구성된다.
예를 들어, 가열된 척은 워크 피스를 미리 결정된 공정 온도로 가열하도록 또한 구성된다. 미리 결정된 공정 온도는 예를 들어, 약 100℃ 내지 약 1200℃ 범위일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 이온 주입 시스템에서 워크 피스를 예열하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 예를 들어, 제 1 온도의 제 1 위치로부터 워크 피스를 챔버 내의 가열된 척의 표면에 근접한 미리 결정된 위치로 이송하는 단계를 포함한다. 미리 결정된 위치는 예를 들어, 가열된 척의 표면으로부터 미리 결정된 거리에 위치된 위치를 포함한다. 가열된 척으로부터 예를 들어 열 방사가 방출 됨으로써, 워크 피스는 미리 결정된 위치에서 가열된 척으로부터의 열 방사선에 노출된다. 예를 들어, 워크 피스는 미리 결정된 시간 동안 미리 결정된 위치에 유지되고, 이에 따라 워크 피스의 온도를 제 2 온도까지 증가시킨다.
일 예시에서, 제 1 온도는 약 100℃ 미만이고 제 2 온도는 약 300℃보다 크다. 다른 예에서, 제 1 온도는 대략 20℃ 내지 100℃의 범위이고, 제 2 온도는 대략 300℃ 내지 600℃의 범위이다.
다른 예에서, 워크 피스는 제 2 온도로 가열된 후에 가열된 척의 표면 상에 추가로 위치되고, 이온은 워크 피스에 추가로 주입될 수 있다. 예를 들어, 워크 피스는 가열된 척의 표면에 정전기적으로 고정될 수 있다. 대안적으로, 워크 피스는 하나 이상의 기계적 클램프를 통해 가열된 척의 표면에 기계적으로 클램핑될 수 있다.
일 예시에서, 워크 피스를 제 1 위치로부터 가열된 척의 표면에 인접한 미리 결정된 위치로 이송하는 것은 제 1 환경으로부터 챔버 내의 진공 환경으로 워크 피스를 이송하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 예에서, 미리 결정된 거리는 가열된 척의 하나 이상의 방사 특성에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 가열된 척은 그 표면에 걸쳐 가변적인 방사 프로파일을 가질 수 있으며, 미리 결정된 거리를 결정하는 것은 워크 피스와 가열된 척의 표면 사이의 뷰 팩터를 결정하는 것을 포함한다.
본 발명의 다른 예시적인 양태에 따르면, 이온 주입 시스템에서 워크 피스를 예열하기 위한 또 다른 방법이 제공되며, 여기서, 워크 피스는 제 1 온도의 제 1 위치로부터 챔버 내의 가열된 척의 표면으로부터 미리 결정된 거리에 위치한 미리 결정된 위치로 이송된다. 가열된 척으로부터 열 방사선이 방출됨으로써, 워크 피스는 미리 결정된 위치에서 가열된 척으로부터의 열 방사선에 노출된다. 워크 피스는 미리 결정된 시간 동안 미리 결정된 위치에 유지되어, 워크 피스의 온도를 제 2 온도로 상승시킨다. 일단 제 2 온도에 도달하면, 워크 피스는 가열된 척의 표면 상에 배치되고 정전기 또는 기계적 클램핑력에 의해 선택적으로 클램핑되어 이온이 워크 피스에 추가로 주입될 수 있다.
일 예시에서, 미리 결정된 거리 및 시간량 중 하나 이상은 워크 피스의 원하는 온도 프로파일 및 가열된 척의 미리 결정된 온도 프로파일 중 하나 이상에 기초하여 추가로 변경된다. 또 다른 예에서, 워크 피스를 제 1 온도로 가열하는 것은 로드 락 챔버에서 수행된다.
전술한 목적 및 관련 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이하 충분히 설명되고 특히 청구 범위에서 지적된 특징을 포함한다. 다음의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 특정 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시 예는 본 발명의 원리가 사용될 수 있는 다양한 방식 중 몇 가지를 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규한 특징은 도면과 관련하여 고려될 때 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 양태에 따른 예시적인 가열 이온 주입 시스템을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다른 예시적인 양상에 따라 워크 피스를 가열하기 위한 예시적인 장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 예시적인 양태에 따른 워크 피스의 가열 이온 주입을 위한 예시적인 방법을 도시한 블록도이다.
본 발명은 일반적으로 비교적 차가운 워크 피스를 수용하도록 구성된 가열 된 척을 갖는 시스템에 관한 것이다. 일 실시 예에서, 본 발명은 이온 주입 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고온 이온 주입(예를 들어, 300℃내지 600℃을 위해 구성된 이온 주입 시스템에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 상대적으로 고온인 표면 상에 상대적으로 저온의 워크 피스가 배치되는 다양한 다른 시스템에 적용 가능하다는 것을 이해해야 한다.
이하, 본 발명은 도면을 참조하여 설명될 것이며, 도면 전체에 걸쳐서 동일한 참조 부호가 동일한 요소를 나타내기 위해 사용될 수 있다. 이들 양태의 설명은 단지 예시적인 것이며 제한적인 의미로 해석되어서는 안됨을 이해해야 한다. 이하의 설명에서, 설명의 목적으로, 다수의 특정 세부 사항들이 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 당업자는 본 개시가 이러한 특정 세부 사항들 없이 실시될 수 있음을 명백히 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 도 1은 예시적인 이온 주입 시스템(100)을 도시한다. 본 실시 예의 이온 주입 시스템(100)은 예시적인 이온 주입 장치(101)를 포함하지만, 플라즈마 처리 시스템 또는 다른 반도체 처리 시스템과 같은 다양한 다른 유형의 진공 기반 반도체 처리 시스템 또한 고려된다. 예를 들어, 이온 주입 장치(101)는 터미널(102), 빔라인 조립체(104) 및 엔드 스테이션(106)을 포함한다.
일반적으로, 터미널(102) 내의 이온 소스(108)는 도펀트 가스를 다수의 이온으로 이온화하고 이온 빔(112)을 형성하기 위해 전원(110)에 연결된다. 본 예에서 이온 빔(112)은 질량 분석 장치(114)를 통과하여 엔드 스테이션(106)을 향하는 개구(116) 밖으로 나온다. 엔드 스테이션(106)에서 이온 빔(112)은 척(120)(예를 들어, 정전 척 또는 ESC)에 선택적으로 클램핑되거나 장착되는 워크 피스(118)(예를 들어, 실리콘 웨이퍼 또는 디스플레이 패널 등)와 충돌한다. 일단 워크 피스(118)의 격자 내에 이온이 주입되면, 주입된 이온은 워크 피스(118)의 물리적 및/또는 화학적 특성을 변화시킨다. 이 때문에, 이온 주입은 반도체 장치 제조 및 금속 마무리, 재료 과학 연구의 다양한 응용 분야에 사용된다.
본 발명의 이온 빔(112)은 펜슬 또는 스폿 빔, 리본 빔, 주사 빔 또는 이온이 엔드 스테이션(106)을 향해 지향되는 임의의 다른 형태를 취할 수 있으며, 이러한 모든 형태는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 엔드 스테이션(106)은 진공 챔버(124)와 같은 공정 챔버(122)를 포함하며, 공정 환경(126)은 공정 챔버(122)와 관련된다. 공정 환경(126)은, 일반적으로 공정 챔버(122) 내에 존재하며, 일례에서, 공정 챔버(122)에 결합되고 공정 챔버(122)를 실질적으로 배기시키도록 구성된 진공 소스(128)(예를 들어, 진공 펌프)에 의해 생성된 진공을 포함한다.
예시적인 이온 주입 시스템(101)(예를 들어, 매사 추세츠 주 비벌리의 Axcelis Technologies 사에 의해 제조된 Purion M 또는 Purion H 이온 주입 시스템)을 이용하는 예시적인 이온 주입에서, 직경 300mm의 워크 피스(118)가 이온 빔 (112)에 노출된다.
일 실시 예에서, 이온 주입 장치(101)는 고온 이온 주입을 제공하도록 구성되며, 여기서 워크 피스(118)는 척(120) 상에서 공정 온도(예를 들어, 약 300-600℃로 가열된다. 따라서, 척(120)은 가열된 척(130)을 포함하며, 가열된 척(130)은 워크 피스(118)가 이온 빔에 노출되기 전, 노출되는 동안 및/또는 노출된 후 공정 챔버(122) 내에서 워크 피스(118)가 추가로 가열되는 동안 워크 피스(118)를 지지 및 유지하도록 구성된다.
본 실시 예의 가열된 척(130)은 워크 피스(118)를 주변 환경 또는 외부 환경(132)(예를 들어, “대기 환경”이라고도 함)의 대기 또는 대기 온도보다 상당히 높은 공정 온도로 가열하도록 구성된 정전 척(ESC)을 포함한다. 그러나, 가열된 척(130)은 워크 피스(118)를 선택적으로 고정하기 위한 기계적 클램프(도시되지 않음)를 갖는 척을 대안적으로 포함할 수 있음을 알아야 한다.
가열 시스템(134)이 추가로 제공될 수 있으며, 여기서 가열 시스템은 가열 된 척(130)을 가열하도록 구성되고, 이어서 그 위에 놓인 워크 피스(118)를 원하는 공정 온도까지 가열하도록 구성된다. 예를 들어, 가열 시스템(134)은 가열된 척(130) 내에 배치된 하나 이상의 히터(136)를 통해 워크 피스(118)를 선택적으로 가열하도록 구성된다.
일부 고온 임플란트의 경우, 워크 피스(118)는 원하는 온도에 도달할 때까지 공정 환경(126)의 진공 내에서 가열된 척(130) 상에서 "침지(soak)"된다. 대안적으로, 이온 주입 시스템(100)을 통한 사이클 시간을 증가시키기 위해, 워크 피스는 예열 장치(152)를 통해 공정 챔버(122)에 작동 가능하게 결합된 하나 이상의 챔버(138A, 138B)(예를 들어, 하나 이상의 로드 락 챔버)에서 예열될 수 있다.
툴(Tool) 구조, 공정 및 원하는 처리량에 따라, 워크 피스(118)는 예열 장치(152)를 통해 제 1 온도로 예열될 수 있으며, 여기서 제 1 온도는 공정 온도와 같거나 낮기 때문에, 진공 챔버(124) 내부의 가열된 척(130)에서 최종적인 열적 균등화가 수행된다. 이러한 시나리오는 공정 챔버(122)로 이송하는 동안 워크 피스(118)가 약간의 열을 잃는 것을 허용하고, 공정 온도까지의 최종 가열은 가열된 척(130)에서 수행된다.
하나 이상의 챔버(예를 들어, 도 1의 챔버(138A)에 도시 됨)와 관련된 예열 장치(152)는 공정 챔버(120)의 공정 환경(126)의 진공 상태로 워크 피스를 가져 오기 전에 외부 환경(132)의 대기압에서 워크 피스(118)를 가열할 수 있다. 일 예에서, 워크 피스(118)는 예열 장치(152) 상에서 초기 온도(예를 들어, 실온)로부터 제 1 설정 온도로 가열될 수 있다.
공정 중 열을 전달하기 위해, 워크 피스(118)의 후면은 가열된 척(130)과 전도적인 소통을 하게 된다. 이 전도적인 소통은 가열된 척(130)과 워크 피스(118) 사이의 압력 제어된 가스 인터페이스("후면 가스"라고도 함)을 통해 이루어진다. 후면 가스의 압력은 일반적으로 가열된 척(130)의 정전기력에 의해 제한되며, 일반적으로 5-20Torr의 범위로 유지 될 수 있다. 일 예에서, 후면 가스 인터페이스 두께(예를 들어, 워크 피스(118)와 가열된 척(130) 사이의 거리)는 마이크론(전형적으로 5 내지 20㎛)으로 제어되고, 이 압력 영역에서 분자 평균 자유 경로는 계면 두께가 시스템을 전이 및 분자 가스 체제로 밀어 넣을 정도로 충분히 커진다.
본 발명은 가열된 척(130)이 약 300-600℃의 높은 주입 온도로 가열되는 소위 "고온 임플란트"뿐만 아니라, 약 20-100℃의 준 실내 온도 임플란트로 시스템(100)을 이용하는 것을 고려한다. 고온 임플란트에서, 워크 피스(118)는 가열된 척(130) 상에 배치되기 전에 대략 높은 주입 온도로 추가로 예열 될 수 있으며, 이에 의해 예열된 워크 피스(118)는 가열된 척 상에 로딩되고 고온 주입이 수행된다. 따라서, 본 발명은 고온 임플란트뿐만 아니라 준 실내 온도 임플란트를 수행하기 위해 동일한 가열된 척(130)을 사용하여 이전에 관측되지 않은 다 기능성을 제공하는 시스템 및 방법을 제공한다.
다른 예시적인 양태에 따르면, 가열 시스템(134), 예열 장치(152) 및 냉각 장치를 선택적으로 활성화시켜 그 위에 각각 존재하는 워크 피스(118)를 선택적으로 가열 또는 냉각 시키도록 제어기(170)가 또한 제공 및 구성된다. 예를 들어, 제어기(170)는 예열 장치(152)를 통해 챔버(138A) 내의 워크 피스(118)를 가열하여, 가열된 척(130) 및 가열 시스템(134)을 통해 공정 챔버(122) 내의 소정 온도로 워크 피스를 가열하여 이온 주입 장치(101)를 통해 워크 피스에 이온을 주입하고, 냉각 장치(160)를 통해 챔버(138B) 내의 워크 피스를 냉각시키며, 펌프 및 통기구 (172), 각각의 대기 도어(174A, 174B), 각각의 챔버(138A, 138B)의 진공 도어 (176A, 176B), 및 워크 피스 이송 장치(178A, 178B)(예를 들어, 워크 피스를 지지하도록 구성된 엔드 이펙터(180)를 갖는 로봇)의 제어를 통해, 워크 피스를 대기 환경(132)과 진공 환경(126) 사이에서 선택적으로 이송한다.
가열된 척(130) 상에 놓이기 전에, 그러나 워크 피스(118)가 진공 챔버(124) 내에 반입된 후에, 워크 피스(118)는 일반적으로 고 진공 환경에서 유지되며, 열 전달은 주로 방사선에 의해 지배된다.
본 발명의 몇몇 양태에 따라 논의될 바와 같이, 워크 피스가 초기 온도(예를 들어, 약 20℃ 또는 대략 실온)일 때, 워크 피스(118)는 워크 피스 이송 장치(178B)에 의해 가열된 척(130)의 표면으로부터 미리 결정된 거리에 유리하게 위치될 수 있으며, 워크 피스의 온도는 가열된 척으로부터 방출된 열 방사선으로 인해 상승할 수 있다. 가열된 척(130)으로부터 방출된 열 방사선을 통해 워크 피스(118)의 온도를 상승시킴으로써, 본 발명은 워크 피스와 가열된 척 사이의 미리 결정된 거리를 통과하는 방사된 열을 확산시킴으로써 워크 피스에 비교적 균일한 온도를 제공한다.
본 발명의 더 나은 이해를 얻기 위해, 가열된 척이 실질적으로 고온(예를 들어, 1000℃)에 있을 때 비교적 차가운(예를 들어, 실온 또는 약 약 20℃) 워크 피스(118)가 가열된 척(130) 상에 배치되어 고정될 때 다양한 유해한 문제가 존재할 수 있다는 것을 먼저 이해해야 한다. 예를 들어, 가열된 척(130) 상에 워크 피스(118)를 배치하는 것은 워크 피스에 열 응력을 유도하여 워크 피스의 "포테이토 치핑(potato chopping)" 균열을 초래하거나, 또는 워크 피스가 가열된 척에 고정될 때 워크 피스에 대한 다른 손상이 발생할 수 있다.
예를 들어, 워크 피스(118)가 가열된 척(130) 상에 신속하게 고정되면, 워크 피스는 일반적으로 열적으로 팽창할 수 없다. 예를 들어, 이러한 팽창의 한계는 워크 피스(118)에 걸친 응력 및 파손, 열적 불균일뿐만 아니라 워크 피스에 대한 "충격"인 열 응력과 관련된 다양한 다른 문제를 초래할 수 있다.
그러나, 본 발명은 워크 피스를 그 표면 상에 배치하기 전에 워크 피스(118)의 예열 원으로서 가열된 척(130)(예를 들어, 기계적 또는 정전기적 클램핑 척)을 유리하게 이용하기 때문에 종래의 시스템과 상이하다. 일 양상에 따르면, 예를 들어, 워크 피스 이송 장치(178B)의 엔드 이펙터(180)는 도 2에 도시 된 바와 같이, 가열된 척(130)의 표면(184) 위에서 워크 피스를 미리 결정된 거리(182)(예를 들어, 약 10mm)로 지지하도록 유리하게 구성된다. 예를 들어, 워크 피스(118)와 가열된 척(130)의 표면(184) 사이의 미리 결정된 거리(182)는 예열 속도, 열 흡수율, 및 가열된 척과 가열된 척의 하나 이상의 히터(136)로부터 방출된 방사선(186)을 통해 워크 피스에 전달된다. 따라서, 가열된 척(130)으로부터의 복사 열 전달은 워크 피스(118)를 가열하도록 구성되어, 워크 피스는 그의 열팽창 계수(CTE)에 기초하여 엔드 이펙터(180) 상에 놓여져 열적으로 성장하거나 팽창하도록 허용된다.
통상적으로, 워크 피스는 가열된 척의 표면 상에 직접 배치되어, 클램핑 및 해제 시퀀스에 의해 워크 피스의 열 팽창이 수용된다. 예를 들어, 종래의 워크 피스는 척의 표면 상에 배치되어 클램핑되며, 워크 피스는 척에 의해 가열된다. 워크 피스가 팽창하도록 하기 위해, 가열된 척은 워크 피스의 클램핑을 해제 한 다음, 팽창 후에 워크 피스를 다시 가열된 척에 클램핑한다. 이러한 클램핑 및 해제 사이클은 원하는 온도에 도달할 때까지 반복되며, 시간 소모뿐만 아니라 입자 오염을 유발할 수도 있다. 예를 들어, 워크 피스가 완전히 평평하지 않은 경우 워크 피스를 척에 클램핑하는 것이 어려울 수 있으며 워크 피스가 파손되거나 워크 피스가 이러한 클램핑 및 해제 사이클과 동시에 오염 입자를 유발할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이 가열된 척(130)의 표면(184) 위의 미리 결정된 거리(182)에서 워크 피스(118)를 복사적으로 예열함으로써, 워크 피스와 가열된 척의 표면 사이의 뷰 팩터(View factor)가 열원(예를 들면, 가열된 척)으로부터 더 멀리 떨어지게 되어 워크 피스 전체에 걸쳐 더 양호한 가열의 균일성을 얻을 수 있다. 일반적으로 복사열 전달은, 뷰 팩터라고 알려진 열원에 대한 물체의 뷰(View)뿐만 아니라 열원과 가열되는 물체 사이의 온도 차이에 의해 결정된다. 이러한 뷰 팩터는 예를 들어 0에서 1까지의 범위를 가진다. 예를 들어, 워크 피스(118)가 열원 뒤에 있거나 그렇지 않으면 열원으로부터 차단되면, 뷰 팩터는 0이 된다. 예를 들어, 워크 피스(118)가 가열된 척(130)(예를 들어, 열원)의 표면(184) 상에 놓여있는 경우, 열원으로부터의 모든 열이 워크 피스에 전달됨에 따라 뷰 팩터가 1(예를 들어, 1:1)이 된다. 워크 피스(118)가 가열된 척(130)으로부터 미리 결정된 거리(182)(예를 들어, 10mm)에 위치되면, 일부 열은 측면(187)으로 방사되는 반면 일부 열은 워크 피스로 전달된다. 따라서, 일부 열은 워크 피스에 전달되지 않는다. 예를 들어, 미리 결정된 거리(182)가 척으로부터 10mm, 15mm 또는 30mm으로 변하면, 그에 따라 워크 피스(118)로의 열 전달 속도가 제어될 수 있다.
일부 상황에서, 소위 "핫 스폿(hot spot)"이 가열된 척 (130) 상에 존재할 수 있으며, 가열된 척의 중앙과 같은 핫 스폿 위치(188)는 가열된 척의 나머지 부분보다 더 뜨거울 수 있다(예를 들어, 30도 까지). 워크 피스(118)가 워크 피스의 가열 중에 그러한 핫 스폿을 갖는 가열된 척(130)의 표면(184) 상에 직접 배치되면, 핫 스폿과 관련된 열은 직접 워크 피스로 전달되고, 이와 관련된 온도 차이는 유해한 열적 스트레스를 일으킬 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 워크 피스가 이러한 핫 스폿 위치(188)를 갖는 가열된 척(130)으로부터 미리 결정된 거리(182) 떨어져 유지되면, 핫 스폿으로부터의 열이 유리하게 확산된다. 워크 피스(118)는 뷰 팩터 때문에 표면(184) 상에 직접 위치하는 것보다 미리 결정된 거리(182)에 위치하는 것이 덜 가열되지만, 워크 피스를 가열된 척에 더 가깝게 함으로써 뷰 팩터를 증가시키는 것은 워크 피스를 보다 높은 예열 온도가 되도록 한다.
일 예에서, 미리 결정된 거리(182)는 변화될 수 있고, 워크 피스(118)는 워크 피스의 가열을 추가로 제어하기 위해 가열된 척(130)으로부터 미리 결정된 복수의 거리에 위치될 수 있다. 예를 들어, 워크 피스(118)는 초기에 가열된 척(130)의 표면 (184)으로부터 미리 결정된 거리(182)(예를 들어, 약 30mm)에 위치될 수 있으며, 이로써 미리 결정된 거리가 서서히 감소될 수 있어(예를 들어, 2-3mm) 열 충격을 최소화 할 수 있다. 이와 같이 워크 피스(118)를 위치시키는 것은 상대적으로 낮은 온도(예를 들어, 실온)로부터 직접적으로 가열된 척(130)의 700℃ 표면 상에 워크 피스(118)를 위치시키는 것보다 유리하다.
따라서, 본 발명은 가열된 척(130)과 관련된 핫 스폿을 유리하게 완화시키고, 워크 피스(118) 전체에 걸친 열 균일성을 돕고(예를 들어, 뷰 팩터의 변화를 통해 불균일성을 감소함으로써), 열 성장으로 인해 이전에 경험된 클램핑 응력을 돕는다. 핫 스폿 위치(예를 들어, 30도 차이)는 워크 피스(118)의 컨덕턴스를 통해 더 유리하게 확산되고 완화될 수 있다.
예를 들어, 워크 피스(118)는 도 1의 워크 피스 이송 장치(178B)(예를 들어, 로봇)를 통해 엔드 이펙터(180)에 의해 유지될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 엔드 이펙터(180)는 중력에 의해 워크 피스(118)가 엔드 이펙터 상에 놓이기 위한 트레이 또는 다른 스타일의 수동 그립핑 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 워크 피스(118)는 엔드 이펙터와 관련된 3개 이상의 핀(190) 상에 놓일 수 있다. 본 실시 예에서, 엔드 이펙터 (180) 상에 축 방향 그리퍼가 없기 때문에, 워크 피스(118)는 반경 방향 및 축 방향 모두로 자유롭게 팽창 될 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터(180)에 의해 오직 1 자유도의 구속을 가지며(예를 들어, 워크 피스(118)와 핀(190) 사이의 중력 강제 접촉), 워크 피스의 움직임의 나머지 2 자유도는 해로운 결과 없이 워크 피스를 팽창하도록 한다.
본 실시 예에서, 가열된 척(130)은 워크 피스(118)의 수직 아래에 위치되고, 이로써 워크 피스는 엔드 이펙터(180)에 의해 그 바깥 둘레 아래에 유지되며, 이로써 오버랩(192)이 워크 피스와 가열된 척(130) 사이에 제공된다. 가열 시에, 예를 들어, 워크 피스(118)는 유리하게는 반경 방향 (및 축 방향)으로 팽창될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 엔드 이펙터(180)는 워크 피스의 선택적 가열을 위해 가열된 척(130)의 표면(184)으로부터 미리 결정된 거리(182)로 워크 피스 (118)를 이동시키고 배치하도록 구성된다. 미리 결정된 거리(182)는 예를 들어, 가열된 척(130)으로부터 워크 피스(118)에 수용되는 원하는 방사 방출에 따라 변화 될 수 있다. 일 예에서, 미리 결정된 온도 상승 및/또는 소정량의 시간이 경과된 후에, 워크 피스(118)는 가열된 척(130)의 표면(184) 상에 직접 놓일 수 있고, 이에 선택적으로 클램핑될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 예열 장치(152)가 선택적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 예열 장치(152)는 가열된 척(130)으로부터 미리 결정된 거리(182)로 배치되기 전에 워크 시트를 미리 결정된 양으로 예열하는데 이용 될 수 있다. 선택적으로, 예열 장치(152)는 도 2에 도시된 가열된 척(130)의 표면 (184)으로부터 미리 결정된 거리(182)에 선택적으로 배치하기 전에 워크 피스(118)를 가열하기 위해 제거되거나 이용되지 않을 수 있다.
예를 들어, 가열된 척(130)으로부터의 미리 결정된 거리(182)에서의 워크 피스(118)의 배치는 "침지(soak)"로서 고려될 수 있으며, 이에 의해 워크 피스는 가열된 척 위에 일정 시간 동안 침지될 수 있다. 이러한 침지는 공정 전에 워크 피스(118)의 균일한 온도를 확립하는데 이용될 수 있다.
본 발명은 또한 워크 피스가 가열된 척의 표면(184)으로부터 제거될 때 (예를 들어, 그 안에 이온이 주입 된 후에) 가열된 척(130)으로부터 미리 결정된 거리(182)로 워크 피스(118)를 유사한 위치에 배치하는 것을 고려한다. 이와 같이, 열 불균일성은 워크 피스(118)의 냉각 동안 더 완화될 수 있지만, 전술 한 것과 반대의 방식으로 완화될 수 있다.
다른 예에서, 미리 결정된 거리(182) 및/또는 미리 결정된 거리에서 소비된 시간의 변화가 고려된다. 예를 들어, 별개의 미리 결정된 거리(예를 들어, 10mm와 30mm)가 이용되는 대신에, 5초 마다 1mm, 또는 요구되는 열전달과 워크 피스의 처리량에 적합한 다른 비율과 같이, 가열된 척(130)으로부터 멀어지거나 가까워지는 워크 피스(118)의 움직임 비율(예를 들어, 일반적으로 지속적인 움직임)이 고려된다. 이와 같이 속도, 시간 및/또는 속도의 결정은 각각의 워크 피스(118) 및/또는 워크 피스의 재료 구성 요소에 대해 특징화 될 수 있는 속도 또는 가변 속도의 연속체뿐만 아니라 시간에 따른 미리 결정된 거리(182)의 임의의 조합이 고려된다. 또한, 예를 들어, 도 1의 제어기(170)는 가열된 척(130)에 대해 워크 피스(118)의 배치 및/또는 이동을 제공하도록 적절히 구성된다.
따라서, 본 발명은 가열된 척(예를 들어, ESC 또는 다른 클램핑 플레이트)상에서 클램핑되고 가열될 때 워크 피스의 열 성장과 이전에 관련된 워크 피스(118) 상의 응력을 유리하게 최소화한다. 따라서, 본 발명은 후속 공정을 위해 가열된 척(130)에 클램핑하기 전에 워크 피스(118)가 열팽창하도록 한다. 본 발명은 전술 한 바와 같이 그렇지 않으면 열 불균일성 및 열 응력 또는 파손을 일으킬 수 있는 온도 상승 속도를 추가로 감소시킨다. 또한, 본 발명은 "핫 스폿"을 감소시키고 그 가열 동안 워크 피스(118) 전체에 걸쳐 균일하게 에너지를 더 잘 분배하도록 뷰 팩터를 유리하게 제어한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 가열된 척(130)은 로드 록 챔버(138A) 내에 위치하거나 시스템(101)의 다른 곳에 위치한 독립적인 예열 장치(152)를 갖는 대신에 또는 그에 부가하여 공정 챔버(122)의 내부 또는 근접하여 위치된 예열 스테이션으로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 다수의 가열된 척(130)이 도 1의 공정 챔버(122) 내에 구현 될 수 있으며, 이에 의해 하나 이상의 워크 피스(118)의 가열이 위에서 논의된 유해한 효과없이 달성 될 수 있다. 따라서, 시스템과 관련된 비용이 유리하게 감소 될 수 있다.
본 발명은 종래의 예열이 대기에서 수행 될 때 시간 및 온도와 같은 변수가 제한된다는 점에서 로드 록 챔버(138A)에 위치한 독립적인 예열 장치(152)를 통해 단독으로 수행될 수 있는 예열보다 훨씬 유리하다. 고온 처리 전에 워크 피스(118)를 예열하기 위한 소스로서 진공 환경(126)에서 가열된 척(130)을 이용함으로써, 워크 피스의 가열에 대한 부가적인 제어가 유리하게는 도 2의 미리 결정된 거리(182)에 의해 제공된다.
또한, 본 발명은 증가된 처리량을 위해 로드 록 챔버(138A) 내의 워크 피스(118)를 예열하는 것을 고려하고, 여기에 개시된 가열된 척(130)에서의 워크 피스의 예열은 유리하게는 열 균일성을 증가시키고 워크 피스에 대한 열 충격을 완화시킨다. 이와 같이, 탄화 규소를 포함하는 워크 피스와 같이 워크 피스(118)의 다양한 조성을 처리할 때 상당한 부가적인 이점이 실현될 수 있다.
본 발명은 또한 워크 피스를 가열하고 워크 피스 전체에 걸쳐 실질적으로 균일한 열 특성을 제공하는 도 3의 방법(200)을 제공한다. 예시적인 방법은 본 명세서에서 일련의 행위 또는 이벤트로서 도시되고 설명되었지만, 일부 단계는 상이한 순서로 발생할 수 있으므로, 본 발명은 그러한 행위 또는 이벤트의 예시된 순서에 의해 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에 도시되고 설명된 것 이외의 다른 단계와 동시에 수행될 수 있다. 또한, 모든 개시된 단계가 본 발명에 따른 방법을 구현하는 것이 요구될 수 있는 것은 아니다. 또한, 본 방법은 도시되지 않은 다른 시스템과 관련하여 뿐만 아니라 본 명세서에 도시되고 기술된 시스템과 관련하여 구현될 수 있음을 이해해야 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 방법(200)은 단계(202)에서 시작하고, 워크 피스는 구성 가능한 미리 결정된 거리 및 설정 가능한 시간 동안 진공 상태의 열원을 고려하여 배치된다. 워크 피스가 미리 결정된 거리에 상주하는 뷰 팩터 및 시간은 워크 피스가 흡수할 수 있는 열 에너지의 양과 관련되며(즉, 직접적으로 관련된다), 따라서 단계(204)에서 워크 피스는 온도가 상승한다. 예를 들어, 온도가 증가하는 비율은 열원과 워크 피스 사이의 미리 결정된 거리 및 미리 결정된 거리에서의 시간에 기초하여 변할 것이다.
예를 들어 워크 피스는 단계(206)에서 척 표면 상에 직접 놓이기 전에 미리 결정된 온도에 도달하도록 허용되어, 열팽창의 일부가 비구속 상태에서 발생하도록 한다. 단계(204)에서의 이러한 가열 및 단계(206)에서의 배치는 또한 워크 피스가 그 자체 내에서 열을 전도하기 위한 추가 시간을 허용하여, 가열된 척 상의 잠재적인 핫 스폿에 의해 야기된 열 균일성 및 열적 응력을 감소시킨다.
단계(208)에서, 고온에서의 이온 주입과 같은 공정이 워크 피스에 대해 수행된다.
비록 본 발명이 특정의 바람직한 실시 예 또는 실시 예들과 관련하여 도시되고 설명되었지만, 본 명세서 및 첨부된 도면을 읽고 이해할 때 당업자에게 균등한 변경 및 수정이 발생할 것이라는 것은 명백하다. 특히, 상술한 구성 요소 (어셈블리, 장치, 회로 등)에 의해 수행되는 다양한 기능과 관련하여, 그러한 구성 요소를 설명하는데 사용된 용어("수단"에 대한 참조 포함)는 달리 지시되지 않는 한, 본 명세서에 기술된 예시적인 실시 예에서 기능을 수행하는 개시된 구조와 구조적으로 등가인 것은 아니지만, 설명된 구성 요소의 특정 기능을 수행하는 임의의 구성 요소(즉, 기능적으로 동일하다)에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 특정 특징이 몇몇 실시 예들 중 단지 하나와 관련하여 개시되었을지라도, 그러한 특징은 임의의 주어진 또는 특정 애플리케이션에 대해 바람직하고 유리할 수 있는 바와 같이 다른 실시 예의 하나 이상의 다른 특징들과 결합 될 수 있다.

Claims (20)

  1. 진공 챔버;
    상기 진공 챔버에 동작 가능하게 결합되는 제 1 챔버;
    상기 진공 챔버 내에 위치되고, 워크 피스를 클램핑 표면에 선택적으로 클램핑하도록 구성되고, 상기 클램핑 표면을 선택적으로 가열하도록 구성되는 가열된 척;
    상기 워크 피스를 선택적으로 지지하도록 구성되는 엔드 이펙터를 가지고, 상기 워크 피스를 상기 엔드 이펙터 상에 놓고, 상기 가열된 척과 상기 제1 챔버 사이에서 상기 워크 피스를 선택적으로 이송하도록 구성되는 워크 피스 이송 장치; 및
    상기 워크 피스 이송 장치의 제어를 통해 상기 가열된 척에 대해 상기 워크 피스를 선택적으로 위치시키도록 구성되고, 상기 워크 피스를 상기 클램핑 표면으로부터 미리 결정된 거리에 위치시키도록 구성되고, 상기 워크 피스 이송 장치의 제어를 통해 상기 워크 피스를 상기 가열된 척의 표면 상에 선택적으로 위치시키도록 추가적으로 구성되는 제어기를 포함하고, 상기 미리 결정된 거리는 상기 가열된 척으로부터 상기 워크 피스에 의해 수용되는 방사선의 양을 결정하는
    워크 피스 공정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 워크 피스가 상기 미리 결정된 거리에 위치되는 시간량을 제어하도록 구성되는
    워크 피스 공정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 가열된 척의 미리 결정된 온도 프로파일과 상기 워크 피스의 요구되는 온도 프로파일 중 하나 이상에 기초하여 상기 미리 결정된 거리 및 시간량 중 하나 이상을 선택적으로 변화시키도록 구성되는
    워크 피스 공정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    이온 빔을 상기 워크 피스를 향해 지향시키도록 구성되는 이온 주입 시스템을 더 포함하는
    워크 피스 공정 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열된 척은
    상기 가열된 척 내에 내장된 하나 이상의 방사 히터를 포함하는
    워크 피스 공정 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열된 척은
    상기 워크 피스를 미리 결정된 공정 온도까지 가열하도록 구성되는
    워크 피스 공정 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 공정 온도는 100℃ 내지 1200℃의 범위인
    워크 피스 공정 시스템.
  8. 워크 피스를 제 1 온도의 제 1 위치에서 챔버 내의 가열된 척의 표면에 근접한 미리 결정된 위치로 이송하는 단계;
    상기 가열된 척이 열 방사를 방출하여, 상기 워크 피스가 상기 미리 결정된 위치에서 상기 가열된 척이 방출한 열 방사선에 노출되는 단계;
    미리 결정된 시간 동안 상기 워크 피스를 상기 미리 결정된 위치에 유지시키고, 상기 워크 피스의 온도를 제 2 온도까지 증가시키는 단계;
    상기 워크 피스를 상기 가열된 척의 표면 상에 위치시키는 단계; 및
    상기 워크 피스에 이온을 주입하는 단계
    를 포함하는 이온 주입 시스템에서 워크 피스를 예열하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 워크 피스를 상기 가열된 척의 표면에 정전기적으로 클램핑하는 단계
    를 더 포함하는 이온 주입 시스템에서 워크 피스를 예열하기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    하나 이상의 기계적 클램프를 통해 상기 워크 피스를 상기 가열된 척의 표면에 기계적으로 클램핑하는 단계
    를 더 포함하는 이온 주입 시스템에서 워크 피스를 예열하기 위한 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 워크 피스를 상기 제 1 위치에서 상기 챔버 내의 상기 가열된 척의 표면에 근접한 상기 미리 결정된 위치로 이송하는 단계는
    상기 워크 피스를 제 1 환경에서 상기 챔버 내의 진공 환경으로 이송하는 단계를 포함하는 이온 주입 시스템에서 워크 피스를 예열하기 위한 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 위치는
    상기 가열된 척의 표면으로부터 미리 결정된 거리에 위치하는 위치를 포함하는 이온 주입 시스템에서 워크 피스를 예열하기 위한 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 가열된 척의 하나 이상의 방사 특성에 기초하여 상기 미리 결정된 거리를 결정하는 단계
    를 더 포함하는 이온 주입 시스템에서 워크 피스를 예열하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가열된 척은 그 표면에 걸쳐 다양한 방사 프로 파일을 가지며,
    상기 미리 결정된 거리를 결정하는 단계는 상기 워크 피스와 상기 가열된 척의 표면 사이의 뷰 팩터를 결정하는 단계를 포함하는 이온 주입 시스템에서 워크 피스를 예열하기 위한 방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 온도는 100℃ 보다 낮고, 상기 제 2 온도는 300℃ 보다 높은 이온 주입 시스템에서 워크 피스를 예열하기 위한 방법.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 온도는 20℃ 내지 100℃ 범위이고, 상기 제 2 온도는 300℃ 내지 600℃ 범위인 이온 주입 시스템에서 워크 피스를 예열하기 위한 방법.
  17. 워크 피스를 제 1 온도의 제 1 위치에서 챔버 내의 가열된 척의 표면으로부터 미리 결정된 거리에 위치한 미리 결정된 위치로 이송하는 단계;
    상기 가열된 척이 열 방사를 방출하여, 상기 워크 피스가 상기 미리 결정된 위치에서 상기 가열된 척이 방출한 열 방사선에 노출되는 단계;
    미리 결정된 시간 동안 상기 워크 피스를 상기 미리 결정된 위치에 유지시키고, 상기 워크 피스의 온도를 제 2 온도까지 증가시키는 단계;
    상기 워크 피스를 상기 가열된 척의 표면 상에 위치시키는 단계; 및
    상기 워크 피스에 이온을 주입하는 단계
    를 포함하는 이온 주입 시스템에서 워크 피스를 예열하기 위한 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 워크 피스의 요구되는 온도 프로파일 및 상기 가열된 척의 미리 결정된 온도 프로파일 중 하나 이상에 기초하여 미리 결정된 거리 및 시간량 중 하나 이상을 변화시키는 단계
    를 더 포함하는 이온 주입 시스템에서 워크 피스를 예열하기 위한 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 워크 피스를 상기 가열된 척의 표면 상에 위치시킨 후 상기 워크 피스를 상기 가열된 척의 표면에 정전기적으로 클램핑하는 단계
    를 더 포함하는 이온 주입 시스템에서 워크 피스를 예열하기 위한 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 워크 피스를 로드 락 챔버 내에서 상기 제 1 온도까지 가열하는 단계
    를 더 포함하는 이온 주입 시스템에서 워크 피스를 예열하기 위한 방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10227693B1 (en) * 2018-01-31 2019-03-12 Axcelis Technologies, Inc. Outgassing impact on process chamber reduction via chamber pump and purge
US11011397B2 (en) 2018-12-20 2021-05-18 Axcelis Technologies, Inc. Wafer soak temperature readback and control via thermocouple embedded end effector for semiconductor processing equipment
CN117096230B (zh) * 2023-10-19 2024-01-16 深圳蓝普视讯科技有限公司 一种微发光二极管显示屏巨量转移控制方法及相关设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0697269A (ja) * 1992-02-26 1994-04-08 Tokyo Electron Ltd 基板処理装置
JP2011155137A (ja) * 2010-01-27 2011-08-11 Tokyo Electron Ltd 基板加熱装置および基板加熱方法、ならびに基板処理システム
KR20150038252A (ko) * 2012-07-25 2015-04-08 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 베이크 처리 시스템
JP2015154061A (ja) * 2014-02-19 2015-08-24 住友電気工業株式会社 半導体装置の製造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3208047B2 (ja) * 1995-07-26 2001-09-10 日立テクノエンジニアリング株式会社 加熱炉
JP3881062B2 (ja) * 1996-08-14 2007-02-14 大日本スクリーン製造株式会社 基板保持機構および基板処理装置
JP3161450B2 (ja) * 1999-02-02 2001-04-25 日本電気株式会社 基板処理装置、ガス供給方法、及び、レーザ光供給方法
JP2002367921A (ja) * 2001-06-07 2002-12-20 Hitachi Ltd イオン注入装置
CN100437894C (zh) * 2002-09-10 2008-11-26 亚舍立技术有限公司 利用固定温度的卡盘以可变温度的工艺加热衬底的方法
JP2005085993A (ja) * 2003-09-09 2005-03-31 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 熱処理装置および熱処理方法
KR20080037143A (ko) * 2006-10-25 2008-04-30 삼성전자주식회사 표시판의 제조 장치
WO2009031450A1 (ja) * 2007-09-03 2009-03-12 Canon Anelva Corporation 基板熱処理装置及び基板の熱処理方法
US8194384B2 (en) 2008-07-23 2012-06-05 Tokyo Electron Limited High temperature electrostatic chuck and method of using
KR101612502B1 (ko) * 2008-12-18 2016-04-14 주성엔지니어링(주) 반도체 소자의 제조방법 및 제조장치
US9640412B2 (en) * 2009-11-20 2017-05-02 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for enhancing the cool down of radiatively heated substrates
US8941968B2 (en) 2010-06-08 2015-01-27 Axcelis Technologies, Inc. Heated electrostatic chuck including mechanical clamp capability at high temperature
US8371567B2 (en) * 2011-04-13 2013-02-12 Novellus Systems, Inc. Pedestal covers
US9378992B2 (en) * 2014-06-27 2016-06-28 Axcelis Technologies, Inc. High throughput heated ion implantation system and method
JP6271760B2 (ja) * 2014-12-05 2018-01-31 富士フイルム株式会社 金属酸化物膜の製造方法及び薄膜トランジスタの製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0697269A (ja) * 1992-02-26 1994-04-08 Tokyo Electron Ltd 基板処理装置
JP2011155137A (ja) * 2010-01-27 2011-08-11 Tokyo Electron Ltd 基板加熱装置および基板加熱方法、ならびに基板処理システム
KR20150038252A (ko) * 2012-07-25 2015-04-08 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 베이크 처리 시스템
JP2015154061A (ja) * 2014-02-19 2015-08-24 住友電気工業株式会社 半導体装置の製造方法

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