KR20210099618A - 반도체 처리장치를 위한 열전대 내장 엔드 이펙터를 통한 웨이퍼 소크 온도 판독 및 제어 - Google Patents

반도체 처리장치를 위한 열전대 내장 엔드 이펙터를 통한 웨이퍼 소크 온도 판독 및 제어 Download PDF

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액셀리스 테크놀러지스, 인크.
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Abstract

공작물 처리 시스템 및 방법이 공작물 전송 장치에 연결된 엔드 이펙터를 제공한다. 상기 엔드 이펙터는 공작물에 선택적으로 접촉하고 지지하기 위한 지지 부재를 가진다. 하나 이상의 온도 센서가 상기 지지 부재에 연결되고 상기 공작물의 후면에 접촉하여 상기 공작물의 하나 이상의 측정 온도를 측정하고 규정하도록 구성된다. 가열 척은 미리 정해진 온도의 지지 표면을 가지고, 상기 지지 표면에서 열을 방출하도록 구성된다. 제어기는 상기 공작물 전송 장치를 제어하여 상기 가열 척의 상기 지지 표면으로부터 미리 정해진 거리에 있는 상기 공작물을 선택적으로 지지하여 상기 공작물을 복사 가열하도록 하고, 적어도 부분적으로 상기 하나 이상의 측정 온도에 기반하여 상기 엔드 이펙터로부터 상기 가열 척의 상기 지지 표면으로 상기 공작물을 선택적으로 전송하도록 한다.

Description

반도체 처리장치를 위한 열전대 내장 엔드 이펙터를 통한 웨이퍼 소크 온도 판독 및 제어
본 발명은 일반적으로 공작물(workpieces)을 처리하기 위한 공작물 처리 시스템 및 방법에 관하며, 특히 온도 조절된 표면에 놓이기 전에 공작물의 온도를 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이 출원은 2018.12.20에 "반도체 처리장치를 위한 열전대 내장 엔드 이펙터를 통한 웨이퍼 소크 온도 판독 및 제어(WAFER SOAK TEMPERATURE READBACK AND CONTROL VIA THERMOCOUPLE EMBEDDED END EFFECTOR FOR SEMICONDUCTOR PROCESSING EQUIPMENT)"라는 명칭으로 출원된 미국 출원 No.16/227,399의 이익을 주장하며, 그 내용의 전체가 여기에 참조로 포함된다.
반도체 공정에서, 이온 주입과 같은 많은 작업들이 공작물 또는 반도체 웨이퍼 상에서 수행될 수 있다. 이온 주입 공정 기술이 발전함에 따라, 상기 공작물의 다양한 주입 특성을 달성하기 위해 상기 공작물에 다양한 이온 주입 온도가 구현될 수 있다. 예를 들면, 통상적인 이온 주입 공정에서, 세 가지 온도 체계가 고려된다: 저온 주입은, 상기 공작물의 공정 온도가 실온(room temperature)보다 낮은 온도로 유지되고, 고온 주입은, 상기 공작물의 공정 온도가 일반적으로 300°C - 600°C 범위인 높은 온도로 유지되고, 소위 준 실온(quasi-room temperature) 주입은, 상기 공작물의 공정 온도가 실온보다 약간 상승된 온도로 유지되지만, 고온 주입보다는 낮고, 준 실온 주입 온도는 일반적으로 50°C - 100°C 범위이다.
고온 주입은, 예를 들면, 보다 일반적이 되면서, 그 공정 온도가 일반적으로 가열 척(heated chuck)에 의해 달성되는데, 상기 공작물은 일반적으로 정전기력 또는 기계적 클램핑에 의해 주입 동안 상기 가열 척의 클램핑 표면에 고정된다. 예를 들면, 가열 정전 척(ESC: heated electrostatic chuck)은 정전기력을 사용하여 상기 공작물을 고정하거나 클램핑하는 반면, 기계적 클램핑은 기계적 수단에 의해 상기 가열 척에 대한 상기 공작물의 위치를 기계적으로 유지한다. 통상적인 고온 ESC는, 예를 들면, 상기 ESC 및 공작물을 공정 온도(예를 들면, 300°C - 600°C)로 가열하기 위해 상기 클램핑 표면 아래에 내장된 히터 세트를 포함하는데, 가스 인터페이스는 통상적으로 상기 클램핑 표면으로부터 상기 공작물의 뒷면까지 열 인터페이스를 제공한다.
하지만 상대적으로 차가운 공작물을 상기 가열 척의 표면에 배치하는 것은 온도 증가로 인해 상기 공작물이 상기 클램핑 표면에 대해 열적으로 팽창하거나 커질 때 다양한 문제들을 야기할 수 있다. 그러한 팽창은 상기 공작물의 뒤틀림이나 균열을 야기할 수 있고, 그러한 팽창은 상기 공작물이 탄화 실리콘을 포함할 때 특히 문제된다. 게다가, 상기 차가운 공작물이 상기 가열 척의 표면에 위치할 때, 실질적으로 가파른 가열 비율이 상기 공작물에 유발되어, 그에 의해 열적 불균일성이 상기 공작물에 걸쳐 유발되고, 따라서 상기 공작물의 열적 스트레스 및 파손과 같은 문제들을 추가로 야기한다.
본 발명은 공작물이 가열된 지지부와 접촉하여 위치하기 전에 공작물의 온도를 측정하기 위한 시스템, 장치 및 방법을 제공함으로써 종래 기술의 한계를 극복한다. 따라서, 다음은 본 발명의 일부 측면의 기본적 이해를 제공하기 위해 본 발명의 단순화된 요약을 제공한다. 이 요약은 본 발명의 확장된 개요가 아니다. 본 발명의 중요한 또는 결정적인 구성요소를 확인하거나 본 발명의 범위를 설명하려는 의도가 아니다. 그 목적은 이후에 나타나는 보다 자세한 설명에 대한 서문으로서 본 발명의 일부 개념을 단순화된 형태로 제공하는 것이다.
본 발명은 일반적으로 이온 주입 시스템과 같은 공작물 처리 시스템에 관한 것이다. 한 예시 측면에 따르면, 상기 공작물 처리 시스템은 공작물 전송 장치를 포함하는데 이는 거기에 동작적으로 연결되는 엔드 이펙터를 가진다. 상기 공작물은, 예를 들면, 상기 엔드 이펙터에 놓일 수 있는데, 그에 의해 상기 엔드 이펙터가 상기 공작물을 오직 한 자유도로 제한한다. 상기 공작물 전송 장치는, 예를 들면, 공정 챔버, 부하 고정(load lock) 챔버, 예열(preheat) 스테이션, 또는 상기 이온 주입 시스템의 다른 스테이션과 같은 다양한 챔버 또는 스테이션 사이에서 상기 공작물을 선택적으로 전송하도록 구성된다.
하나 이상의 온도 센서는, 예를 들면, 상기 엔드 이펙터에 동작적으로 연결되는데, 상기 하나 이상의 온도 센서는 상기 공작물의 뒷면에 접촉하도록 구성된다. 상기 하나 이상의 온도 센서는 상기 공작물의 하나 이상의 온도를 각각 측정하도록 추가로 구성되어, 하나 이상의 측정 온도를 각각 규정한다. 한 예에서, 상기 하나 이상의 온도 센서는 하나 이상의 열전대(thermocouple) 및 RTD를 포함한다.
상기 엔드 이펙터는, 예를 들면, 상기 엔드 이펙터에 동작적으로 연결된 셋 이상의 지지 부재를 포함하는데, 상기 셋 이상의 지지 부재는 상기 공작물에 선택적으로 접촉하고 지지하도록 구성된다. 다른 예에서, 상기 하나 이상의 온도 센서는 상기 셋 이상의 지지 부재 중 적어도 하나에 동작적으로 연결된다. 또 다른 예에서, 셋 이상의 온도 센서가 상기 셋 이상의 지지 부재에 각각 동작적으로 연결되는데, 각 지지 부재는 그와 연관된 온도 센서를 가진다.
다른 예시 측면에 따르면, 열(thermal) 장치가 제공되는데, 상기 열 장치는 미리 정해진 온도로 열적으로 제어되는 지지 표면을 가진다. 한 예에서, 상기 열 장치는 상기 미리 정해진 온도로 선택적으로 가열되도록 구성된 가열 장치를 포함하고, 상기 지지 표면으로부터 열을 방출하도록 구성된다. 상기 열 장치는 상기 지지 표면에 상기 공작물을 선택적으로 클램핑하도록 추가로 구성될 수 있다. 한 예에서, 상기 가열 장치는 가열 정전 척과 같은 가열 척을 포함한다. 상기 가열 장치는, 예를 들면, 공정 챔버 내에 위치할 수 있는데, 상기 공정 챔버는 실질적인 진공상태에 있다.
상기 가열 척은, 예를 들면, 상기 공작물을 미리 정해진 공정 온도로 가열하도록 추가로 구성된다. 상기 미리 정해진 공정 온도는, 예를 들면, 대략 100°C 에서 대략 1200°C까지의 범위일 수 있다.
제어기가, 예를 들면, 추가로 제공되고 상기 공작물 전송 장치를 제어하여 상기 열 장치의 상기 지지 표면으로부터 미리 정해진 거리에서 상기 공작물을 선택적으로 지지하도록 구성된다. 상기 공작물은, 예를 들면, 상기 열 장치에 의해 복사 가열될 수 있다. 다른 예에서, 상기 제어기는 적어도 부분적으로, 상기 하나 이상의 측정 온도에 기반하여 상기 엔드 이펙터로부터 상기 열 장치의 상기 지지 표면으로 상기 공작물을 선택적으로 전송하도록 구성된다.
한 예에서, 상기 제어기는 상기 공작물 전송 장치를 제어하여 적어도 부분적으로 상기 측정 온도에 기반하여 상기 미리 정해진 거리를 선택적으로 변경하도록 구성된다. 상기 제어기는, 예를 들면, 적어도 부분적으로 상기 측정 온도의 변화율에 기반하여 상기 엔드 이펙터로부터 상기 열 장치의 상기 지지 표면으로 상기 공작물을 선택적으로 전송하도록 구성될 수 있다.
다른 예에 따르면, 상기 제어기는 적어도 부분적으로 상기 측정 온도가 상기 미리 정해진 온도와 연관된 임계 온도에 도달하는 것에 기반하여 상기 엔드 이펙터로부터 상기 열 장치의 상기 지지 표면으로 상기 공작물을 선택적으로 전송하도록 구성된다. 상기 임계 온도는, 예를 들면, 상기 미리 정해진 온도의 약 5퍼센트 이내일 수 있다.
다른 예시 측면에 따르면, 공작물의 온도를 제어하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 상기 공작물이 열 척(thermal chuck)의 클램핑 표면 위의 엔드 이펙터상에 있을 때 상기 공작물의 후면의 온도를 측정하는 단계를 포함한다. 상기 공작물의 상기 후면의 상기 온도는, 예를 들면, 상기 후면에 접촉하는 온도 센서를 통해 측정되어, 거기서 측정 온도를 규정한다. 한 예에서, 상기 공작물은 적어도 부분적으로 상기 측정 온도에 기반하여 상기 엔드 이펙터로부터 상기 열 척의 상기 지지 표면으로 전송된다.
전술한 및 관련된 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 이후에 완전히 설명되고 특히 청구범위에서 지적되는 특징들을 포함한다. 다음의 설명 및 첨부된 도면들은 본 발명의 특정 도시적인 실시예를 상세히 설명한다. 이들 실시예는, 하지만, 본 발명의 원리가 적용될 수 있는 다양한 방식들 중 몇몇을 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 신규한 특징은 도면과 함께 고려될 때 본 발명의 다음 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 한 측면에 따른 예시 가열 이온 주입 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 예시 측면에 따른 공작물을 가열하기 위한 예시 장치를 도시하는 블록 구조도이다.
도 3은 본 발명의 다른 예시 측면에 따른 하나 이상의 온도 센서를 가지는 예시 엔드 이펙터의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 예시 측면에 따른 공작물을 처리하기 위한 예시적인 방법을 도시하는 블록도이다.
도 5는 다른 측면에 따른 예시 제어 시스템을 도시하는 블록도이다.
본 발명은 일반적으로 반도체 공정 시스템에 관하며, 특히, 공작물의 온도를 결정하도록 구성된 엔드 이펙터를 가지는 공작물 전송 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 상기 엔드 이펙터로부터 비교적 냉각된 공작물을 받도록 구성된 가열 공작물 지지부를 가지는 시스템을 제공한다. 한 실시예에서, 본 발명은 이온 주입 시스템에 관하며, 특히 고온 이온 주입(예를 들면, 300°C - 600°C)을 위해 구성된 이온 주입 시스템에 관한 것이다. 하지만, 본 발명은 비교적 차가운 공작물이 비교적 고온의 표면에 위치하는 다양한 다른 시스템에도 적용될 수 있음이 이해되어야 한다.
따라서, 본 발명은 도면을 참조하여 이제 설명될 것인데, 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 지칭하기 위해 사용된다. 이러한 측면들의 설명은 단지 도시적인 것이고 제한적인 의미로 해석되어서는 안된다는 것이 이해되어야 한다. 다음의 설명에서, 설명을 위해, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 많은 특정 세부사항이 설명된다. 하지만, 본 발명은 이러한 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있다는 것이 이 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
본 발명은 공작물 온도의 정확성 및 제어가 반도체 공작물 처리에 더욱 더 중요하다는 것을 인식한다. 통상적인 시스템은 일반적으로 공작물이 위치하는 공작물 지지부(예를 들면, 정전 척)의 온도를 측정하고 제어하도록 구성되는데, 상기 공작물 자체의 온도를 측정하는 대신에 상기 공작물 지지부의 온도의 특성 및 분석이 상기 공작물의 온도를 추측하기 위해 사용된다. 하지만, 본 발명은 상기 공작물 지지부의 온도에 대한 그러한 의존은 상기 공작물의 처리 동안 다양한 문제에 이를 수 있음을 현재 인식한다.
본 발명의 다양한 측면에 따라, 도 1은 예시 이온 주입 시스템(100)을 도시한다. 본 예의 상기 이온 주입 시스템(100)은 예시 이온 주입 장치(101)를 포함하지만, 플라즈마 공정 시스템, 또는 다른 반도체 공정 시스템과 같은 다양한 다른 유형의 진공-기반 반도체 공정 시스템이 또한 고려된다. 상기 이온 주입 장치(101)는, 예를 들면, 터미널(102), 빔라인 조립체(104), 및 엔드 스테이션(106)을 포함한다.
일반적으로 말해서, 상기 터미널(102) 내의 이온 소스(108)는 도펀트(dopant) 가스를 다수의 이온으로 이온화하고 이온 빔(112)을 형성하기 위해 전력 공급장치(110)에 연결된다. 본 예의 상기 이온 빔(112)은 질량 분석 장치(114)를 통과하고 개구(116) 밖으로 상기 엔드 스테이션(106)을 향한다. 상기 엔드 스테이션(106)에서, 상기 이온 빔(112)은 상기 공작물(118, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼, 디스플레이 패널 등과 같은 기판)에 충돌하는데, 이는 열 척(120)에 선택적으로 클램핑되거나 설치된다. 상기 열 척(120)은, 예를 들면, 정전 척(ESC: electrostatic chuck) 또는 기계적 클램프 척을 포함할 수 있는데, 상기 열 척은 상기 공작물(118)의 온도를 선택적으로 제어하도록 구성된다. 일단 상기 공작물(118)의 격자 내에 들어가면, 상기 주입된 이온은 상기 공작물의 물리적 및/또는 화학적 특성을 변화시킨다. 이때문에, 이온 주입은 반도체 장치 제조 및 금속 마감뿐 아니라 재료 과학 연구의 다양한 응용에 사용된다.
본 발명의 상기 이온 빔(112)는 펜슬 또는 스팟 빔, 리본 빔, 스캔된 빔, 또는 이온이 엔드 스테이션(106)을 향하는 다른 어떤 형태와 같이 어떤 형태도 취할 수 있고, 그러한 모든 형태는 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 고려된다.
한 예시 측면에 따라, 상기 엔드 스테이션(106)은 진공 챔버(124)와 같은 공정 챔버(122)를 포함하는데, 공정 환경(126)은 상기 공정 챔버와 연관된다. 상기 공정 환경(126)은 일반적으로 상기 공정 챔버(122) 내에 존재하고, 한 예에서, 상기 공정 챔버와 연결된 진공 소스(128, 예를 들면, 진공 펌프)에 의해 생성된 진공을 포함하고, 상기 공정 챔버를 실질적으로 비우도록 구성된다.
한 예에서, 상기 이온 주입 장치(101)는 고온 이온 주입을 제공하도록 구성되는데, 상기 공작물(118)은 공정 온도(예를 들면, 약 100°C - 600°C 또는 그 이상)로 가열된다. 따라서, 본 예에서, 상기 열 척(120)은 가열 척(130, 예를 들면, 열 장치)을 포함하는데, 상기 가열 척은 상기 공작물을 상기 이온 빔(112)에 노출하기 전, 중 및/또는 후에 상기 공정 챔버(122) 내에서 상기 공작물(118)을 가열하는 동안 상기 공작물(118)을 지지하고 유지하도록 구성된다.
상기 가열 척(130)은, 예를 들면, 주변 또는 외부 환경(132, 예를 들면, 또한 "대기 환경(atmospheric environment)"으로 불리우는)의 주변 또는 대기 온도보다 꽤 높은 공정 온도로 상기 공작물을 가열하도록 구성된 정전 척(ESC)을 포함한다. 하지만, 상기 가열 척(130)은 선택적으로 상기 공작물(118)을 거기에 고정하기 위한 기계적 클램프(미도시)를 가지는 척을 선택적으로 포함할 수 있음을 유의해야 한다. 다른 선택에서, 상기 가열 척(130)은 상기 공작물(118)을 선택적으로 지지하도록 구성된 어떤 가열 지지 장치도 포함할 수 있다.
가열 시스템(134)이 추가로 제공되는데, 상기 가열 시스템은 가열 척(130)을 가열하여, 결과적으로, 그 위에 위치한 상기 공작물(118)이 원하는 공정 온도가 되도록 구성된다. 상기 가열 시스템(134)은, 예를 들면, 상기 가열 척(130) 내에 배치된 하나 이상의 히터(136)를 통해 상기 공작물(118)을 선택적으로 가열하도록 구성된다. 한 대안에서, 상기 가열 시스템(134)은 상기 공작물(118)을 선택적으로 가열하도록 구성된 하나 이상의 할로겐 램프, LED(light emitting diode), 및 열적외선 장치와 같은 복사 열원을 포함한다.
일부 고온 주입의 경우에, 상기 공작물(118)은 상기 공정 환경(126)의 진공 내의 상기 가열 척(130) 상에서 원하는 온도에 도달할 때까지 "소킹(soak)"할 수 있다. 선택적으로, 상기 이온 주입 시스템(100)을 통한 주기 시간을 늘리기 위해 상기 공작물은 상기 공정 챔버(122)에 예열 장치(152, 예를 들면, 열 장치)를 통해 동작적으로 연결된 하나 이상의 챔버(138A, 138B, 예를 들면, 하나 이상의 부하 고정 챔버)에서 예열될 수 있다.
공구 구조, 공정 및 원하는 처리량에 따라, 상기 공작물(118)은 상기 예열 장치(152)를 통해 제1 온도로 예열될 수 있는데, 상기 제1 온도는 상기 공정 온도 이하이고, 따라서 상기 진공 챔버(124) 내부의 상기 가열 척(130) 상에서 최종 열 평형을 허용한다. 그러한 시나리오는 상기 공작물이 상기 공정 챔버(122)로 전송되는 동안 일부 열을 잃도록 하는데, 상기 가열 척(130) 상에서 상기 공정 온도로의 최종 가열이 수행된다. 상기 하나 이상의 챔버들(예를 들면, 도 1에 도시된 챔버(138A))과 연관된 상기 예열 장치(152)는, 예를 들면, 상기 공정 챔버(122)의 상기 공정 환경(126)의 진공으로 상기 공작물을 가져가기 전에 상기 외부 환경(132)의 대기압에서 상기 공작물(118)을 가열할 수 있다.
선택적으로, 상기 공작물(118)은 시작 온도(예를 들면, 실온)로부터 상기 공정 온도보다 높은 제1 온도로 상기 예열 장치(152)를 통해 예열될 수 있다. 따라서, 상기 제1 온도는 상기 공정 챔버(122)로 전송되는 동안 상기 공작물(118)의 냉각이 상기 공작물이 상기 가열 척(130) 상에 클램핑 될 때 상기 원하는 공정 온도에 있도록 하기에 딱 알맞도록 하기 위해 최적화 될 수 있다.
열 반응을 정확히 제어 및/또는 가속하고 열 전달을 위한 추가적인 메커니즘을 가능하게 하기 위해, 상기 공작물(118)의 후면은 상기 가열 척(130)과 전도성 통신 상태가 된다. 이러한 전도성 통신은 상기 가열 척(130)과 상기 공작물(118) 사이의 압력 제어 가스 인터페이스(또한 "후면 가스(back side gas)"로 불리우는)를 통해 달성된다. 상기 후면 가스의 압력은, 예를 들면, 일반적으로 상기 가열 척(130)의 상기 정전기력에 의해 제한되고, 일반적으로 5-20 Torr 범위로 유지될 수 있다. 한 예에서, 상기 후면 가스 인터페이스 두께(예를 들면, 상기 공작물(118)과 상기 가열 척(130) 사이의 거리)는 마이크로 단위(일반적으로 5-20 m)로 제어되고, 그에 따라 이 압력 영역에서 분자 평균 자유 경로는 상기 인터페이스 두께가 상기 시스템을 과도 및 분자 가스 영역으로 밀어 넣을 만큼 충분히 커진다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 챔버(138B)는 상기 공작물(118)이 이온 주입 동안 이온이 주입된 후에 상기 챔버(138B) 내에 배치될 때 상기 공작물을 냉각하도록 구성된 냉각 장치(160, 예를 들면, 열 장치)를 포함한다. 상기 냉각 장치(160)는, 예를 들면, 냉각 공작물 지지부(162)를 포함하는데, 상기 냉각 공작물 지지부는 그 위에 위치한 공작물(118)을 열 전도를 통해 능동적으로 냉각하도록 구성된다. 상기 냉각 공작물 지지부(162)는, 예를 들면, 그곳을 통해 지나가는 하나 이상의 냉각 채널을 가지는 냉각 판을 포함하는데, 상기 냉각 채널을 통과하는 냉각액이 상기 냉각 판의 표면 위에 놓인 상기 공작물(118)을 실질적으로 냉각한다. 상기 냉각 공작물 지지부(162)는 펠티에(Peltier) 냉각기 또는 통상의 기술자에게 알려진 다른 냉각 메커니즘과 같은 다른 냉각 메커니즘을 포함할 수 있다.
다른 예시 측면에 따르면, 제어기(170)가 추가로 제공되고 하나 이상의 상기 가열 시스템(134), 상기 예열 장치(152), 및 상기 냉각 장치를 선택적으로 활성화하여 그 위에 위치한 상기 공작물(118)을 각각 선택적으로 가열 또는 냉각시키도록 구성된다. 상기 제어기(170)는, 예를 들면, 상기 예열 장치(152)를 통해 챔버(138A)내의 상기 공작물(118)을 가열하고, 상기 가열 척(130) 및 가열 시스템(134)을 통해 상기 공정 챔버(122) 내에서 상기 공작물을 미리 정해진 온도로 가열하고, 상기 이온 주입 장치(101)를 통해 상기 공작물에 이온을 주입하고, 상기 냉각 장치(160)를 통해 챔버(138B) 내의 상기 공작물을 냉각하고, 펌프 및 벤트(172), 각 챔버(138A, 138B)의 각 대기 도어(174A, 174B) 및 진공 도어(176A, 176B), 및 공작물 전송 장치(178A, 178B, 예를 들면, 상기 공작물을 지지하면서 동시에 상기 공작물을 전송하도록 구성된 엔드 이펙터(180)를 가지는 로봇)의 제어를 통해 상기 외부 환경(132) 및 상기 진공 또는 공정 환경(126) 사이에 상기 공작물을 선택적으로 전송하도록 구성될 수 있다.
한 예에서, 상기 공작물(118)은 추가로 상기 공정 챔버(122)로 및 상기 공정 챔버(122)로부터 더 이송될 수 있어서 상기 공작물은 공작물 전송 장치(178A)를 통해 선택된 전면 개방 통합 팟(182A, 182B, FOUP: front opening unified pod) 및 챔버들(138A, 138B) 사이에 전송되고, 상기 공작물 전송 장치(178B)를 통해 상기 챔버들(138A, 138B) 및 상기 가열 척(130) 사이에 추가로 전송된다. 상기 제어기(170)는, 예를 들면, 상기 공작물 전송 장치(178A, 178B)의 제어를 통해 상기 FOUP들(182A, 182B), 챔버들(138A, 138B), 및 가열 척(130) 사이에 상기 공작물을 선택적으로 전송하도록 추가로 구성될 수 있다.
본 발명의 한 예시 측면에 따르면, 상기 가열 척(130) 상에 위치되기 전에, 하지만 상기 공작물(118)이 진공 챔버(124) 내로 이송된 다음에, 상기 공작물(118)은 대체로 높은 진공 환경으로 유지되는데, 그에 의해 열 전송은 주로 복사에 의해 이루어진다. 상기 공작물(118)은, 예를 들면, 상기 공작물이 초기 온도(예를 들면 약 20°C 또는 대략 실온)일 때 상기 공작물 전송 장치(178B)에 의해 상기 가열 척(130)의 표면(186)으로부터 미리 정해진 거리(184)에 위치할 수 있는데, 그에 의해 상기 공작물의 온도는 상기 가열 척으로부터 방출된 열 복사(188)로 인해 상승할 수 있다. 상기 가열 척(130)으로부터 방출된 열 복사(188)를 통해 상기 공작물(118)의 온도가 상승하도록 함으로써, 상기 공작물과 상기 가열 척의 상기 표면(186) 사이의 상기 미리 정해진 거리(184)에 걸쳐 상기 복사된 열을 확산시킴으로써 상기 공작물에 걸쳐 비교적 균일한 온도가 달성될 수 있다.
본 발명의 보다 나은 이해를 얻기 위해, 비교적 차가운 공작물(118, 예를 들면 실온 또는 약 20°C에 있는)이 상기 가열 척이 상당히 고온(예를 들면, 1000°C)일 때 상기 가열 척(130)의 상기 표면(186)에 위치하고 클램핑 될 때 다양한 해로운 문제가 존재할 수 있다는 것이 먼저 이해되어야 한다. 예를 들면, 상기 가열 척(130, 예를 들면, 상당히 고온일 때) 상의 공작물(118, 예를 들면, 실온의)의 그러한 배치는 상기 공작물에 열 스트레스를 야기할 수 있는데 이는 상기 공작물이 상기 가열 척에 클램핑(예를 들면, 정전기적 클램핑) 되었을 때 상기 공작물의 뒤틀림, "감자 치핑(patato chipping)", 균열, 또는 상기 공작물의 다른 손상에 이를 수 있다. 만일 상기 공작물(118)이 상기 가열 척(130) 상에 빠르게 클램핑 된다면, 예를 들면, 상기 공작물은 일반적으로 열적으로 확장할 수 없다. 그러한 확장의 제한은, 예를 들면, 상기 공작물(118)에 걸친 스트레스 및 파손, 열 불균일성 뿐만 아니라 상기 공작물에 "충격(shock)"이 될 열 스트레스와 연관된 다양한 다른 문제를 야기할 수 있다.
본 발명은, 예를 들면, 상기 공작물을 그 표면(186) 상에 배치하기 전에, 상기 공작물(118)의 예열 소스로서 가열 척(130) (예를 들면, 기계적 또는 정전 클램핑 척)을 이용할 수 있다. 한 측면에 따르면, 도 1의 상기 공작물 전송 장치(178B)의 상기 엔드 이펙터(180)는, 예를 들면, 도 2에 도시 되었듯이, 상기 가열 척(130)의 상기 표면(186) 위의 상기 미리 정해진 거리(184, 예를 들면, 약 10mm)에 상기 공작물(118)을 지지하도록 구성된다. 상기 공작물(118)과 상기 가열 척(130)의 상기 표면(186) 사이의 상기 미리 정해진 거리(184)는, 예를 들면, 상기 가열 척의 상기 하나 이상의 히터(136)로부터 방출된 복사(188)를 통해 예열 비율, 열 흡수 비율, 및 상기 가열 척과 상기 공작물 사이의 연관된 열 전달을 바꾸기 위해 변경될 수 있다. 따라서, 상기 가열 척(130)으로부터의 복사 열 전송은 상기 공작물(118)을 가열하도록 구성되고, 그에 의해 상기 공작물은 상기 엔드 이펙트(180) 상에 있는 동안 그 열 팽창 계수(CTE: coefficient of thermal expansion)에 기반하여 열적으로 커지거나 팽창하도록 허용된다.
과거에는, 공작물은 히트 척 위에 바로 위치했는데, 그에 의해 상기 공작물의 열적 팽창은 상기 공작물의 클램핑 동안 잡았다 놓는 순서에 의해 조정된다. 예를 들면, 통상적인 공작물은 상기 공작물의 상기 표면에 위치하고, 클램핑되어, 상기 공작물은 상기 척에 의해 가열될 것이다. 상기 공작물이 확장되도록 하기 위해, 상기 가열 척은 상기 공작물의 클램핑을 해제하고, 그 다음 다시 상기 확장 후에 상기 가열 척 상에 상기 공작물을 클램핑한다. 그러한 클램핑 및 해제의 순환은 상기 원하는 온도에 도달할 때까지 반복될 것이고, 따라서 시간을 소모할 뿐 아니라 잠재적인 입자 오염도 야기한다. 예를 들면, 만일 상기 공작물이 완전히 평평하지 않다면, 상기 공작물을 상기 척에 클램핑 하는 것이 어렵거나, 그러한 클램핑 및 해제 순환으로 상기 공작물이 파손되거나 아니면 오염된 입자를 생성한다.
도 2에 도시 되었듯이, 본 발명의 상기 가열 척(130)의 상기 표면(186) 상의 상기 미리 정해진 거리(184)에서 상기 공작물(118)을 복사에 의해 예열함으로써, 상기 공작물과 상기 가열 척의 표면 사이의 시야 계수(view factor)가 상기 열원(예를 들면, 상기 가열 척)으로부터 훨씬 멀리 떨어져 있기 때문에 상기 공작물에 걸친 가열 균일성이 획득될 수 있다.
한 예에서, 상기 미리 정해진 거리(184)는 변화될 수 있는데, 그에 의해 상기 공작물(118)은 상기 공작물의 가열을 추가로 제어하기 위해 상기 가열 척(130)으로부터 복수의 미리 정해진 거리에 위치할 수 있다. 예를 들면, 상기 공작물(118)은 상기 가열 척(130)의 상기 표면(186)으로부터 상기 미리 정해진 거리(184, 예를 들면, 약 30mm)에 초기에 위치할 수 있고, 그에 의해 상기 상기 미리 정해진 거리는 천천히 감소하여(예를 들면, 약 2~3mm로), 따라서 열 충격을 최소화한다. 상기 공작물(118)의 그러한 포지셔닝은 상기 공작물(118)을 비교적 낮은 온도(예를 들면, 실온)에서 상기 가열 척(130)의 상기 표면(186, 예를 들면, 700°C) 상에 직접 위치시키는 것에 비해 유리하다.
상기 공작물(118)은, 예를 들면, 도 1의 상기 공작물 전송 장치(178B, 예를 들면, 로봇)를 통해 상기 엔드 이펙터(180)에 의해 지지된다. 도 2의 상기 엔드 이펙터(180)는, 예를 들면, 트레이나 다른 유형의 수동 그립 메커니즘과 같은 지지 부재(190)를 포함할 수 있고, 그에 의해 상기 공작물(118)은, 도 2에 도시 되었듯이, 상기 지지 부재 위에 중력에 의해 안착한다. 예를 들면, 도 3에 도시 되었듯이, 셋 이상의 지지 부재(190)가 상기 엔드 이펙터(180)의 팔(192)에 동작적으로 연결되고, 그에 의해 상기 셋 이상의 지지 부재(190)는 상기 공작물(118)을 지지하도록 구성된다. 세 지지 부재(190)가 도시 되었지만, 어떤 수의 지지 부재도 구현될 수 있음이 이해되어야 한다.
본 예에서, 상기 엔드 이펙터(180)와 연관된 축방향 그리퍼(gripper)가 없으므로 상기 공작물(118)은 방사상 및 축방향으로 자유롭게 확장될 수 있다. 예를 들면, 상기 엔드 이펙터(180)에 의한 오직 하나의 제한(예를 들면, 상기 공작물 (118)과 상기 지지 부재(190) 사이의 중력 강제 접촉)을 가지고, 상기 공작물의 나머지 2 개의 이동 자유도는 상기 공작물이 유해한 결과없이 확장되도록 한다.
본 예에서, 도 2에 도시 되었듯이, 상기 가열 척(130)은 상기 공작물(118) 아래에 수직으로 위치하고, 그에 의해 상기 공작물은 상기 엔드 이펙터(180)의 상기 지지 부재에 의해 그 외부 경계 아래에 고정된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 상기 엔드 이펙터(180)는 상기 공작물을 선택적으로 가열하기 위해 상기 가열 척(130)의 상기 표면(186)으로부터 상기 미리 정해진 거리(184)에 상기 공작물을 조종하여 위치시키도록 구성된다. 상기 미리 정해진 거리(184)는, 예를 들면, 상기 가열 척(130)으로부터 상기 공작물(118)에서 수신될 상기 원하는 복사 방출(188)에 따라 변할 수 있다.
한 예에서, 미리 정해진 온도가 상승하고 및/또는 미리 정해진 양의 시간이 흐른 후에, 상기 공작물(118)은 상기 가열 척(130)의 상기 표면(186)에 직접 위치할 수 있고, 선택적으로 거기에 클램핑 될 수 있다. 도 1의 상기 예열 장치(152)는, 예를 들면, 선택적으로 이용될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들면, 상기 예열 장치(152)는 상기 가열 척(130) 또는 다른 가열 장치로부터 상기 미리 정해진 거리(184)에 놓여지기 전에 상기 공작물을 미리 정해진 양 만큼 예열하기 위해 이용될 수 있다. 선택적으로, 상기 예열 장치(152)는 도 2의 상기 가열 척(130)의 상기 표면(186)으로부터 미리 정해진 거리(184)에 선택적으로 놓여지기 전에 제거되거나 그렇지 않으면 상기 공작물(118)을 가열하는데 사용되지 않을 수 있다.
본 발명은 상기 공작물이 상기 가열 척의 표면(186)으로부터 제거 될 때(예를 들면, 그 내부에 이온 주입 후) 상기 가열 척(130)으로부터 미리 정해진 거리(184)에서 상기 공작물(118)의 유사한 배치를 추가로 고려한다. 이처럼, 열적 불균일성은 상기 공작물(118)의 냉각 동안 더 완화될 수 있는데, 하지만 위에서 설명된 것과 반대의 방식이다.
다른 예에서, 상기 미리 정해진 거리(184)의 변화 및/또는 다양한 미리 정해진 거리에서의 시간 소요가 고려된다. 예를 들면, 구분되는 미리 정해진 거리(184)(예를 들면, 10mm 및 30mm)를 사용하는 대신에, 상기 공작물(118)이 상기 가열 척(130)을 향하는 또는 멀어지는 이동 비율, 매 5초에 1mm와 같은, 또는 원하는 열 전달 및 공작물 처리량에 적합한 어떤 다른 비율이 고려된다. 그와 같이, 시간에 따른 상기 미리 정해진 거리(184)의 변화의 어떤 조합 뿐 아니라, 속도의 연속 또는 가변 속도가 고려되는데, 속도, 시간, 및/또는 비율의 결정은 각 공작물(118) 및/또는 상기 공작물의 재료 구성에 따라 특성화 될 수 있다. 도 1의 상기 제어기(170)는, 예를 들면, 상기 가열 척(130)에 대한 상기 공작물(118)의 그러한 배치 및/또는 이동을 제공하도록 적절히 구성됨을 추가로 유의한다.
위에서 논의 되었듯이, 본 발명은 도 2의 상기 가열 척의 상기 표면(186)상에 위치하기 전에 상기 공작물(118)을 상기 가열 척(130) 위에서 소킹하는 것이 유리하게 상기 공작물의 스트레스, 입자 오염, 파손 등을 유리하게 줄일 수 있음을 인식한다. 하지만, 온도 피드백 없이는, 상기 가열 척(130)의 상기 표면(86)상에 상기 공작물(118)을 배치하기 전에 언제 열 평형에 도달하는지에 대한 불확실성이 존재한다. 열 평형을 달성하기 위한 보수적인 접근법은 미리 정해진 소킹 루틴을 제공하는 것인데, 그에 의해 상기 공작물(118)은 미리 정해진 기간 동안 상기 가열 척(130) 주변에서 소킹된다. 하지만, 미리 정해진 소킹 루틴에서의 상기 미리 정해진 기간은 열 평형과 연관된 시간보다 크거나, 상기 미리 정해진 기간은 특정 공작물을 위해 완전히 최적화되지 않을 수 있다. 바꾸어 말하면, 미리 정해진 소킹 루틴에서 상기 공작물(118)이 소킹하는 상기 미리 정해진 기간은 "보이지 않고(blind)" 오직 시간에 기반하는데, 상기 공작물을 20초간 고정하고, 상기 가열 척(130) 위를 25초간 맴돌고, 그 다음 상기 공작물을 상기 가열 척의 상기 표면(186)에 위치시키는 것과 같은 것이 그것이다.
본 발명은 그러한 미리 정해진 소킹 루틴과 연관된 불이익을 상기 엔드 이펙터(180)와 연관된(예를 들면, 내장된) 온도 센서(192)를 추가로 제공함으로써 극복하는데, 그에 의해 상기 온도 센서는 상기 공작물(118)과 직접적으로 접촉하고 상기 가열 척(130)과 열 평형에 도달하는 것과 연관된 이벤트의 순서를 최적화하기 위해 상기 공작물의 온도를 나타내는 신호를 제공하도록 구성된다. 상기 온도 센서(192)는, 예를 들면, 열전대(TC: thermocouple), 저항 온도 감지기(RTD: resistance temperature detector), 또는 상기 공작물(118)의 후면(194)에 직접 접촉하고 상기 공작물(118)의 온도를 측정하도록 구성된 다른 온도 센서를 포함함으로써, 각 온도 센서와 연관된 측정 온도(196)를 규정한다. 상기 측정 온도(들)(196)는, 도 1에 보여지듯이, 열 모니터링 시스템(198)에 추가로 공급되어, 상기 제어기(170)에 피드백을 제공한다.
따라서, 단순한 시간 기반이 아닌, 본 발명은 상기 가열 척(130) 상에 상기 공작물을 위치시키기 위해 상기 공작물(118)의 측정 온도를 나타내는 신호를 이용한다. 상기 공작물(118)은 도 2에 도시 되었듯이 상기 가열 척(130) 위의 상기 미리 정해진 거리(184)에 맴돌 수 있다. 일단 상기 신호가 상기 공작물(118)의 상기 측정 온도가 미리 정해진 온도(예를 들면, 200°C)보다 높다는 것을 나타내면, 상기 공작물이 상기 가열 척(130)의 상기 표면(186) 또는 플래튼(platen) 상에 위치하도록 명령이 주어질 수 있다. 그에 따라, 오직 시간을 기반으로 하고 상대적으로 상기 공작물(118)의 온도에 대해서는 알 수 없는 대신에, 도 1의 상기 시스템(100)은 상기 공작물이 상기 가열 척(130) 위로 맴돌도록 구성될 수 있고, 일단 미리 정해진 온도에 도달하면, 상기 공작물은 상기 가열 척의 상기 표면(186) 상에 위치할 수 있으므로, 그에 의해 상기 동작은 상기 공작물이 단순히 평형 상태에 머무르면서 낭비하는 시간 없이 상기 미리 정해진 온도에 도달하도록 최적화 된다.
상기 지지 부재(190)는, 예를 들면, 세라믹 또는 다른 물질을 포함할 수 있다. 상기 공작물(118)이 얼마나 빨리 가열되어 상기 미리 정해진 온도에 도달하는가에 대한 이해는, 예를 들면, 언제 상기 공작물이 도 2의 상기 가열 척(130) 상에 위치할지를 결정하는 데 사용될 수 있다. 도 3에 도시 되었듯이, 각 온도 센서(192)는, 예를 들면, 상기 각 지지 부재(190)에 동작적으로 연결(예를 들면, 내부에 내장)되어, 그에 의해 상기 온도 센서는 직접 접촉하여 상기 공작물(118)의 온도를 측정하도록 구성된다. 하나 이상의 온도 센서가 하나 이상의 상기 지지 부재(190)와 동작적으로 연결되듯이, 어떤 수의 온도 센서(192)도 제공될 수 있다. 본 예에서, 세 지지 부재(190)가 제공되지만, 어떤 수의 지지 부재도 제공될 수 있고, 따라서 상기 공작물(118)은 상기 지지 부재에 의해 적어도 부분적으로 지지된다.
본 발명은 상기 시스템(100)이 특정 온도 센서(192)에서의 상기 측정 온도(196)가 특정 온도(예를 들면, 100°C)이면 상기 공작물의 다른 위치의 온도(예를 들면, 에지 대 중앙)는 다를 수 있음을 이해하는 것을 특징으로 할 수 있음을 인식한다.
한 예에서, 도 1의 상기 시스템(100)은 상기 공작물(118)을 상기 가열 척(130)의 앞에 배치함을 특징으로 할 수 있는데, 그에 의해 상기 공작물을 그곳에 무기한 두었을 때 최고 온도에 도달한다. 예를 들면, 만일 상기 공작물(118)이 상기 가열 척 앞에 한 시간 위치하면, 도 2의 상기 측정 온도(196)는 최고 온도에서 평평해질 것이다. 본 발명은, 하지만, 그러한 연장된 시간은 필요하지 않고, 상기 공작물(118)은 상기 측정 온도가 임계 온도(예를 들면, 상기 최고 온도의 5% 이내)일 때 상기 가열 척(130) 상에 위치될 수 있음을 인식한다. 그와 같이, 상기 공작물(118)이 상기 임계 온도에 도달할 때, 상기 공작물은 상기 가열 척 상으로 이동하거나 위치할 수 있다. 상기 온도 센서(192)로부터의 피드백은, 예를 들면, 처리량을 최적화하기 위해 상기 공작물(118)의 상기 가열 척(130)으로의 이동을 트리거하고, 상기 공작물이 주입 전에 원하는 상태에 있는지 확인하기 위해 사용될 수 있다.
그와 같이, 도 1의 상기 제어기(170)는 상기 측정 온도가 적어도 부분적으로 상기 미리 정해진 온도와 연관된 상기 임계 온도에 도달하는 것에 기반하여 상기 엔드 이펙터(180)로부터 상기 가열 척(130)의 상기 지지 표면(186)으로 상기 공작물(118)을 선택적으로 전송하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 상기 공작물(118)의 시작에서 큰 온도 변화가 일어날 수 있지만, 그 다음 상기 측정 온도(196)가 상기 가열 척(130)의 상기 미리 정해진 온도에 접근하면, 열 전달 및 온도 변화의 속도가 감소한다. 상기 열 전달 속도가 감소하면, 상기 공작물(118) 및 상기 가열 척(130)의 온도는 평형에 가깝다. 따라서, 상기 제어기(170)는 상기 공작물 전송 장치(178B)를 제어하여, 예를 들면, 적어도 부분적으로 상기 측정 온도 및/또는 상기 측정 온도의 변화 속도에 기반하여 도 2의 상기 미리 정해진 거리(184)를 선택적으로 변경하도록 구성될 수 있다.
본 예가 상기 공작물의 가열을 위해 상기 가열 척(130) 위에 상기 공작물(118)을 위치시키는 것에 관련되지만, 본 발명은 도 1의 상기 냉각 공작물 지지부(162)와 관련하여 상기 공작물의 냉각과 같이, 상기 공작물의 어떤 원하는 온도 변화에도 적용될 수 있다. 추가로, 본 발명은 상기 공작물(118)을 상기 예열 장치(152)로부터 상기 가열 척(130)으로 상기 공작물의 가열을 위해 전송할 때와 같이 상기 이온 주입 시스템(100)의 어떤 장치에도 이용될 수 있어서, 그에 의해 상기 온도 센서(192)는 상기 예열 스테이션으로부터 전송될 때, 하지만 상기 가열 척 상에 위치되기 전에, 상기 공작물의 온도를 결정하도록 구성된다. 본 발명은, 예를 들면, 상기 공작물의 온도가 상기 열 척(120) 상에 위치되기 전에 최소 온도에 있는지 확인하기 위해 전송과 동시에 상기 공작물(118)의 온도를 획득하고, 따라서 상기 시스템의 신뢰성을 더 향상시킨다.
예를 들면, 본 발명은 상기 예열 장치(152) 내의 상기 공작물(118)의 가열이 실패했는지 결정하기 위해 추가로 이용될 수 있는데 이는 시간 기반 소킹만을 사용해서는 결정되지 않았을 것이다. 예를 들면, 만일 상기 공작물(118)이 상기 예열 장치(152)내의 상기 공작물 지지부 상에서 떨어져 있거나 평평하게 놓이지 않거나, 상기 예열 스테이션의 온도가 상기 공작물의 정확한 가열을 제공하지 못한다면, 본 발명은 결함 신호를 보내거나 다른 동작을 수행할 수 있다. 만일 상기 측정 온도가, 예를 들면, 미리 정해진 온도 범위 내에 들어오지 않으면, 결함 신호가 보내질 수 있거나, 상기 공작물(118)을 원하는 온도로 가열하기 위한 다른 시도로서 상기 예열 장치(152)로 상기 공작물(118)이 되돌려질 수 있다.
만약 상기 측정 온도가 상기 공작물(118)이 과열되었음을 나타낸다면, 알람이나 다른 신호가 트리거되어 작업자가 유지보수 등을 수행하도록 경고할 수 있다. 그에 따라, 본 발명은 공작물(118) 처리와 관련된 다양한 공정 단계에 적용될 수 있고, 그에 의해 상기 공작물의 상기 측정 온도는 상기 공작물을 상기 ESC상에 위치시키는 것과 같은 상기 공작물에 대한 지속적인 작업이 수행되어야 하는지 결장하기 위한 피드백으로 이용된다.
예를 들면, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 가열 척은 부하 고정 챔버(138A) 또는 상기 시스템(100)의 다른 곳에 위치한 독립적인 예열 장치(152)를 가지는 것에 대신하여, 또는 추가로 상기 공정 챔버(122)의 내부 또는 근처에 위치한 예열 스테이션으로 이용될 수 있다. 예를 들면, 복수의 가열 척(130)이 도 1의 상기 공정 챔버(122) 내에 구현될 수 있으며, 그에 의해 하나 이상의 공작물(118)의 가열은 위에서 논의된 유해한 효과 없이 완수될 수 있다. 그에 따라, 상기 시스템과 연관된 비용이 유리하게 감소될 수 있다.
본 발명은 종래의 예열이 대기에서 수행될 때 시간 및 온도와 같은 변수가 제한된다는 점에서 상기 부하 고정 챔버(138A)에 위치한 상기 독립적인 예열 장치(152)만을 통해 통상적으로 수행될 수 있는 예열에 비해 더 유리하다. 고온 공정에 앞서 상기 공작물(118)을 예열하기 위한 소스로서 공정 환경(126)의 진공에서 상기 가열 척(130)과 상기 온도 센서(192)로부터의 피드백을 통한 상기 가열의 앞서 언급된 제어를 이용함으로써, 도 2의 상기 미리 정해진 거리(184)에 의해 상기 공작물의 상기 예열의 추가적인 제어가 유리하게 제공된다.
게다가, 본 발명은 또한 증가된 처리량을 위해 상기 부하 고정 챔버(138A) 내의 상기 공작물(118)의 예열을 고려하는 반면, 여기 개시된 상기 가열 척(130)에서의 상기 공작물의 상기 예열은 균일성을 유리하게 증가시키고 상기 공작물에 대한 열 충격을 완화시킨다. 그에 따라, 중요한 추가적인 혜택이 실리콘 카바이드(carbide)를 포함하거나(comprising) 포함된(comprised) 공작물과 같은 다양한 구성의 상기 공작물(118)을 처리함에 있어서 실현될 수 있다.
본 발명은 공작물을 처리하고 그 온도를 제어하기 위한 도 4의 방법(200)을 추가로 제공한다. 예시 방법이 일련의 동작 및 이벤트로 여기에 도시되고 설명되었지만, 본 발명은 일부 단계가 여기 보여지고 설명된 것과 별개로, 본 발명에 따라, 다른 단계와는 다른 순서 및/또는 동시에 발생되기 때문에, 그러한 동작 및 이벤트의 도시된 순서에 의해 제한되지 않음이 이해되어야 함을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위해 모든 도시된 단계들이 필요한 것은 아니다. 더욱이, 상기 방법은 여기 도시되고 설명된 상기 시스템 뿐 아니라 도시되지 않은 다른 시스템과 연관하여 구현될 수 있음이 이해될 것이다.
도 4에 도시 되었듯이, 상기 방법(200)은 동작 202에서 시작하는데, 상기 공작물은 엔드 이펙터에 의해 가열 척과 같은 열 장치의 관점에서 위치한다. 상기 가열 척은, 예를 들면, 진공 내의 열원을 포함하는데, 그에 의해 상기 공작물은 상기 열 장치로부터의 설정 가능한 미리 정해진 거리에 위치한다. 열은 상기 열 장치와 공작물 사이에 전달되고 상기 공작물의 후면의 온도는 동작 204에서 측정되어, 측정 온도를 규정한다. 상기 공작물의 상기 후면의 온도 측정은, 예를 들면, 상기 후면에 접촉하는 온도 센서를 통해 수행된다. 동작 206에서, 상기 공작물은 상기 측정 온도에, 적어도 부분적으로, 기반하여 상기 엔드 이펙터로부터 상기 열 척의 상기 지지 표면으로 전송된다.
상기 공작물은, 예를 들면, 동작 206에서 상기 척의 표면에 직접 위치하기 전에 상기 미리 정해진 온도와 연관된 임계 온도에 도달하도록 허용되는데, 상기 임계 온도는 상기 미리 정해진 온도의 백분율이다.
다른 측면에 따르면, 앞서 언급된 방법은 제어기, 범용 컴퓨터, 또는 프로세서 기반 시스템 중 하나 이상에서 컴퓨터 프로그램 코드를 사용하여 구현될 수 있다. 도 7에 도시 되었듯이, 다른 실시예에 따른 프로세서 기반 시스템(500)의 블록도가 제공된다. 상기 프로세서 기반 시스템(500)은 범용 컴퓨터 플랫폼이고 여기 논의된 공정들을 구현하는 데 사용될 수 있다. 상기 프로세서 기반 시스템(500)은 데스크탑 컴퓨터, 워크스테이션, 랩탑 컴퓨터 또는 특정 응용을 위해 맞춤된 전용 유닛 등과 같은 처리 유닛(502)을 포함할 수 있다. 상기 프로세서 기반 시스템(500)은 디스플레이(504) 및 마우스, 키보드, 또는 프린터와 같은 하나 이상의 입출력(I/O: input/output) 장치(506)를 구비할 수 있다. 상기 처리 유닛(502)은 중앙 처리 유닛(CPU: central processing unit, 508), 메모리(510), 대용량 저장 장치(512), 비디오 어댑터(514) 및 버스(518)에 연결된 I/O 인터페이스(516)를 포함할 수 있다.
상기 버스(518)는 메모리 버스 또는 메모리 컨트롤러, 주변 버스, 또는 비디오 버스를 포함하는 어떤 유형의 여러 버스 아키텍쳐 중 하나 이상일 수 있다. 상기 CPU(508)는 어? 유형의 전자 데이터 프로세서를 포함할 수 있고, 상기 메모리(510)는 SRAM(static random access memory), DRAM(dynamic random access memory), 또는 ROM(read-only memory)과 같은 어떤 유형의 시스템 메모리도 포함할 수 있다.
상기 대용량 저장 장치(512)는 데이터, 프로그램, 및 다른 정보를 저장하고, 상기 데이터, 프로그램, 및 다른 정보가 상기 버스(518)를 통해 접근 가능하게 하도록 구성된 어떤 유형의 저장 장치도 포함할 수 있다. 상기 대용량 저장 장치(512)는, 예를 들면, 하드디스크 드라이브, 마그네틱 디스크 드라이브, 또는 광 디스크 드라이브 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 비디오 어댑터(520) 및 상기 I/O 인터페이스(522)는 외부 입력 및 출력 장치를 상기 처리 유닛(502)에 연결하기 위한 인터페이스를 제공한다. 입력 및 출력 장치의 예는 상기 비디오 어댑터(520)에 연결된 상기 디스플레이(504) 및 상기 I/O 인터페이스(522)에 연결된 마우스, 키보드, 프린터 등과 같은 상기 I/O 장치(506)를 포함한다. 다른 장치들이 상기 처리 유닛(502)에 연결될 수 있으며, 추가의 또는 더 적은 인터페이스 카드가 사용될 수 있다. 예를 들면, 시리얼 인터페이스 카드(미도시)는 프린터를 위한 시리얼 인터페이스를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 상기 처리 유닛(502)은 또한 LAN(local area network) 또는 WAN(wide area network)으로의 유선 링크 및/또는 무선 링크일 수 있는 네트워크 인터페이스(524)를 포함할 수 있다.
상기 프로세서 기반 시스템(500)은 다른 구성요소들을 포함할 수 있음을 유의해야 한다. 예를 들면, 상기 프로세서 기반 시스템(500)은 전원 공급장치, 케이블, 마더보드, 이동식 저장 매체, 케이스 등을 포함할 수 있다. 이러한 다른 구성요소들은, 보여지지 않지만, 상기 프로세서 기반 시스템(500)의 부분으로 고려된다.
본 발명의 실시예들은 상기 CPU(508)에 의해 실행되는 프로그램 코드에 의해서와 같이, 상기 프로세서 기반 시스템(500) 상에서 구현될 수 있다. 위에서 설명된 실시예들에 따른 다양한 방법들이 프로그램 코드에 의해 구현될 수 있다. 따라서, 여기에서 명시적인 논의는 생략된다.
또한, 도면의 다양한 모듈들 및 장치들이 도 5의 하나 이상의 프로세서 기반 시스템(500) 상에 구현되고 그에 의해 제어될 수 있다. 다른 모듈들 및 장치들 사이의 통신은 상기 모듈들이 어떻게 구현되었는지에 따라 달라질 수 있다. 만일 모듈들이 하나의 프로세서 기반 시스템(500) 상에 구현된다면, 상기 CPU(508)에 의한 상이한 단계들에 대한 프로그램 코드의 실행 사이에 메모리(510) 또는 대용량 저장장치(512)에 데이터가 저장될 수 있다. 상기 데이터는 그 다음 각 단계의 실행 동안 버스(518)를 통해 상기 메모리(510) 또는 대용량 저장장치(512)에 접근하는 상기 CPU(508)에 의해 제공될 수 있다. 만일 모듈들이 상이한 프로세서 기반 시스템들(500) 상에 구현되거나 데이터가 별도의 데이터베이스와 같은 다른 저장 시스템으로부터 제공된다면, 데이터는 I/O 인터페이스(522) 또는 네트워크 인터페이스(524)를 통해 상기 시스템들(500) 사이에 제공될 수 있다. 비슷하게, 상기 장치들 또는 단계들에 의해 제공된 데이터는 상기 I/O 인터페이스(522) 또는 네트워크 인터페이스(524)에 의해 하나 이상의 프로세서 기반 시스템(500)에 입력될 수 있다. 이 기술 분야의 통상의 기술자는 다양한 실시예의 범위 내에서 고려되는 구현 시스템 및 방법의 다른 변형 및 수정을 쉽게 이해할 것이다.
요약하면, 본 발명은 고온 이온 주입에서 공작물의 향상된 온도 제어를 제공할 수 있다. 온도 센서(예를 들면, 열전대, RTD, 또는 유사 장치)는 보다 정확하고 정밀하게 상기 공작물의 온도를 제어하고 상기 시스템의 효율 및 처리량을 향상시키기 위해 상기 공작물의 온도를 모니터하고 상기 가열 장치들(예를 들면, 열 척 또는 가열 플래튼) 상의 상기 공작물의 위치를 제어하도록 구현된다. 상기 온도 센서는, 예를 들면, 실시간 공작물 온도를 제공하고 특정 공작물 온도를 달성하기 위해 상기 공작물의 가열을 동적으로 제어하기 위한 상기 제어 시스템에 이 정보를 공급한다.
상기 온도 센서는, 예를 들면, 상기 공작물 온도의 직접적인 측정과 상기 공작물 전송 장치의 제어를 제공하기 위한 폐쇄-루프 시스템(closed-loop system)에서 제어 피드백을 제공하기 위해 이용될 수 있다. RTD 및/또는 열전대와 같이 상기 공작물에 접촉하는 열 장치를 이용함에 있어서, 상기 공작물의 후면이 접촉될 수 있다. 하지만, 상기 공작물의 상류 또는 전면이 상기 RTD 또는 TC에 의해 접촉될 수 있고, 또는 전면과 후면 양쪽 모두 접촉될 수 있음이 또한 고려된다. TC 또는 RTD 접촉 열 장치에 대해, 그러한 장치는 상당히 작은 센서를 포함하기 때문에, 전면에 접촉에 비해 상기 공작물의 후면에 접촉하는 것이 바람직하지만, 어느 위치도 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 간주된다.
상기 공작물의 상기 온도 측정을 위한 복수의 위치들이 추가로 이용될 수 있다. 예를 들면, 상기 공작물 균일성 주변의 여러 위치에서 온도가 모니터링 될 수 있다(예를 들면, 보다 나은 균일성을 위해 다양한 영역이 조절되고 제어될 수 있다). 따라서, 복수의 위치에서 복수의 TC 또는 RTD를 가지는 것이 균일성 및 온도 정확성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 장치들의 잠재적인 높은 고장율을 설명하기 위해 중복 TC/RTD가 구현될 수 있다. 예를 들면, 중복 TC/RTD를 구현함으로써, 만일 하나의 TC 또는 RTD가 고장나면, 나머지 TC/RTD의 출력이 서로 비교될 수 있다. 그와 같이, 만일 주(primary) 및 보조(secondary)(중복의) 센서들 사이의 큰 온도 차이가 확인된다면, 그러한 시나리오는 상기 TC 또는 RTD의 고장으로 확인될 수 있고, 상기 시스템은 상기 히터를 구동하여 상기 TC/RTD의 출력을 일치시키려는 시도를 하기 보다는 "유지(hold)" 모드에 놓일 수 있다. 중복 TC/RTD는, 예를 들면, 중복성을 위해 서로 가까이 위치할 수 있지만, 균일성을 위해 본 발명은 상기 엔드 이펙터와의 다양한 접촉 위치에 놓여진 TC/RTD 쌍을 제공할 수 있다. 예를 들면, 상기 TC/RTD는 균일성에 대한 이해를 제공하기 위해 서로에 대해 120-180도에 위치할 수 있다.
열전대 및 RTD가 구체적으로 논의되었지만, 상기 공작물의 온도를 직접 측정하도록 구성된 어떤 유형의 센서 역시 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려된다. 한 예에서, 상기 공작물의 후면에 접촉하는 열 센서로 스프링 장착 TC가 사용될 수 있는데, 상기 스프링 장착 TC는 상기 공작물이 상기 센서에 압력을 가하도록 하지만, 접촉 압력의 최소 양 만을 가진다. 상기 TC는, 예를 들면, 작은 접촉 영역의 매우 매끄러운 표면과 상기 공작물과 일치하고 히트 싱크나 열 전달을 제거하도록 구성된 열 용량을 가질 수 있다.
본 발명이 특정 바람직한 실시예 또는 실시예들에 대해 보여지고 설명되었지만, 이 명세서 및 첨부된 도면을 읽고 이해함에 따라 이 기술 분야의 통상의 기술자에게 동등한 변경 및 수정이 떠오를 것은 명백하다. 특히 위에서 설명한 구성요소들(조립체, 장치, 회로 등)에 의해 수행되는 다양한 기능들과 관련하여, 그러한 구성요소를 설명하기 위해 사용된 용어들("수단(means)"에 대한 참조를 포함하여)은, 달리 지시되지 않는 한, 상기 설명된 구성요소의 특정한 기능을 수행하는 어떤 구성요소에 대응하고(예를 들면, 즉 기능적으로 동등한), 여기 도시된 본 발명의 예시적인 구현들에서의 기능을 수행하는 상기 개시된 구조들에 구조적으로 동등하지 않더라도 마찬가지이다. 또한, 본 발명의 특정 기능이 여러 실시예들 중 하나에 대해서만 개시되었더라도, 그러한 기능은 어떤 주어진 또는 특정한 응용에 대해 바람직하거나 유리할 수 있는 다른 실시예들의 하나 이상의 다른 특징들과 결합될 수 있다.

Claims (20)

  1. 공작물 처리 시스템으로서,
    공작물 전송 장치;
    상기 공작물 전송 장치와 동작적으로 연결되고 공작물을 선택적으로 지지하도록 구성되는 엔드 이펙터(end effector);
    상기 엔드 이펙터와 동작적으로 연결되는 하나 이상의 온도 센서 - 상기 하나 이상의 온도 센서는 상기 공작물의 후면에 접촉하고 상기 공작물의 하나 이상의 온도를 각각 측정하도록 구성됨으로써, 하나 이상의 측정 온도를 각각 규정함 -;
    미리 정해진 온도의 지지 표면을 가지는 열 장치(thermal apparatus); 및
    상기 공작물 전송 장치를 제어하여, 상기 열 장치의 상기 지지 표면으로부터 미리 정해진 거리에 상기 공작물을 선택적으로 지지함으로써, 상기 지지 표면과 상기 공작물 사이에 열을 전달하고, 적어도 부분적으로 상기 하나 이상의 측정 온도에 기반하여 상기 엔드 이펙터로부터 상기 열 장치의 상기 지지 표면으로 상기 공작물을 선택적으로 전송하도록 구성되는 제어기;를 포함하는, 공작물 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열 장치는, 상기 지지 표면으로부터 열을 방출하고 상기 공작물을 상기 지지 표면에 선택적으로 클램핑하도록 구성된 가열 클램핑 장치를 포함하는, 공작물 처리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열 장치는, 가열 정전 척을 포함하는, 공작물 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 온도 센서는, 하나 이상의 열전대(thermocouple) 및 RTD를 포함하는, 공작물 처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터는, 상기 엔드 이펙터에 동작적으로 연결된 셋 이상의 지지 부재를 포함하되, 상기 셋 이상의 지지 부재는 상기 공작물에 선택적으로 접촉하고 지지하도록 구성되는, 공작물 처리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하나 이상의 온도 센서는, 상기 셋 이상의 지지 부재 중 적어도 하나와 동작적으로 연결되는, 공작물 처리 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    셋 이상의 온도 센서가 상기 셋 이상의 지지 부재에 각각 동작적으로 연결되는, 공작물 처리 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 적어도 부분적으로 상기 측정 온도에 기반하여 상기 공작물 전송 장치를 제어하여 상기 미리 정해진 거리를 선택적으로 변화시키도록 추가로 구성되는, 공작물 처리 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 적어도 부분적으로 상기 측정 온도의 변화율에 기반하여 상기 엔드 이펙터로부터 상기 열 장치의 상기 지지 표면으로 상기 공작물을 선택적으로 전송하도록 구성되는, 공작물 처리 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는, 적어도 부분적으로 상기 측정 온도가 상기 미리 정해진 온도와 연관된 임계 온도에 도달하는 것에 기반하여 상기 엔드 이펙터로부터 상기 열 장치의 상기 지지 표면으로 상기 공작물을 선택적으로 전송하도록 구성되는, 공작물 처리 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 임계 온도는, 상기 미리 정해진 온도의 약 5퍼센트 이내인, 공작물 처리 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 열 장치는, 상기 공작물로부터 열을 흡수하도록 구성된 냉각 지지 장치를 포함하는, 공작물 처리 시스템.
  13. 공작물 처리 시스템으로서,
    공작물 전송 장치;
    상기 공작물 전송 장치에 동작적으로 연결되는 엔드 이펙터 - 상기 엔드 이펙터는 상기 엔드 이펙터와 동작적으로 연결되고 상기 공작물에 선택적으로 접촉하여 지지하도록 구성된 셋 이상의 지지 부재를 포함함 -;
    상기 하나 이상의 지지 부재와 동작적으로 연결되는 하나 이상의 온도 센서 - 상기 하나 이상의 온도 센서는 상기 공작물의 후면에 접촉하고 상기 공작물의 하나 이상의 온도를 각각 측정하도록 구성됨으로써, 하나 이상의 측정 온도를 각각 규정함 -;
    미리 정해진 온도의 지지 표면을 가지는 가열 척 - 상기 가열 척은 상기 지지 표면으로부터 열을 복사하도록 구성됨 -; 및
    상기 공작물 전송 장치를 제어하여 상기 가열 척의 상기 지지 표면으로부터 미리 정해진 거리에 있는 상기 공작물을 선택적으로 지지함으로써 상기 공작물을 복사 가열하고, 적어도 부분적으로 상기 하나 이상의 측정 온도에 기반하여 상기 엔드 이펙터로부터 상기 가열 척의 상기 지지 표면으로 상기 공작물을 선택적으로 전송하도록 구성되는 제어기;를 포함하는, 공작물 처리 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하나 이상의 온도 센서는, 하나 이상의 열전대 및 RTD를 포함하는, 공작물 처리 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    셋 이상의 온도 센서가 상기 셋 이상의 지지 부재에 각각 동작적으로 연결되는, 공작물 처리 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제어기는, 적어도 부분적으로 상기 측정 온도에 기반하여 상기 공작물 전송 장치를 제어하여 상기 미리 정해진 거리를 선택적으로 변화시키도록 추가로 구성되는, 공작물 처리 시스템.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제어기는, 적어도 부분적으로 상기 측정 온도의 변화율에 기반하여 상기 엔드 이펙터로부터 상기 가열 척의 상기 지지 표면으로 상기 공작물을 선택적으로 전송하도록 구성되는, 공작물 처리 시스템.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 제어기는, 적어도 부분적으로 상기 측정 온도가 상기 미리 정해진 온도와 연관된 임계 온도에 도달하는 것에 기반하여 상기 엔드 이펙터로부터 상기 가열 척의 상기 지지 표면으로 상기 공작물을 선택적으로 전송하도록 구성되는, 공작물 처리 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 임계 온도는, 상기 미리 정해진 온도의 약 5퍼센트 이내인, 공작물 처리 시스템.
  20. 공작물의 온도 제어 방법으로서,
    공작물이 열 척(thermal chuck)의 클램핑 표면 위의 엔드 이펙터 상에 있을 때, 그 후면에 접촉하는 온도 센서를 통해 상기 공작물의 상기 후면의 온도를 측정하여, 측정 온도를 규정하는 단계; 및
    적어도 부분적으로 상기 측정 온도에 기반하여 상기 엔드 이펙터로부터 상기 열 척의 상기 클램핑 표면으로 상기 공작물을 전송하는 단계;를 포함하는, 공작물의 온도 제어 방법.
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