TWI668545B - 含有溝槽指引式光纖加熱的溫度控制設備、基板溫度控制系統、電子元件處理系統以及處理方法 - Google Patents

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Abstract

本案揭示包括溝槽指引式光纖的基板溫度控制設備。基板溫度控制設備包括上部和下部構件(一者或兩者包括溝槽)及複數個在溝槽中被指引的光纖。在一個實施例中，該等光纖適以提供基於光的像素化加熱。在另一個實施例中，嵌入式光溫度感測器適以提供溫度量測。描述了基板溫度控制系統、電子元件處理系統、及包括溝槽指引式光纖溫度控制和量測的方法作為許多其他的態樣。

Description

含有溝槽指引式光纖加熱的溫度控制設備、基板溫度控制 系統、電子元件處理系統以及處理方法
本申請案有關並主張於2014年7月2日提出申請、標題為「含有溝槽指引式光纖加熱的溫度控制設備、基板溫度控制系統、電子元件處理系統以及處理方法(TEMPERATURE CONTROL APPARATUS INCLUDING GROOVE-ROUTED OPTICAL FIBER HEATING,SUBSTRATE TEMPERATURE CONTROL SYSTEMS,ELECTRONIC DEVICE PROCESSING SYSTEMS,AND PROCESSING METHODS)」(代理人卷號21949/L)的美國專利申請案第62/020,370號的優先權權益，為了所有的目的將該申請案之內容以引用方式全部併入本文中。
本發明係關於適用於電子元件製造的設備，更具體言之係關於用於在高溫基板處理期間控制基板溫度的設備和系統。
習知電子元件製造系統可以包括一個或更多個處理腔室。在一些電子元件製造系統中，一個或更多個處理腔室可以被設置在主框架外殼附近，該主框架外殼具有移送室及一個或更多個負載鎖定腔室。這些系統可以採用一個或更多個處理腔室，處理腔室可以在被插入處理腔室的基板(例如晶圓)上執行製程。處理可以包括化學氣相沉積(CVD)製程，例如用以在基板上沉積薄膜的電漿增強化學氣相沉積(PECVD)製程，或其他高溫製程。在處理過程中，晶圓可以靜置在基座(例如基板支座)上，而且在製程期間晶圓的溫度可以受到一次或更多次的控制(例如加熱或冷卻)。習知在一些實施例中，加熱可以藉由被設置在基座內的電阻加熱器提供。
然而，應當認識到，在這種高溫處理的過程中，即使是整個基板上的小溫度變化也可能會導致有差異的處理(例如沉積可能不均勻)。
因此，需要在基板的高溫處理中(尤其是電漿增強化學氣相沉積處理中)提供改良溫度控制的設備、系統、及方法。
在一個態樣中，提供一種基板溫度控制設備。該基板溫度控制設備包括下部構件、鄰近該下部構件的上部構件、複數個形成在該上部構件和該下部構件之一者或更多者中的溝槽、及複數條適以提供基於光的加熱並在該等溝槽內延伸的光纖。
在另一個態樣中，提供一種基板溫度控制系統。該基板溫度控制系統包括光加熱系統，該光加熱系統包括基板溫度控制設備、複數個被耦接至該複數條光纖中之至少一些光纖的光源、以及適以控制該複數條光纖中的光強度的光控制器，該基板溫度控制設備包括上部構件和下部構件、及複數條在複數個溝槽中橫向延伸的光纖。
在另一個態樣中，提供一種電子元件處理系統。該電子元件處理系統包括適以在基板上進行製程的處理腔室、在該處理腔室內的基板溫度控制設備、以及被耦接至該複數條光纖並適以控制該複數條光纖中的光強度以提供熱接觸構件之溫度控制的溫度控制器，該基板溫度控制設備包括下部構件和適以與該基板熱接觸的上部構件、及複數條在複數個溝槽中橫向延伸的光纖。
在另一個態樣中，提供一種處理基板的方法。該方法包括以下步驟：提供基板溫度控制設備，該基板溫度控制設備包括下部構件、鄰近該下部構件的上部構件、及複數條在溝槽中橫向延伸的光纖；以及控制提供到該複數條光纖中之至少一些光纖的光強度，以實現該上部構件之基於光的溫度控制。
在另一個態樣中，提供一種基板溫度控制設備。該基板溫度控制設備包括下部構件、鄰近該下部構件的上部構件、複數個形成在該上部構件和該下部構件之一者或更多者中的溝槽、及複數條在該等溝槽內延伸的光纖。
依據本發明的這些及其他實施例提供許多其他的態樣。從下面的描述、所附的申請專利範圍、及附圖，本發明實施例的其他特徵和態樣將變得更充分顯而易見。
100‧‧‧電子元件處理系統
101‧‧‧殼體
102‧‧‧移送室
103‧‧‧機器人
104‧‧‧機器人控制器
106A‧‧‧處理腔室
106B‧‧‧處理腔室
106C‧‧‧處理腔室
108‧‧‧工廠介面
108C‧‧‧工廠介面腔室
110‧‧‧負載鎖定設備
110C‧‧‧負載鎖定腔室
112‧‧‧裝載端口
114‧‧‧基板載具
116‧‧‧裝載/卸載機器人
120‧‧‧基板溫度控制系統
122‧‧‧溫度單元
124‧‧‧光加熱系統
125‧‧‧光源陣列
126‧‧‧光控制器
128‧‧‧溫度控制器
130‧‧‧基板溫度控制設備
232‧‧‧下部構件
232B‧‧‧下部支撐主體
232S‧‧‧下部構件支座
232T‧‧‧過渡支柱
234‧‧‧上部構件
234B‧‧‧上部支撐主體
235‧‧‧溝槽
236‧‧‧光纖
238‧‧‧光源
238C‧‧‧光源
240‧‧‧基板
242‧‧‧熱元件
244‧‧‧通道
245‧‧‧輔助通道
246‧‧‧升舉銷
247‧‧‧第三通道
249‧‧‧外徑
251‧‧‧封裝材料
252‧‧‧保護性護套
254‧‧‧感測器光纖
255‧‧‧控制感測器
256‧‧‧保護層
448‧‧‧黏接材料
450‧‧‧阻障層
453‧‧‧金屬膜
457‧‧‧漫射器
458‧‧‧光溫度感測器
459‧‧‧散熱器
460‧‧‧溫度量測系統
462‧‧‧冷卻源
532‧‧‧下部構件
535‧‧‧溝槽
535C‧‧‧圓形槽部
535P‧‧‧槽袋
535S‧‧‧徑向輻條
535T‧‧‧過渡溝槽
544‧‧‧通道
632‧‧‧下部構件
635‧‧‧溝槽
636A‧‧‧光纖
636B‧‧‧光纖
636C‧‧‧光纖
665‧‧‧光纖組件
668‧‧‧芯
669‧‧‧推進線
670‧‧‧導引構件
672‧‧‧熱縮管
700‧‧‧方法
所屬技術領域中具有通常知識之人士將理解的是，以下描述的圖式僅用於說明的目的。圖式未必依比例繪製，而且並無意圖以任何方式限制本揭示之範圍。
第1圖圖示依據實施例在一個或更多個處理腔室中包括光纖加熱之電子元件處理系統的示意性俯視圖。
第2圖圖示包括光纖加熱的基板溫度控制系統之示意性部分剖視圖，其中依據實施例光纖被鋪設在溝槽中。
第3圖圖示依據實施例上部構件被移開以顯示出光纖在溝槽(例如輻條)內之定位的基板溫度控制設備之一部分的示意性俯視圖。
第4A圖圖示基板溫度控制設備之一部分的局部放大剖視圖，圖示出將光纖定位在溝槽內的第一實施例。
第4B圖圖示基板溫度控制設備之一部分的局部放大剖視圖，圖示出將具有護套阻障層的光纖定位在溝槽內的第二實施例。
第4C圖圖示基板溫度控制設備之一部分的局部放大剖視圖，圖示出將光纖定位在溝槽內的第三實施例。
第4D圖圖示基板溫度控制設備之一部分的局部放大側視圖，圖示依據實施例光感測器被插在溝槽中。
第4E圖圖示基板溫度控制設備之一部分的放大剖面局部側視圖，圖示依據實施例光纖被插進並封裝在溝槽中。
第4F圖圖示基板溫度控制設備之一部分的放大剖面局部側視圖，圖示依據實施例光纖被插在溝槽中並終止於二氧化矽毛細管。
第4G圖圖示基板溫度控制設備之一部分的放大剖面局部側視圖，圖示依據實施例光纖被插在形成於上部構件的溝槽中。
第5圖圖示依據實施例的基板溫度控制設備之一部分的示意性俯視平面圖，且上部構件被移開以顯示出各種溝槽圖案。
第6A圖圖示依據實施例的基板溫度控制設備之一部分的示意性俯視平面圖，且上部構件被移開以顯示出各種溝槽的蛇形配置。
第6B圖圖示依據實施例在將上部構件黏接於下部構件之後適合被插入溝槽的光纖組件之一部分的部分側視圖。
第7圖圖示依據實施例繪示處理基板的方法之流程圖。
在適合在高溫下處理基板的電子元件製造系統中，可能需要非常精確的溫度控制。在一些電子元件製造系統中，例如電漿增強化學氣相沉積系統，系統被設置成適合在高於500℃、在高於600℃、甚至可能需要在高達650℃的操作溫度下操作。已經採用利用分區電阻加熱來實現溫度控制的各種方法。然而，一般來說，這樣的系統可能缺乏足夠的溫度控制。
依據本發明的一個或更多個實施例，包括基板溫度控制設備的電子元件處理系統適合在高溫處理的過程中提供改良的基板溫度控制。本文描述的設備、系統、及方法可以藉由提供適合在高溫下熱控制基板溫度的溫控平臺來提供改良的溫度控制，高溫例如500℃以上、600℃以上、甚至在約650℃。
在一些實施例中，基板溫度控制設備可以包括溫控平臺，並且可以包括多個光纖，該等光纖在形成於基板溫度控制設備中的溝槽內被指引。光纖以一個或更多個束進入並在溝槽內延伸(例如橫向地)，而且終止於平臺內的多個期望位置。多個光纖可被用於提供獨立可控制的像素化熱源，或可選地，像素化源可以被局部控制。光纖加熱可被單獨使用作為主要熱源，或是作為其他形式的溫 度控制(例如電阻式加熱)的補充。包括光纖加熱可以提供改良的溫度調整範圍及彈性。
本文中參照第1-7圖描述例示的基板溫度控制設備、包括溝槽指引式光纖加熱的基板溫度控制系統、電子元件處理系統、及方法之進一步細節。
第1圖圖示依據本發明的一個或更多個實施例包括光纖加熱的電子元件處理系統100之例示實施例的示意性俯視圖。電子元件處理系統100可以包括殼體101，殼體101具有界定移送室102的壁。壁可以包括例如側壁、地板及天花板。機器人103(圖示為虛線的圓)可以被至少部分容納在移送室102內。機器人103可以被設置成適合經由機器人103可動臂的操作來進出不同目的地以放置或抽出基板。本文中使用的「基板」應指用以製造電子元件或電路元件的物件，例如含矽晶圓或物件、圖案化的或遮蔽的矽晶圓或物件、或類似物。然而，只要是需要高溫控制基板，本文所述的設備、系統及方法皆可具有廣泛的實用性。本發明的實施例可用於控制高溫加熱，例如500℃以上、600℃以上、約650℃、或甚至更高的溫度。
在繪示的實施例中，機器人103可以是任何適當類型的、適合服務被耦接到移送室102並可從移送室102進入的各個腔室的機器人。機器人103可以是選擇性接受組裝機械臂機器人(水平多關節機器人)或其他適當的機器人類型。例如，可以使用諸如US 5,838,121、 US 6,582,175、US 6,379,095、US 7,927,062、US 8,016,542、及美國專利公開2010/0178147和US 2010/0178146中揭示的機器人103。也可以使用其他的機器人類型。
機器人103的各個臂之移動可以藉由適當的命令進行控制，以從機器人控制器104驅動包含複數個驅動馬達的組件(未圖示)。來自機器人控制器104的訊號可以導致機器人103的各個元件移動，以導致基板在處理腔室106A-106C及一個或更多個負載鎖定腔室110C之間移動。可以藉由各種感測器為一個或更多個元件提供適當的反饋機制，感測器例如位置編碼器或類似物。機器人103可以包括適合被附接於殼體101的壁(例如地板或天花板)的基座。機器人103的臂可適合在XY平面(如圖示)上相對於殼體101移動。可以使用任何適當數量的、適合攜帶基板的臂元件和末端執行器(有時稱為「葉片」)。
另外，在一些實施例中，機器人103的驅動組件可以包括Z軸移動能力。具體而言，可以提供臂沿著垂直方向(進出第1圖的紙)的垂直移動，以便進出處理腔室106A-106C及一個或更多個負載鎖定腔室110C放置和取出基板。
在繪示的實施例中，移送室102可以具有一個或更多個耦接到移送室102並可從移送室102進出的處理腔室106A-106C，處理腔室106A-106C中至少有一 些適用於在插入其中的基板上進行高溫處理。處理腔室106A-106C可以被耦接到殼體101的各個面，並且每個處理腔室106A-106C可以被設置並操作以在基板上進行適當的製程(例如電漿增強化學氣相沉積製程)。應當理解的是，包括本文所述溝槽指引式光纖加熱的基板溫度控制設備130對於在高溫發生的其他製程(例如物理氣相沉積和離子植入、或類似製程)可以具有效用。特別是，依據本發明的態樣，在處理腔室106A-106C中發生的一個或更多個製程可以包括經由溝槽指引式光纖加熱的溫度控制。
在電子元件處理系統100中，基板可以被從工廠介面108接收，而且還可以經由負載鎖定設備110的負載鎖定腔室110C離開移送室102進入工廠介面108。工廠介面108可以是任何具有形成工廠介面腔室108C的壁表面的殼體。一個或更多個裝載端口112可以被設置在工廠介面108的一些表面上，而且可以被設置成適合接收(例如對接)一個或更多個例如在前表面的基板載具114(例如前開式晶圓傳送盒-FOUP)。
工廠介面108可以在工廠介面腔室108C內包括習知結構的適當裝載/卸載機器人116(以虛線圖示)。裝載/卸載機器人116可以被設置和操作來從一個或更多個基板載具114的內部體積抽出基板並將基板送入負載鎖定設備110的一個或更多個負載鎖定腔室110C中。
依據本發明的一個或更多個實施例，基板溫度控制設備130可以被設置在一個或更多個處理腔室106A-106C中。如從以下將顯而易見的是，適以提供基於光的基板加熱的溝槽指引式光纖加熱可以藉由基板溫度控制設備130提供。本文中的描述將聚焦於在處理腔室106B中設置基板溫度控制設備130。然而，相同的基板溫度控制設備130也可以被包括在一個或兩個其他的處理腔室106A、106B中。在一些實施例中，基板溫度控制設備130可以被包括在所有的處理腔室106A-106C中。可以設置數量更多或更少的、包括基板溫度控制設備130的處理腔室。
現在參照第1圖和第2圖，在一些實施例中，可以被耦接到一個或更多個熱元件242(例如電阻式加熱元件)的溫度單元122可以與由基板溫度控制設備130提供的溝槽指引式光纖加熱一起使用，以將基板240的一個或更多個部分的溫度控制到所需的溫度。
在系統的層次上，在繪示的實施例中，可以藉由基板溫度控制系統120提供溫度控制。基板溫度控制系統120可以是電子元件處理系統100的子部。基板溫度控制系統120可以包括溫度單元122，溫度單元122可以耦接熱元件242並提供電源到熱元件242(例如金屬電阻式加熱元件或跡線)，而且溫度單元122可以構成到一個或更多個腔室(例如處理腔室106A、106B、106C)的溫度控制(例如加熱)的主要來源。
在一些實施例中，光加熱系統124可以作為輔助加熱系統與溫度單元122和熱元件242一起操作。在其他實施例中，光加熱系統124可以是在一個或更多個處理腔室106A-106C內適合加熱基板240的唯一加熱系統。
光加熱系統124可以包括耦接(例如光耦接)到基板溫度控制設備130的光源陣列125、及光控制器126。基板溫度控制系統120可以包括溫度控制器128，溫度控制器128可操作以控制在腔室(例如處理腔室106B)內受溫度控制的基板240之溫度。溫度控制器128可以操作以控制溫度單元122，而且在一些實施例中溫度控制器128可以與光控制器126對接。因此，可以使用溫度控制器128來與光控制器126和溫度單元122通訊，以控制與基板溫度控制設備130熱接觸的基板240之溫度。可以從一個或更多個位置提供適當的溫度反饋。在一些實施例中，溫度控制器128及/或光控制器126可以接收來自內嵌在基板溫度控制設備130中的光感測器之溫度反饋，如本文中將進一步解釋的。
現在參照第2圖和第3圖更詳細地描述被包括在光加熱系統124中的基板溫度控制設備130。光加熱系統124可以包括基板溫度控制設備130，基板溫度控制設備130可以包括平臺，基板240(以虛線圖示)可以靜置在該平臺上或與該平臺熱接觸。如圖所示，基板溫度控制設備130包括下部構件232和鄰近下部構件232的上部構件234。複數個溝槽235被形成在一個或更多個上部構 件234和下部構件232中。複數個適合提供基於光的加熱的光纖236被指引並在溝槽235內延伸。
如第2圖和第3圖所示，溝槽235可以只形成在下部構件232中。然而，應當認識到，溝槽235可以被形成在上部構件234中或在上部構件234和下部構件232兩者中。在繪示的實施例中，上部構件234被設置成與基板240熱接觸，以控制基板240的溫度。
如圖所示，複數條光纖236被設置成在溝槽235內橫向延伸。本文中使用的橫向延伸意指光纖的長度(沿著縱軸)水平地穿過溝槽235內。溝槽235可被定向為大體上平行於上部構件234的上表面平面延伸。由於將光纖236鋪設在溝槽235中所造成的些微偏離平行是有可能的。可以以任何適當的圖案設置複數個溝槽235。一種圖案包括複數個徑向輻條，如第3圖所示。也可以使用其他適當的溝槽圖案。
複數條光纖236適以對基板240提供基於光的加熱。複數條光纖236可以終止在溝槽235中的多個徑向位置(例如參見第3圖)。光纖236可以成束(例如作為一組光纖)通過下部構件232，然後彎曲並在溝槽235內橫向延伸。光加熱系統124可以包括光源陣列125，光源陣列125包括複數個光源238，複數個光源238耦接到至少一些、較佳大多數或全部的複數條光纖236。光控制器126可設以控制通入複數條光纖236並由複數條光纖236承載的光功率(例如強度)。
在操作中，使用複數條光纖236中的至少一些光纖所承載的光來加熱上部構件234的下側之局部部分，並且因此至少藉由傳導來加熱基板240。當複數條光纖236被彎曲、定位並終止在所需位置時，上部構件234的許多局部部分可以被加熱。在一些實施例中，這種局部加熱可以與藉由溫度單元122和熱元件242提供的溫度控制結合。在其他實施例中，藉由複數條光纖236局部(例如像素化)加熱可以是提供到上部構件234的僅有加熱。
例如，在一些實施例中，溫度控制可以使基板240(以虛線圖示)被加熱到大於約500℃、大於約550℃、大於約600℃、或甚至約650℃、或更高溫度的標稱溫度。例如，在一些實施例中，溫度控制可以使基板240(以虛線圖示)被加熱到介於約600℃和約700℃之間的標稱溫度。在一些實施例中，這種加熱可以在一個或更多個處理腔室106A-106C內在基板240上進行。例如，在一些實施例中，溫度控制可以使基板240(以虛線圖示)例如在電漿增強化學氣相沉積製程中被加熱。
在一些實施例中，熱元件242可以提供主要加熱源來將上部構件234加熱到標稱溫度，而且基板溫度控制設備130可以提供輔助或補充的加熱源，使得標稱溫度可以被進一步調整到界限之間，例如在標稱溫度的約+/- 10℃之間、在標稱溫度的約+/- 20℃之間、或甚至例如在標稱溫度的約+/- 30℃之間。其他的溫度調整量可以藉由使用功率更大或更小(具有較多或較少的光輸出功 率)的光源238來完成。因此，依據本發明的各個態樣，溫度控制可以藉由在像素化基礎上的光纖加熱來實現。
其中一些光纖236可以包括在光纖終端的各種光學特徵，包括擴散發射器、帶透鏡的尖端、或成角度的裂縫。這種光學特徵可被用於將光引導到漫射器的一個或更多個表面或以其他方式最小化返回光纖236中的光反射。這樣的光學特徵在2014年7月2日提出申請、標題為「使用嵌入式光纖和環氧樹脂光漫射器控制基板溫度的設備、系統及方法(APPARATUS,SYSTEMS,AND METHODS FOR TEMPERATURE CONTROL OF SUBSTRATES USING EMBEDDED FIBER OPTICS AND EPOXY OPTICAL DIFFUSERS)」的美國臨時專利申請案第62/020,367號中有更全面的描述。
現在將描述光纖加熱的操作。例如，假使基板240的標稱期望溫度為約650℃，但在處理腔室106B中的幾何或熱異常或其他差異或上部構件234和下部構件232的設計使得難以在整個基板240的所有部分實現標稱溫度，則除了由溫度單元122和耦接的熱元件242提供的任何熱之外，可以由光加熱系統124提供輔助加熱。在一個或更多個實施例中，輔助加熱可以由光加熱系統124提供，以調整局部區域來滿足任何所需的溫度分佈。在一些實施例中，光加熱系統124可被用來調整局部區域，以 提供溫度大體上均勻分佈的基板240。然而，在一些實施例中，可以故意使所需的溫度分佈不均勻。
還應當顯而易見的是，在一些實施例中，光加熱系統124可以是唯一的加熱源(即沒有溫度單元122或熱元件242存在)。在此實施例中，光控制器126可以是唯一存在的溫度控制器，而且可以藉由個別地或區域地調整到達個別光纖236的光強度來調整局部區域的溫度。
更詳細地，下部構件232可以是一種陶瓷材料，例如氮化鋁(AlN)。下部構件232可以包括下部支撐主體232B，下部支撐主體232B可以是平面的圓碟，並且可以包括從下部支撐主體232B向下延伸的過渡支柱232T。下部構件232還可以包括從下部支撐主體232B向下延伸並且可被用於支撐處理腔室106B內的基板溫度控制設備130的下部構件支座232S。每個過渡支柱232T和下部構件支座232S皆可以擴散結合到下部支撐主體232B或以其他方式使用活性金屬銅焊焊接。過渡支柱232T的幾個部分可以使用惰性氣體(例如氮氣或其他惰性氣體)淨化，以防止光纖在高溫下因OH吸收或失玻而劣化。
下部構件232還可以包括一個或更多個通過下部支撐主體232B的通道244(例如一個或更多個孔)。在繪示的實施例中，將位於中心的單一通道244設置成通過下部支撐主體232B，如圖所示。通道244可以延伸穿過過渡支柱232T。通道244可以在上端包括外徑249。 外徑249可以例如在約6mm和20mm之間，而且可以在光纖236過渡進入溝槽235中時有助於減少光纖236中的彎曲應力。複數條光纖236可以經由一個或更多個通道244進入。例如，複數條光纖236可以成束進入通過通道244，然後一個或更多個光纖236可以被指引到溝槽235中，如第3圖所示。在一些實施例中，單個光纖236可以被接收在每個溝槽235中。在其他實施例中，多個光纖236可以被接收在一些溝槽235中(參見第6A-6B圖)。
輔助通道245可以被包括並通過下部支撐主體232B，以容納升舉銷246、溫度探針、或類似物。另外地或可選地，在一些實施例中可以包括第三通道247，以使電線通到熱元件242(或存在的話)。第三通道247也可被用來讓電線通到靜電夾盤元件(或存在的話)。在一些實施例中，可以設置多個通道(像是通道244)，以將光纖236的束配置到各個區域中，而光纖236從多個通道伸出並進入一個或更多個從中發出的溝槽中。可以使用任何適當數量的通道244來讓光纖236的束通過下部構件232。
一旦通過一個或更多個通道244，則光纖236在外徑249附近彎曲(例如以近似90度的角度)並向外延伸(例如在一些實施例中徑向延伸)，而且被配置在溝槽235中。在一些實施例中，基板溫度控制設備130中光纖236的彎曲處或全部長度可以包括退火，使得彎曲形狀可以被保留並且彎曲應力可以被釋放。退火可以在真空或 惰性氣體環境中、在例如約800℃和約900℃之間進行足夠的時間，以防止光纖236劣化。
光纖236可以具有各種適當的長度，而且可以在溝槽235內橫向延伸到各個所需的終端位置。溝槽235可以具有不同的長度，如第3圖所示，而且可以具有任何適當的溝槽形狀。在一些實施例中，溝槽235可以從一個或更多個通道244發出並且是直的，而其他的溝槽可以從一個或更多個通道244發出並且可以是彎曲的、圓形的、或甚至蛇形的(參見第5圖和第6A圖)。直的、彎曲的、圓形的、及蛇形溝槽235的組合、或直的、彎曲的、圓形的、及蛇形部分的組合可被用於建構每個溝槽235。
溝槽235也可以具有任何適當的橫截面形狀。例如，第4A-4C圖和第4E圖圖示各種形狀的溝槽235及將光纖236配置在溝槽235內的方法。第4A圖圖示沿著第3圖的截面線4A-4A所作的、但包括上部構件234及適合將上部構件234黏接於下部構件232的黏接材料448之局部放大剖視圖。如圖示，溝槽235的截面形狀可以大致為矩形。然而，也可以使用其他的橫截面形狀，例如半圓形、梯形、或類似的形狀。溝槽235可以藉由任何適當的機械加工工具(例如雷射機械加工、磨料水射流切割、使用金剛石工具研磨或銑削、及類似物)形成在下部構件232中。溝槽235的寬度可以大於光纖236的寬度，使得光纖236可以不具有由於熱膨脹不匹配所產生的應力。例如，溝槽235的寬度可以比在溝槽235內被指引的 光纖236或光纖236組(例如束)之外部尺寸大約1mm或更大。例如，溝槽235的尺寸可以介於約1mm和3mm寬之間，並介於約1mm和3mm深之間。也可以使用其他的尺寸。
溝槽235的數量可以總計20個或更多個，而且在一些實施例中介於約50個和500個之間，例如當單個光纖236被接收在每個溝槽中時。在一些實施例中，當多個光纖236被接收在每個溝槽235中時，可以設置介於約5個和約50個之間的溝槽235。因此，視設計而定，例如可以設置介於約5個和約500個之間的溝槽。可以將塗層施加於一個或更多個溝槽235的內部體積，以改良光吸收。例如，可以使用適用於高溫工作的黑色高溫塗層。
在一些實施例中，阻障層450可以被設置在光纖236和黏接材料448之間。例如，在第4A-4C圖中，阻障層450可以被設置在溝槽235內或上並沿著光纖236的長度。在第4B圖中，阻障層450可以被設置在溝槽235中，而且可以是可沿著長度鬆散地包圍光纖236的材料護套或套筒。在第4E圖中，阻障層450可以是至少包圍部分光纖236的粉末。該粉末可以是碳化矽粉末材料。阻障層450可以是防止黏接材料448(可以是銅焊箔或玻璃料或類似物)變得與光纖236接觸的任何適當材料。這允許光纖236在下部構件232變熱時在溝槽235中縱向移動。在一個或更多個實施例中，阻障層450可以是紡織的、編織的、或纖維陶瓷布或紙。可以使用其他的材料， 例如玻璃纖維或粉末陶瓷，例如粉末狀碳化矽。可以將其他適當的高溫材料使用於阻障層450。取決於所使用的配置，可以使用適當的有機黏著劑將阻障層450及/或光纖236黏著於溝槽235或使阻障層450黏著於或高於溝槽235。例如，在一些實施例中，可以使用紫外線(UV)固化環氧黏著劑在溝槽235中固定光纖236。也可以使用紫外線(UV)固化環氧黏著劑來固定阻障層450。所需的是，有機黏著劑在基板溫度控制設備130的後續處理或操作過程中被熱移除。也可以使用將光纖236固定在溝槽235中的其他工具。例如，在溝槽235內可以藉由夾子將光纖236保持就位，該夾子例如由高溫金屬(例如Inconel 750)形成的金屬夾或彈簧。在其他實施例中，可以藉由被插入個別光纖236上方的塑膠管將光纖236保持就位。管可以由PTFE製成，PTFE可以在約400℃和約500℃的溫度下熱解。在一些實施例中，可以藉由塑膠墊片或藉由熱熔熱塑性黏著劑將光纖236保持就位，該熱熔熱塑性黏著劑例如可購自Aremco Products Inc.of Valley Cottage,NY的CRYSTALBOND 555，可以使用熱水將CRYSTALBOND 555從組件移除。在一些實施例中，可以使用熱縮管將光纖236組合成束以易於組裝。熱縮管可以由PTFE構成，PTFE可以藉由熱解去除。在一些實施例中，例如可以使用由適當的高溫金屬(例如金屬或金屬合金)構成的毛細管將光纖236指引到溝槽235或在溝槽235內指引光纖236。
在第2圖和第3圖繪示的實施例中，光纖236可以作為光纖236的束通過通道244，而且可以被侷限或固定在通道244內。例如，可以使用通道244內提供的封裝材料251封裝光纖236的束，例如使用陶瓷黏著劑。一種適當的陶瓷黏著劑是購自Aremco Products Inc.of Valley Cottage,NY的CERAMACAST 865。可以使用其他適當的封裝材料。封裝材料251可以位於底部、頂部、中間或全部沿著通道244。封裝材料251操作來使光纖236在通道244中穩固就位。在一些實施例中，光纖236的束可以被侷限在套筒及/或金屬毛細管中。光纖236彎曲進入溝槽235的過渡區域可以使用任何用於阻障層450的材料中的高溫材料之圓碟形墊片(例如模沖孔的墊片)覆蓋。阻障層450和過渡區域中的墊片可以隔離光纖236免於與黏接材料448接觸。
上部構件234可以被設置在下部構件232上方，而且可以包含上部支撐主體234B，上部支撐主體234B可以具有圓碟的形狀。上部構件234也可以是一種陶瓷材料，例如氮化鋁(AlN)陶瓷，就像下部構件232。光纖236可以被鋪設在溝槽235中並橫向延伸，以加熱上部構件234的各個下側部分。可以使用適當的黏接材料448，例如金屬銅焊膜或玻璃料，以將上部構件234和下部構件232黏接在一起。在黏接之前插入光纖236的一些實施例中，可以使用玻璃料或金屬銅焊來將上部構件234結合於下部構件232。一種可能的銅焊是藉由使用銅-銀 焊料，銅-銀焊料可以在約850℃的溫度下焊接。在另一個實例中，可以使用玻璃料粉末。玻璃料粉末可以藉由添加填充劑及調整玻璃化學品來調整，以匹配用於上部構件234和下部構件232的陶瓷材料之熱膨脹係數，並提供適當的熔點。黏接材料448的黏接厚度可以介於例如約0.3mm至約0.5mm之間。
在一些實施例中，基板溫度控制設備130的徑向邊緣可以包括耐蝕刻材料形成的保護層256。保護層256可以由任何能夠抵抗存在於處理腔室106B內的氣體或其他材料的蝕刻的材料製成。例如，保護層256可以是氧化釔(Yttria)材料，氧化釔可以藉由噴塗製程(例如電漿噴塗)施加。可以使用其他適當的施加製程。保護層256可以為黏接材料448的層提供保護，尤其是免於來自處理腔室106B中可能使用的氟類清潔化學品的侵蝕。
上部構件234可以包括嵌入其中的熱元件242。在一些實施例中，熱元件242可以提供單區加熱或雙區加熱，而且可以被垂直地設置在光纖236位置的上方，或在一些實施例中在光纖位置的下方。熱元件242可以提供大多數的熱，而由光纖236提供的基於光的加熱則提供局部的加熱補充，以提供鄰近光纖236之終端位置的局部溫度調整的能力。
在第1-2圖繪示的實施例中，光控制器126可以是具有處理器、記憶體、及周邊元件的任何適當控制器，該等周邊元件適合執行閉迴路或其他適當控制方案並 控制從光源陣列125的各個光源238發出的光功率(例如瓦特)。至少一些光源238被耦接到光纖236並提供光功率(例如紅外線能量)到光纖236。光纖236可被配置成束(如圖示)，而且可以在被指引到下部構件232時在至少一些長度上方包括保護性護套252。在一些實施例中，保護性護套252可以是撓性不銹鋼管。也可以使用其他適當的護套材料。
光纖236可以包括任何適當的光纖類型，例如漸變折射率光纖、階變折射率單模光纖、多模光纖、或甚至光子晶體光纖。可以使用表現出相對高的抗彎曲性的光纖236。也可以使用數值孔徑(NA)相對高的光纖，例如NA大於約0.1、大於約0.2、或甚至大於約0.3。可以使用任何適當數量的光纖236，例如20條或更多、50條或更多、100條或更多、200條或更多、300條或更多、400條或更多、甚至多達500條以上。光纖236的終端可以位於上部構件234的上表面下方約0.125英吋(約3.2mm)至約0.5英吋(12.3mm)之間。其他垂直位置也是可能的。
一個使用277條耦接到10W光源238的光纖236的實例(其中溝槽235中的光纖236之終端位於上部構件234的上表面下方0.325英吋(8.3mm))提供相對均勻的基於光的加熱。光纖236可以藉由任何適當的傳統耦接工具耦接到各個光源238。
如第4A圖所示，光纖236可以各自在外表面上包括金屬膜453。視操作溫度而定，可以將鋁、銅或金用於金屬膜453。在約650℃的溫度下，可以將金用於金屬膜453。例如，金屬膜453可為約15微米厚。也可以使用其他的厚度。
在保護性護套252中從光源陣列125延伸到下部構件232的光纖236可以包含標準塗佈聚合物的光纖(例如丙烯酸酯或丙烯酸酯-環氧聚合物塗層)。光纖236可以例如在過渡支柱232T下方的點接合到塗佈聚合物的光纖。
在一些實施例中，一個或更多個光源238C可以藉由感測器光纖254耦接到控制感測器255，例如光接收器(例如光二極體)。每個光源238可以是雷射二極體，例如單發射器二極體。雷射二極體可以具有任何適當的輸出波長範圍，例如介於約915nm和約980nm之間。也可以使用其他的輸出範圍。輸出功率可被調整到介於約0W至約10W之間。然而，也可以使用更高功率的二極體(例如>10W)。雷射二極體可以包括具有例如105或110微米芯直徑的光纖輸出。例如，可以使用來自IPGPhotonics of Oxford,MA的型號PLD-10。可以替代地使用其他類型的光源238。依據實施例，可以使用介於約20個和約500個之間的光源238。如圖所示，光源238可以靜置在共用的散熱器459上或與散熱器459熱接合，散熱器459可以藉由冷卻源462被冷卻(例如液體 冷卻)到介於約20℃和約30℃之間。冷卻源462可以是例如冷卻水的來源。也可以使用其他類型的冷卻源462。
在控制光源238C的相對輸出(例如光強度或熱產生)上可以使用控制感測器255來提供反饋給光控制器126。可選地或另外地，並且如第4D圖所圖示，一個或更多個光溫度感測器458可以被設置在一個或更多個溝槽235中並被耦接到溫度量測系統460，以能夠監測基板溫度控制設備130之內側部分的局部溫度。例如，光溫度感測器458可以是耦接到分光計的光纖布拉格光柵，該分光計可以是溫度量測系統460。可以使用光纖多工器或其他類似的元件來將多個光溫度感測器458連接到單個分光計。光溫度感測器458也可以由其他適當的工具實現，例如藉由將光纖的尖端嵌入適當的黏著劑材料(例如可向Aremco Products Inc.of Valley Cottage,NY購得的CERAMACAST 865)中並量測由該材料發射的熱輻射。熱量測可以藉由將光纖耦接到銦鎵砷光二極體來實現。耦接到光溫度感測器458的光纖也可以被放在溝槽235中。可以使用任何適當的溫度量測系統460來訊問光溫度感測器458。溫度量測系統460可以與溫度控制器128及/或光控制器126對接以提供溫度反饋。可選地或另外地，也可以使用藉由其他方法的熱反饋，例如在基板溫度控制設備130上的兩個或更多個RTD。
每個光源238可被單獨控制，並被從低或零水平的光功率輸出調整到高或最大水平的光功率輸出。各光源238可被單獨控制，以控制在有限的點(像素)的溫度，或各光源238可被以光纖組集體控制，以控制基板溫度控制設備130的一個或更多個區域的溫度。如第4F圖所示，光纖236可以被設置在一個或更多個形成在下部構件232中的溝槽235中。一個或更多個光纖236可以終止於漫射器457。漫射器457能夠使透射光分散於比光纖236末端的表面積更大的表面積上。漫射器457可以是透明或半透明的管，例如含有熔合二氧化矽的管，其中光纖236的末端可以被插入或以其他方式接合至該管。可以使用其他適當的漫射器裝置。第4G圖圖示另一個實施例，其中光纖236被接收在形成於上部構件234中的溝槽235中。本文所述的任何系統皆可以使用被接收在形成於上部構件234或下部構件232任一者中的溝槽235中的光纖236來實施。
可以實施任何適當的溫度控制原理。在一種控制態樣中，可以尋求在基板240的上表面各處高度均勻的溫度分佈。在另一種態樣中，可能需要故意不均勻的溫度分佈(例如在基板240的邊緣較熱或較冷)。依據本發明的態樣，取決於光控制器126實施的控制原理，可以視需要提供每種溫度分佈。因此，本發明的一些實施例可以提供方位的溫度變化。
現在參照第5圖，包括複數個溝槽535的下部構件532之另一個實施例被圖示出，複數個溝槽535被形成在一個圖案中並互連到通道544。預量測長度的光纖(未圖示)可以作為一束被饋送通過通道544，並在複數個溝槽535內被指引且就位(例如鋪設並至少暫時黏著)。複數個溝槽535可以被設置在包括至少一些徑向輻條535S的圖案中。徑向輻條535S可以從通道544或通道544附近發出並從通道544徑向向外延伸。在一些實施例中，徑向輻條535S可以不是直的，但徑向輻條535S上可以包括曲率。在一些實施例中，徑向輻條535S可以偏離純粹徑向的方向，而且可以與徑向方向形成多達60度的角度。六個徑向輻條535S被圖示出，但也可以使用數量更多或更少的徑向輻條535S。
在另一個態樣中，複數個溝槽535可以被設置在包括一個或更多個圓形槽部535C的圖案中，圓形槽部535C可以是部分或完整的圓。複數個完整的圓作為圓形槽部535C被圖示在第5圖中。在一些實施例中，圓形槽部535C可以是同心的，如圖所示。八個圓形槽部535C被圖示出，但也可以使用數量更多或更少的圓形槽部535C。
如第5圖所圖示，當複數個溝槽535包括的圖案具有複數個徑向輻條535S和圓形槽部535C兩者時，則可以設置過渡溝槽535T。過渡溝槽535T可以具有大於約15mm的半徑，以允許從徑向輻條535S圓滑地過渡 到圓形槽部535C。每個溝槽535可以終止於槽袋535P(標記出幾個)中，而且可以使光纖(未圖示)裂縫到使終端終止於槽袋535P內的長度。這有助於精確定位終端。
第6A圖圖示包括形成在其中的溝槽635的下部構件632之另一個實施例的俯視圖。溝槽635包含如圖所示的蛇形路徑，但溝槽的路徑可以具有任意形狀。將溝槽635圖示為被加工在下部構件632中。這些溝槽635開始於中心附近並在向外移動時相交於期望的「像素」位置。8個溝槽635被圖示出，但溝槽635的數量可以更多或更少，取決於所需「像素」位置的數量。
如第6A圖的局部側視圖所圖示，光纖636A、636B、636C等可以在上部構件234被黏接於下部構件632之後被插入溝槽635中。因為不是在將上部構件234黏接於下部構件632的時間安裝光纖636A、636B、636C等，所以可以使用較高溫的黏接製程(例如擴散黏接製程)。擴散黏接在約1800℃(高於光纖的熔化溫度(約1600℃))下進行，而且可以提供較高的黏接強度。金屬毛細管可被從下部構件632的底部插入並與溝槽635相交。這些毛細管提供管道來幫助指引光纖組件665進入溝槽635。毛細管可以藉由適當的高溫黏著劑黏著於下部構件632。
在黏接之後插入光纖636A、636B、636C等的一些實施例中，可以使用如上討論的玻璃料或活性金屬銅焊來將上部構件234結合於下部構件632。
為了在黏接之後實現插入溝槽635中，可以將多個光纖(例如圖示的光纖636A、636B、636C)捆綁成如第6B圖所示的纖維組件665，該等光纖可以是如先前所述覆有金屬的(例如覆金的)光纖。纖維組件665可以包括芯668，芯668可以包括具有導引構件670的推進線669，導引構件670例如形成在推進線669上的球形塑膠頂端。可以使用其他類型的導引構件670。這個芯668提供剛性和導引能力，以將纖維組件665穿入溝槽635中。
將光纖636A、636B、636C圖示為被捆綁在推進線669周圍，且光纖636A、636B、636C的終端沿著纖維組件665的長度交錯。可以使用熱縮管672(以虛線圖示)來將纖維組件665的元件固定在一起。可以使用其他工具，例如適當的黏著劑來將纖維組件665捆綁在一起。
推進線669可以由適用於在高溫(例如約650℃)下操作的高溫合金製成，例如Inconel 600。推進線669可以是鍍金的，從而將雷射能量反射回到上部構件234(未圖示)和下部構件632周圍的陶瓷材料。熱縮管672和導引構件670可以由PTFE製成，PTFE可以在高溫黏接製程的過程中或在單獨的移除製程中熱解。熱解製程具有完全去除PTFE材料的益處。
在一個或更多個實施例中，纖維組件665的光纖636A、636B、636C可以包括有角度的裂縫(例如 45度)，以使雷射能量射出到一側。光纖636A、636B、636C點的有角度裂縫之方向可以不受控制。每個個別的光纖636A、636B、636C可以指向上、向下或指到側邊。三個光纖(例如光纖636A、636B、636C)被圖示在繪示的實施例中。然而，約2條至約50條光纖、或甚至2條至一百條光纖可以被包括在每個光纖組件665中。在每個光纖組件665中，約5條至約20條光纖可能是較佳的。
如第6A圖圖示的熱溫度控制設備之下部構件632沿著每個溝槽635具有132個以約1英吋(約25mm)間隔的像素。圖示在每個溝槽635上的點說明當第6B圖的纖維組件665完全插入溝槽635時沿著每個溝槽635的光纖(636A、636B、636C等)之終端位置。可以使像素的數量更多或更少。纖維組件665可以被插入並穿透到相應溝槽635中的正確深度，使得光纖組件665的末端位於溝槽635的末端。可以使用其他適當的纖維組件665和組裝方法。
本文中將參照第7圖描述例如在電子元件處理系統(例如電子元件處理系統100)內處理基板的方法。方法700包括在702提供基板溫度控制設備(例如基板溫度控制設備130)，該基板溫度控制設備包括下部構件(例如下部構件232、532、632)、鄰近該下部構件的上部構件(例如上部構件234)、及複數個在溝槽(例如溝槽235、535、635)中橫向延伸的光纖(例如光纖 236、636A、636B、636C)。可以在將上部構件黏接於下部構件之前或之後將光纖安裝在溝槽中。
方法700進一步包括在704控制提供到複數條光纖中的至少一些光纖的光強度，以實現上部構件之基於光的溫度控制。當然，上部構件的溫度控制還控制與之熱接觸的基板(例如基板240)之溫度。在一個或更多個實施例中，方法700可以進一步包含藉由耦接的溫度單元(例如溫度單元122)和熱元件(例如熱元件242)加熱基板溫度控制設備。
控制基板240的溫度的方法700可以包括提供溫度反饋，例如經由使用嵌入在一個或更多個溝槽235、535、635中的光感測器(例如光感測器)。在一些實施例中，可以使用大量的嵌入光感測器。在其他實施例中，可以採用基於模型的控制和數量較少的溫度感測器。用於控制光纖236的控制方法可以基於來自處理腔室(例如處理腔室106B)中進行的製程的反饋來調整，例如藉由量測基板240上的製程結果。
前面的描述僅揭示本發明的例示實施例。落入本發明之範圍內的上揭設備、系統、及方法之修改對於所屬技術領域中具有通常知識者而言將是顯而易見的。因此，雖然已結合例示的實施例來揭示本發明，但應當理解的是，其他的實施例也可能落入本發明的範圍內，本發明的範圍係由以下申請專利範圍界定。

Claims (20)

  1. 一種用於溝槽指引式光纖加熱的基板溫度控制設備，包含：一下部構件；一鄰近該下部構件的上部構件；複數個形成在該上部構件和該下部構件之一者或更多者中的溝槽；及複數條適以提供基於光的加熱並在該等溝槽內延伸的光纖。
  2. 如請求項1所述之基板溫度控制設備，其中該複數條光纖包括一金屬膜。
  3. 如請求項1所述之基板溫度控制設備，其中該上部構件之一上部支撐主體和該下部構件之一下部支撐主體各包含一陶瓷材料。
  4. 如請求項3所述之基板溫度控制設備，其中該下部構件包含一過渡支柱，該過渡支柱從該下部支撐主體向下延伸。
  5. 如請求項1所述之基板溫度控制設備，其中該複數個溝槽被形成在該下部構件之一上表面中。
  6. 如請求項1所述之基板溫度控制設備，其中該複數個溝槽被形成在該上部構件之一下表面中。
  7. 如請求項1所述之基板溫度控制設備，其中 該下部構件包括一通道，並且該複數條光纖作為一束通過該通道然後被指引進入該複數個溝槽。
  8. 如請求項7所述之基板溫度控制設備，其中該通道包括一延伸至該複數個溝槽的半徑。
  9. 如請求項7所述之基板溫度控制設備，其中該通道延伸通過一過渡支柱，該過渡支柱從一下部支撐主體向下延伸。
  10. 如請求項1所述之基板溫度控制設備，其中該複數條光纖中的至少一些光纖在該複數個溝槽中的至少一些溝槽內或上包括一阻障層。
  11. 如請求項10所述之基板溫度控制設備，其中該阻障層包含一護套，該護套包住該複數條光纖中的至少一些光纖。
  12. 如請求項1所述之基板溫度控制設備，其中該複數條光纖作為一束通過該下部構件中的一通道並在該通道內被一封裝材料封裝。
  13. 如請求項1所述之基板溫度控制設備，在該複數個溝槽中的一個或更多個溝槽內包含一光溫度感測器。
  14. 如請求項1所述之基板溫度控制設備，其中該複數個溝槽被設置在一包括一條或更多條徑向輻條的圖案中。
  15. 如請求項1所述之基板溫度控制設備，其中該複數個溝槽被設置在一包括一個或更多個圓形槽部的圖案中。
  16. 如請求項1所述之基板溫度控制設備，被設置成適合在500℃以上操作。
  17. 如請求項1所述之基板溫度控制設備，其中該複數條光纖中的至少一些光纖終止於該複數個溝槽中之一者或更多者內的一漫射器。
  18. 一種用於溝槽指引式光纖加熱的基板溫度控制系統，包含：一光加熱系統，包括一基板溫度控制設備，包括一上部構件和一下部構件、及複數條在複數個溝槽中橫向延伸的光纖；複數個光源，被耦接至該複數條光纖中的至少一些光纖，以提供基於光的加熱；以及一光控制器，適以控制該複數條光纖中的光強度。
  19. 一種用於溝槽指引式光纖加熱的電子元件處理系統，包含：一處理腔室，適以在一基板上進行一製程；一基板溫度控制設備，在該處理腔室內，該基板溫度控制設備包括一下部構件和一適以與該基板熱接觸的上部構件、及複數條在複數個溝槽中橫向延伸的光 纖；以及一溫度控制器，被耦接至該複數條光纖並適以控制該複數條光纖中的光強度，以提供該上部構件之溫度控制。
  20. 一種用於溝槽指引式光纖加熱的處理基板的方法，包含以下步驟：提供一基板溫度控制設備，該基板溫度控制設備包括一下部構件、一鄰近該下部構件的上部構件、及複數條在溝槽中橫向延伸的光纖；以及控制提供到該複數條光纖中之至少一些光纖的光強度，以實現該上部構件之基於光的溫度控制。
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