通过用于半导体处理设备的热电偶嵌入式末端效应器的晶片浸泡温度读回和控制

摘要

工件处理系统和方法提供耦接至工件传送设备的末端效应器。所述末端效应器具有用于选择性地接触和支撑工件的支撑构件。一个或多个温度传感器耦接至所述支撑构件并且被配置为接触所述工件的背侧，以测量和限定所述工件的一个或多个所测量温度。经加热夹盘具有在预定温度下的支撑表面，并且被配置为从所述支撑表面辐射热量。控制器控制所述工件传送设备以选择性地将所述工件支撑在距所述经加热夹盘的所述支撑表面的预定距离处，以辐射方式加热所述工件，并且至少部分地基于所述一个或多个所测量温度选择性地将所述工件从所述末端效应器传送到所述经加热夹盘的支撑表面。

说明书

本申请要求2018年12月20日提交的名称为“通过用于半导体处理设备的热电偶嵌入式末端效应器的晶片浸泡温度读回和控制”的美国申请第16/227，399号的权益，该美国申请的内容以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及用于处理工件的工件处理系统和方法，并且更具体地涉及用于在工件被放置在温度受控表面上之前控制工件的温度的系统和方法。

背景技术

在半导体处理中，可以在工件或半导体晶片上执行诸如离子注入的许多操作。随着离子注入处理技术的进步，可以在工件处实施各种离子注入温度以在工件中实现各种注入特性。例如，在常规离子注入处理中，通常考虑三个温度状态：冷注入，其中工件处的制程温度维持在低于室温的温度；热注入，其中工件处的制程温度维持在通常从300℃至600℃范围内的高温；以及所谓的准室温注入，其中工件处的制程温度维持在略高于室温但低于高温注入中使用的温度，准室温注入温度通常从50℃至100℃范围内。

例如，热注入变得更加常见，由此通常经由经加热夹盘实现制程温度，其中工件通常在注入期间通过静电力或机械夹持而固定到经加热夹盘的夹持表面。例如，经加热静电夹盘(ESC：electrostatic chuck)使用静电力保持或夹持工件，而机械夹持通过机械装置机械地保持工件相对于经加热夹盘的位置。例如，常规的高温ESC包括嵌入在夹持表面下方的一组加热器，用于将ESC和工件加热到制程温度(例如，300℃-600℃)，由此气体界面常规地提供从夹持表面到工件背面的热界面。

然而，当工件由于温度的升高而相对于夹持表面热膨胀或生长时，将相对冷的工件放置在经加热夹盘的表面上可能导致各种问题。这种膨胀可导致工件的翘曲或破裂，并且当工件包括碳化硅时，这种膨胀特别成问题。此外，当冷却工件被放置在经加热夹盘的表面上时，在工件中引起实质上急剧变化的加热速率，由此可以在工件上引起热不均匀性，从而进一步导致诸如工件的热应力和断裂的问题。

发明内容

本发明通过提供一种用于在工件被放置成与经加热支撑件接触之前测量工件的温度的系统、设备和方法来克服现有技术的限制。因此，以下呈现了本发明的简化概述，以便提供对本发明的一些方面的基本理解。该概述不是本发明的广泛概述。其既不旨在标识本发明的关键或重要元素，也不旨在描绘本发明的范围。其目的是以简化形式呈现本发明的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。

本发明大体上关于工件处理系统，例如离子注入系统。根据一个示例性方面，工件处理系统包括工件传送设备，该工件传送设备具有可操作地耦接至其上的末端效应器。例如，工件可搁置在末端效应器上，由此末端效应器仅在一个自由度上约束工件。例如，工件传送设备被配置为在各种腔室或站(诸如，处理腔室、装载锁定腔室、预热站或离子注入系统的其他站)之间选择性地传送工件。

举例而言，一个或多个温度传感器可操作地耦接至末端效应器，其中一个或多个温度传感器被配置成接触工件的背侧。一个或多个温度传感器还被配置为分别测量工件的一个或多个温度，其中分别限定一个或多个所测量温度。在一个示例中，一个或多个温度传感器包括热电偶和RTD中的一个或多个。

举例而言，末端效应器包括可操作地耦接至末端效应器的三个或更多个支撑构件，其中三个或更多个支撑构件被配置成选择性地接触和支撑工件。在另一示例中，一个或多个温度传感器可操作地耦接三个或更多个支撑构件中的至少一个。在又一示例中，三个或更多个温度传感器分别可操作地耦接至三个或更多个支撑构件，由此每个支撑构件具有与其相关联的温度传感器。

根据另一示例性方面，提供了一种热装置，其中所述热装置具有被热控制到预定温度的支撑表面。在一个示例中，热装置包括被配置为选择性地加热到预定温度的经加热装置，并且被配置为从支撑表面辐射热量。热装置还可以被配置为将工件选择性地夹持到支撑表面。在一个示例中，经加热装置包括经加热夹盘，诸如经加热静电夹盘。例如，经加热装置可定位在处理腔室内，其中处理腔室处于基本真空下。

例如，经加热夹盘还被配置为将工件加热到预定处理温度。预定处理温度例如可以在约100℃至约1200℃的范围内。

例如，进一步提供控制器并将其配置成控制工件传送设备，以将工件选择性地支撑在距热装置的支撑表面的预定距离处。例如，工件可以通过热装置以辐射方式被加热。在另一示例中，控制器被配置成能够至少部分地基于一个或多个所测量温度将工件从末端效应器选择性地传送到热装置的支撑表面。

在一个示例中，控制器被配置为控制工件传送设备，以便至少部分地基于所测量的温度来选择性地改变预定距离。例如，控制器可被配置成至少部分地基于所测量的温度的变化率将工件从末端效应器选择性地传送到热装置的支撑表面。

根据另一示例，控制器被配置成至少部分地基于所测量的温度达到与预定温度相关联的阈值温度而将工件从末端效应器选择性地传送到热装置的支撑表面。例如，阈值温度可以在预定温度的大约5％内。

根据另一示例性方面，提供了一种用于控制工件的温度的方法。该方法包括：当工件位于热夹盘的夹持表面上方的末端效应器上时，测量工件的背侧表面的温度。例如，经由接触背侧表面的温度传感器来测量工件的背侧的温度，其中限定所测量的温度。在一个示例中，至少部分地基于所测量的温度将工件从末端效应器传送到热夹盘的支撑表面。

为了实现前述和相关的目的，本发明包括下文中充分描述且在申请保护范围中特别指出的特征。以下描述和附图详细阐述了本发明的某些说明性实施例。然而，这些实施例指示可以采用本发明的原理的各种方式中的一些。当结合附图考虑时，根据本发明的以下详细描述，本发明的其它目的、优点和新颖特征将变得显而易见。

附图说明

图1是说明根据本发明的一方面的示例性经加热离子注入系统的方框图。

图2是说明根据本发明的另一示例性方面的用于加热工件的示例性设备的示意性方框图。

图3是根据本发明的另一示例性方面的具有一个或多个温度传感器的示例性末端效应器的平面图。

图4是说明根据本发明的另一示例性方面的用于处理工件的示例性方法的方框图。

图5是说明根据另一方面的示例性控制系统的方框图。

具体实施方式

本发明大体上涉及半导体处理系统，并且更具体地涉及具有末端效应器的工件传送系统，该末端效应器被配置成能够确定工件的温度。本发明提供了具有经加热工件支撑件的系统，该经加热工件支撑件被配置成从末端效应器接收相对较冷的工件。在一个实施例中，本发明涉及离子注入系统，并且更具体地，涉及被配置用于热离子注入(例如，300℃-600℃)的离子注入系统。然而，应当理解，本发明适用于其中相对较冷的工件被放置在相对较热的表面上的各种其他系统。

因此，现在将参考附图来描述本发明，其中相同的附图标记可以始终用于指代相同的元件。应当理解，这些方面的描述仅仅是说明性的，并且它们不应当以限制的意义来解释。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。

本发明认识到，工件温度的精度和控制在半导体工件的处理中越来越重要。常规已知系统典型地被配置以测量及控制工件驻留于其上的工件支撑件(例如，静电夹盘)的温度，借此利用工件支撑件的温度的表征及分析来推断工件的温度，而非测量工件本身的温度。然而，本发明目前认识到，对工件支撑件的温度的这种依赖可能导致工件处理期间的各种问题。

根据本发明的各个方面，图1示出了示例性离子注入系统100。本示例中的离子注入系统100包括示例性离子注入设备101，然而，也可以考虑各种其他类型的基于真空的半导体处理系统，诸如等离子体处理系统或其他半导体处理系统。例如，离子注入设备101包括端子102、束线组件104和终端站106。

一般来说，端子102中的离子源108耦接至电源110以将掺杂剂气体离子化成多个离子且形成离子束112。本示例中的离子束112被引导通过质量分析装置114，并且离开孔116朝向终端站106。在终端站106中，离子束112轰击工件118(例如，硅晶片的基底、显示面板等)，该工件被选择性地夹持或安装到热夹盘120。举例来说，热夹盘120可包括静电夹盘(ESC)或机械夹盘，其中热夹盘经配置以选择性地控制工件118的温度。一旦嵌入到工件118的晶格中，注入的离子改变工件的物理和/或化学性质。因此，离子注入用于半导体器件制造和金属精加工，以及材料科学研究中的各种应用。

本发明的离子束112可以采用任何形式，诸如铅笔或点束、带状束、扫描束或使离子被引导朝向终端站106的任何其他形式，并且所有这样的形式被认为落入本发明的范围内。

根据一个示例性方面，终端站106包括处理腔室122，例如真空腔室124，其中处理环境126与处理腔室相关联。处理环境126通常存在于处理腔室122内，并且在一个示例中，包括由真空源128(例如，真空泵)产生的真空，真空源128耦接至处理腔室并且被配置为基本上抽空处理腔室。

在一个实例中，离子注入设备101经配置以提供高温离子注入，其中将工件118加热到制程温度(例如，约100℃到600℃或更高)。因此，在本示例中，热夹盘120包括经加热夹盘130(例如，热装置)，其中经加热夹盘被配置为在工件暴露于离子束112之前、期间和/或之后支撑并保持工件118，同时进一步加热处理腔室122内的工件118。

举例而言，经加热夹盘130包括静电夹盘(ESC)，静电夹盘被配置为将工件118加热到比周围环境或外部环境132(例如，也称为“大气环境”)的环境温度或大气温度显著更大的处理温度。然而，应注意，经加热夹盘130可替代地包括具有用于将工件118选择性地固定到其上的机械夹具(未示出)的夹盘。在另一替代方案中，经加热夹盘130可包括经配置以选择性地支撑工件118的任何经加热支撑设备。

可以进一步提供加热系统134，其中加热系统被配置为加热经加热夹盘130，并且进而加热驻留在其上的工件118至期望的处理温度。例如，加热系统134被配置为经由设置在经加热夹盘130内的一个或多个加热器136选择性地加热工件118。在一个替代方案中，加热系统134包括辐射热源，诸如被配置为选择性地加热工件118的一个或多个卤素灯、发光二极管和红外热装置。

对于一些高温注入，可以允许工件118在处理环境126的真空内在经加热夹盘130上“浸泡”，直到达到期望的温度。替代地，为了增加通过离子注入系统100的循环时间，可在一个或多个腔室138A、138B(例如，一个或多个负载锁定腔室)中预加热工件，该一个或多个腔室经由预热设备152(例如，热装置)可操作地耦接至处理腔室122。

取决于工具架构、制程和期望的吞吐量，工件118可以经由预热设备152预加热到第一温度，其中第一温度等于或低于制程温度，从而允许真空腔室124内的经加热夹盘130上的最终热均衡。这种情况允许工件118在传送到处理腔室122期间损失一些热量，其中在经加热夹盘130上执行最终加热至制程温度。例如，与一个或多个腔室相关联的预热设备152(例如，在图1中的腔室138A中示出)可以在将工件带到处理腔室122的处理环境126的真空之前在外部环境132的大气压力下加热工件118。

替代地，工件118可以经由预热设备152从初始温度(例如，室温)预热到高于制程温度的第一温度。因此，可以优化第一温度，使得工件118在传送到处理腔室122期间的冷却刚好足以使工件在其被夹持到经加热夹盘130上时处于期望的制程温度。

为了准确地控制和/或加速热回应并且启用额外的热传递机制，使工件118的背侧与经加热夹盘130传导连通。该传导连通通过经加热夹盘130和工件118之间的压力控制气体界面(也称为“背侧气体”)来实现。例如，背侧气体的压力通常受到经加热夹盘130的静电力限制，并且通常可以保持在5-20托的范围内。在一个示例中，背侧气体界面厚度(例如，工件118和经加热夹盘130之间的距离)被控制在微米(典型地，为5-20μm)的量级，并且因此，在该压力状态下的分子平均自由路径变得足够大以使界面厚度推动系统进入过渡和分子气体状态。

根据本发明的另一方面，腔室138B包括冷却设备160(例如，热装置)，冷却设备160被配置为当工件118在离子注入期间注入离子之后设置在腔室138B内时冷却工件。冷却设备160例如可以包括冷却的工件支撑件162，其中冷却的工件支撑件被配置为经由热传导主动地冷却驻留在其上的工件118。例如，冷却的工件支撑件162包括具有穿过其中的一个或多个冷却通道的冷板，其中穿过冷却通道的冷却流体基本上冷却驻留在冷板的表面上的工件118。冷却的工件支撑件162可包括其他冷却机构，诸如珀耳帖冷却器(Peltier cooler)或普通技术人员已知的其他冷却机构。

根据另一示例性方面，控制器170被进一步提供和配置为选择性地启动加热系统134、预热设备152和冷却设备中的一个或多个，以选择性地加热或冷却分别驻留在其上的工件118。例如，控制器170可以被配置为经由预热设备152加热腔室138A中的工件118，经由经加热夹盘130和加热系统134加热工件至处理腔室122中的预定温度，经由离子注入设备101将离子注入工件中，经由冷却设备160冷却腔室138B中的工件，并且经由泵和排气孔172、相应腔室138A、138B的相应大气门174A、174B和真空门176A、176B以及工件传送设备178A、178B(例如，具有被配置为在传送工件的同时支撑工件的末端效应器180的机器人)的控制，在外部环境132与真空或处理环境126之间选择性地传送工件。

在一个实例中，工件118可进一步递送到处理腔室122和从处理腔室122递送，使得工件经由工件传送设备178A在选定的前开式统一舱(FOUP：front opening unified pod)182A、182B与腔室138A、138B之间传送，且经由工件传送设备178B在腔室138A、138B与经加热夹盘130之间进一步传送。例如，控制器170还被配置为经由对工件传送设备178A、178B的控制在FOUP 182A、182B、腔室138A、138B和经加热夹盘130之间选择性地传送工件。

根据本发明的一个示例性方面，在将工件118放置在经加热夹盘130上之前，但是在工件118被放入真空腔室124内之后，工件118通常可以保持在高真空环境中，由此热传递主要由辐射控制。例如，当工件处于初始温度(例如，约20℃或大约室温)时，工件118可以由工件传送设备178B定位在距经加热夹盘130的表面186的预定距离184处，并且由此允许工件的温度由于从经加热夹盘发射的热辐射188而升高。通过允许工件118的温度经由从经加热夹盘130发射的热辐射188而升高，可以通过使辐射热在工件与经加热夹盘的表面186之间的预定距离184上扩散来实现整个工件相对均匀的温度。

为了更好地理解本发明，应当首先理解，当相对冷的工件118(例如，在室温或大约20℃)被放置在经加热夹盘130的表面186上并且当经加热夹盘处于基本上高温(例如，1000℃)时被夹紧到经加热夹盘130的表面186时，可能存在各种有害问题。例如，工件118的这种放置(例如，在室温下)在经加热夹盘130上(例如，在相当高的温度下)可以在工件中引起热应力，该热应力可在工件被夹持(例如，静电夹持)到经加热夹盘时导致翘曲、“马铃薯碎裂(potato chipping)”、工件破裂或对工件的其他损坏。例如，如果工件118快速夹紧到经加热夹盘130上，则工件通常不会热膨胀。举例而言，膨胀的这种限制可导致应力和断裂、工件118上的热不均匀性,以及与热应力对工件产生“冲击”相关联的各种其他问题。

例如，本发明可以在将工件放置到经加热夹盘130的表面186上之前利用经加热夹盘130(例如，机械或静电夹持夹盘)作为工件118的预热源。根据一个方面，例如，图1的工件传送设备178B的末端效应器180被配置成在经加热夹盘130的表面186上方的预定距离184(例如，大约10mm)处支撑工件118，如图2所示。例如，工件118与经加热夹盘130的表面186之间的预定距离184可以变化，以便经由从经加热夹盘的一个或多个加热器136发射的辐射188来改变经加热夹盘与工件之间的预热速率、热吸收速率以及相关联的热传递。因此，来自经加热夹盘130的辐射热传递被配置成加热工件118，由此允许工件在基于其热膨胀系数(CTE：coefficient of thermal expansion)搁置在末端效应器180上时热生长或膨胀。

在过去，将工件直接放置在经加热夹盘的表面上，由此工件的热膨胀在工件的夹持期间由工件的夹持和释放顺序来适应。例如，现有已知工件将被放置在夹盘的表面上并被夹持到夹盘的表面，并且工件将被夹盘加热。为了允许工件膨胀，经加热夹盘将释放工件的夹持，然后在所述膨胀之后再次将工件夹紧到经加热夹盘上。这样的重复夹持和释放的循环，直到达到期望的温度，因此不仅消耗时间，而且还导致潜在的粒子污染。例如，如果工件不是完全平坦的，则将工件夹持至夹盘将是困难的，或者在这种夹持和释放的循环的同时，工件可能已经断裂或以其他方式产生粒子污染。

通过在本发明的经加热夹盘130的表面186上方的预定距离184处以辐射方式预热工件118，如图2所示，由于工件与经加热夹盘的表面之间的视角因数更远离热源(例如，经加热夹盘)，可以获得工件上更好的加热均匀性。

在一个示例中，预定距离184可以变化，由此工件118可以定位在距经加热夹盘130的多个预定距离处，以进一步控制工件的加热。例如，工件118可以初始地定位在距经加热夹盘130的表面186的预定距离184(例如，大约30mm)处，由此预定距离可以缓慢地减小(例如，到大约2-3mm)，从而最小化热冲击。工件118的这种定位优于将工件118从相对低的温度(例如，室温)直接放置到经加热夹盘130的表面186上(例如，在700℃)。

例如，工件118由末端效应器180经由图1的工件传送设备178B(例如，机器人)支撑。作为示例，图2的末端效应器180可包括支撑构件190，诸如托盘或其他类型的被动夹持机构，由此工件118通过重力搁置在支撑构件上，如图2所示。例如，三个或更多个支撑构件190可操作地耦接至末端效应器180的臂192，如图3所示，由此三个或更多个支撑构件190被配置成支撑工件118。应当理解，虽然示出了三个支撑构件190，但是可以实施任何数量的支撑构件。

在本示例中，不存在与末端效应器180相关联的轴向夹持器，由此允许工件118径向地和轴向地自由地膨胀。例如，末端效应器180仅具有一个约束程度(例如，重力迫使工件118和支撑构件190之间的接触)，并且工件的剩余两个移动自由度允许工件膨胀而没有有害结果。

在本示例中，经加热夹盘130竖直地定位在工件118下方，如图2所示，由此工件被末端效应器180的支撑构件190保持在其外部周边下方。因此，根据本发明，末端效应器180被配置为操纵工件118并将工件118放置在距经加热夹盘130的表面186的预定距离184处，以用于工件的选择性加热。例如，预定距离184可以根据在工件118处从经加热夹盘130接收的期望辐射发射188而变化。

在一个示例中，在经过预定温度升高和/或预定时间量之后，工件118可以直接放置在经加热夹盘130的表面186上，并且选择性地夹持到其上。应当理解，例如，可视情况利用图1的预热设备152。例如，预热设备152可用于工件在放置与经加热夹盘130或其它加热设备相距预定距离184之前将工件预热预定量。替代地，将工件选择性地放置在图2所示的距经加热夹盘130的表面186的预定距离184处之前，预热设备152可以被消除或以其他方式不用于对工件118加热。

本发明还涵盖了当工件从经加热夹盘的表面186移除时(例如，在离子注入工件中之后)，工件118在距经加热夹盘130的预定距离184处的类似放置。因此，可以在工件118的冷却期间但以与上述相反的方式进一步缓解热不均匀性。

在另一示例中，涵盖预定距离184的变化和/或在各种预定距离处花费的时间。例如，代替使用不同的预定距离184(例如，10mm和30mm)，考虑工件118朝向或远离经加热夹盘130的移动速率(例如，大致连续移动)，诸如每5秒1mm，或适合于期望的热传递和工件吞吐量的任何其他速率。因此，涵盖预定距离184随时间的变化的任何组合，以及连续速度或可变速度，其中可以针对每个工件118和/或工件的材料组成来表征速度、时间和/或速率的确定。进一步注意，例如，图1的控制器170被适当地配置为提供工件118相对于经加热夹盘130的这种放置和/或移动。

如上所述，本发明认识到，在将工件118放置在图2的经加热夹盘的表面186上之前，经加热夹盘130上方的工件118的浸泡可以有利地减少应力、粒子污染、工件断裂等。然而，在没有温度反馈的情况下，存在关于在工件118放置在经加热夹盘130的表面186上之前何时达到热平衡的不确定性。获得热平衡的保守方法是提供预定的浸泡例程，由此工件118在经加热夹盘130周围浸泡预定的时间段。然而，预定浸泡例程中的预定时间段可以大于与热平衡相关联的时间，或者对于特定工件，预定时间段可能未经完全优化。换句话说，工件118在预定浸泡例程中浸泡的预定时间段是“盲”的，并且仅基于时间，诸如将工件保持20秒，悬停在经加热夹盘130上方25秒，然后将工件放置在经加热夹盘的表面186上。

本发明通过进一步提供与末端效应器180相关联(例如，嵌入末端效应器180中)的温度传感器192来克服与这种预定浸泡例程相关联的缺点，由此温度传感器被配置成与工件118直接接触并且提供指示工件温度的信号，以便优化与达到和经加热夹盘130的热平衡相关联的事件序列。例如，温度传感器192包括热电偶(TC：thermocouple)、电阻温度检测器(RTD：resistance temperature detector)或其他温度传感器，其被配置为直接接触工件118的背侧194并测量工件118，从而限定与每个温度传感器相关联的所测量温度196。所测量温度196可以进一步馈送到热监测系统198，如图1所示，以向控制器170提供反馈。

因此，代替简单地基于时间，本发明利用指示工件118的所测量温度的信号来将工件放置在经加热夹盘130上。如图2所示，工件118可以在预定距离184处悬停在经加热夹盘130上方。一旦信号指示工件118的所测量温度高于预定温度(例如，200℃)，就可以给出指令以将工件放置在经加热夹盘130的表面186或压板上。因此，代替仅基于时间且相对地不知道到工件118的温度，图1的系统100可经配置以将工件悬停在经加热夹盘130上方，且一旦达到预定温度，便可将工件放置在经加热夹盘的表面186上，借此优化操作以允许工件达到预定温度而不浪费时间去简单地保持平衡。

举例而言，支撑构件190可由陶瓷或其它材料构成。例如，可以利用对工件118被加热到预定温度有多快的理解来确定工件何时被放置在图2的经加热夹盘130上。如图3所示，每个温度传感器192例如可操作地耦接至(例如，嵌入在)相应的支撑构件190，由此温度传感器被配置成直接接触并测量工件118的温度。可提供任何数量的温度传感器192，诸如可操作地耦接至支撑构件190中的一个或多个的一个或多个温度传感器。在本示例中，提供了三个支撑构件190，然而，可以提供任何数量的支撑构件，使得工件118至少部分地由支撑构件支撑。

本发明应了解到，系统100的特征可以理解为，当特定温度传感器192处的所测量温度196处于特定温度(例如，100℃)时，则工件上的其他位置的温度(例如，边缘对中心)可以不同。

在一个示例中，图1的系统100的特征可以在于将工件118放置在经加热夹盘130的前方，由此当工件无限期地驻留在此处时达到最高温度。例如，如果工件118被放置在经加热夹盘前面一小时，则图2的所测量温度196将平稳地处于最高温度。然而，本发明认识到，这种延长的时间段不是必需的，并且当所测量温度在阈值温度内(例如，在最大温度的5％内)时，工件118可以放置在经加热夹盘130上。因此，当工件118达到阈值温度时，工件可以移动或放置在经加热夹盘上。例如，来自温度传感器192的反馈可以用于触发工件118到经加热夹盘130的移动，以便优化吞吐量并且确保工件在注入之前处于期望的条件。

因此，图1的控制器170可以被配置为至少部分地基于所测量的温度达到与预定温度相关联的阈值温度而选择性地将工件118从末端效应器180传送到经加热夹盘130的支撑表面186。

本发明认识到，在工件118的开始处会发生大的温度变化，但是然后当所测量温度196接近经加热夹盘130的预定温度时，热传递速率和温度变化率降低。当热传递速率降低时，工件118和经加热夹盘130的温度接近平衡。因此，控制器170可以被配置为控制工件传送设备178B，例如，至少部分地基于所测量温度和/或所测量温度的变化率来选择性地改变图2的预定距离184。

虽然本示例涉及将工件118放置在经加热夹盘130上方以加热工件，但是本发明适用于工件的任何期望的温度变化，诸如工件相对于图1的冷却工件支撑件162的冷却。此外，本发明可用于离子注入系统100的任何设备中，例如当将工件118从预热设备152传送到经加热夹盘130以加热工件时，借此温度传感器192经配置以在从预热站传送时但在放置于经加热夹盘上之前确定工件的温度。例如，本发明在传送的同时达到工件118的温度，以便确保工件的温度在被放置在热夹盘120上之前处于最低温度，从而进一步提高系统的可靠性。

例如，本发明可以进一步用于确定在预热设备152中对工件118加热的失败，原本仅基于时间的浸泡是无法确定工件118加热的失败。例如，如果工件118在预热设备152中的工件支撑件上偏移或非平放，或者预热站的温度没有提供工件的正确加热，则本发明可以发信号通知故障或执行其他动作。例如，如果所测量温度不落入预定温度范围内，则可以发信号通知故障，或者可以将工件118放回到预热设备152中，以再次尝试将工件加热到期望的温度。

如果所测量温度指示工件118已经过热，则可以触发警报或其他信号以警告操作者执行维护等。因此，本发明适用于在处理工件118中涉及的各种处理步骤，由此工件的所测量温度被用作反馈以确定是否应当继续执行对工件的操作，诸如将工件放置在ESC上。

例如，根据本发明的另一方面，替代地，或除了具有位于装载锁定腔室138A中或系统100中的其他地方的独立预热设备152之外，经加热夹盘130可以用作预热站，该预热站定位在处理腔室122内部或附近。例如，多个经加热夹盘130可以实施于图1的处理腔室122内，由此一个或多个工件118的加热可以在没有上述有害影响的情况下实现。因而，可以有利地降低与系统相关联的成本。

本发明比通常可以经由位于装载锁定腔室138A中的独立预热设备152单独执行的预热更有利，因为当在大气中执行常规预热时，诸如时间和温度的变量受到限制。通过在处理环境126的真空中利用经加热夹盘130作为用于在高温处理之前预热工件118的源，并且经由来自温度传感器192的反馈对加热的上述控制，有利地通过图2的预定距离184提供对工件的加热的附加控制。

此外，本发明还涵盖在装载锁定腔室138A中对工件118进行预热以增加吞吐量，而在本文揭示的经加热夹盘130处对工件的预热有利地增加均匀性并且缓解对工件的热冲击。因此，可在处理工件118的各种组合物(诸如包括碳化硅或由碳化硅组成的工件)中实现显著的额外益处。

本发明还提供了用于处理工件并控制其温度的图4中的方法200。应当注意，虽然示例性方法在本文中被图示和描述为一系列动作或事件，但是应当理解，本发明不受这样的动作或事件的说明顺序的限制，根据本发明，一些步骤可以以不同的顺序发生和/或与除本文中所示和所述的步骤之外的其他步骤同时发生。此外，可能不需要所有示出的步骤来实现根据本发明的方法。此外，应当理解，这些方法可以与本文所示出和描述的系统相关联地实现，以及与未示出的其他系统相关联地实现。

如图4所示，方法200在动作202处开始，其中通过末端效应器将工件放置于热装置(诸如经加热夹盘)。经加热夹盘例如包括真空中的热源，由此工件定位在距热装置可配置的预定距离处。热量在热装置和工件之间传递，并且在步骤204中测量工件的背侧的温度，其中限定测量的温度。例如，通过接触背侧表面的温度传感器来执行测量工件的背侧表面的温度。在动作206中，至少部分地基于所测量的温度将工件从末端效应器传送到热夹盘的支撑表面。

例如，在动作206中，在直接放置在夹持表面上之前，允许工件达到与预定温度相关联的阈值温度，其中阈值温度是预定温度的一定百分比。

根据另一方面，上述方法可以使用控制器、通用计算机或基于处理器的系统中的一个或多个中的计算机程序代码来实现。如图7所示，提供了根据另一实施例的基于处理器的系统500的方框图。基于处理器的系统500是通用计算机平台，并且可以用于实现本文所论述的过程。基于处理器的系统500可以包括处理单元502，诸如台式计算机、工作站、膝上型计算机或针对特定应用定制的专用单元。基于处理器的系统500可以配备有显示器504和一个或多个输入/输出设备506，诸如鼠标、键盘或打印机。处理单元502可以包括连接到总线518的中央处理单元(CPU：central processing unit)508、存储器510、大容量存储设备512、视频适配器514和I/O接口516。

总线518可以是任何类型的若干总线架构中的一个或多个，包括存储器总线或存储器控制器、外围总线或视频总线。CPU 508可以包括任何类型的电子数据处理器，并且存储器510可以包括任何类型的系统存储器，诸如静态随机存取存储器(SRAM：static randomaccess memory)、动态随机存取存储器(DRAM：dynamic random access memory)或只读存储器(ROM：read-only memory)。

大容量存储设备512可以包括被配置为存储数据、程序和其他信息并且使得数据、程序和其他信息可经由总线518访问的任何类型的存储设备。大容量存储设备512可以包括例如硬盘驱动器、磁盘驱动器或光盘驱动器中的一个或多个。

视频适配器520和I/O接口522提供接口以将外部输入和输出设备耦接至处理单元502。输入和输出设备的示例包括耦接至视频适配器520的显示器504和耦接至I/O接口522的I/O设备506，诸如鼠标、键盘、打印机等。其它设备可耦接至处理单元502，且可利用额外或较少接口卡。例如，串行接口卡(未示出)可以用于为打印机提供串行接口。处理单元502还可以包括网络接口524，网络接口524可以是到局域网(LAN：local area network)或广域网(WAN：wide area network)526的有线链路，和/或无线链路。

应注意，基于处理器的系统500可包括其它组件。例如，基于处理器的系统500可以包括电源、电缆、主板、可移动存储介质、外壳等。尽管未示出，但是这些其他组件被认为是基于处理器的系统500的一部分。

本发明的实施例可以在基于处理器的系统500上实现，诸如通过由CPU508执行的程序代码。根据上述实施例的各种方法可以通过程序代码来实现。因此，本文中省略明确的论述。

此外，应当注意，附图中的各种模块和设备可以在图5的一个或多个基于处理器的系统500上实现并由其控制。不同模块和设备之间的通信可以根据模块如何被实现而变化。如果模块在基于一个处理器的系统500上实现，则数据可以在由CPU 508执行用于不同步骤的程序代码之间保存在存储器510或大容量存储设备512中。然后，数据可以由CPU 508在相应步骤的执行期间经由总线518访问存储器510或大容量存储设备512来提供。如果模块在不同的基于处理器的系统500上实现，或者如果要从另一存储系统，诸如单独的数据库，提供数据，则可以通过I/O接口522或网络接口524在系统500之间提供数据。类似地，由设备或阶段提供的数据可以由I/O接口522或网络接口524输入到基于一个或多个处理器的系统500中。本领域普通技术人员将容易地理解实施不同实施例的范围内预期的系统和方法中的其他变化和修改。

总之，本发明可以在高温离子注入中提供对工件的改进的温度控制。温度传感器(例如，热电偶、RTD或类似装置)经实施以监测工件的温度且控制工件在经加热装置(例如，热夹盘或经加热压板)上的放置，以便更准确且精确地控制工件的温度且改善系统的效率和吞吐量。温度传感器例如提供实时工件温度并且将该信息馈送到控制系统中以动态地控制工件的加热，以实现指定的工件温度。

温度传感器例如可用于在闭环系统中提供控制反馈，用于提供工件温度的直接测量和工件传送设备的控制。在利用接触工件的热装置(诸如，RTD和/或热电偶)时，可以接触工件的背侧。然而，还可以设想，工件的上游侧或前侧可以与RTD或TC接触，或者前侧和后侧都可以接触。对于TC或RTD接触热装置，因为此类装置包括显著较小的传感器，所以与工件的背侧的接触将优于与前侧的接触，但两者任一位置均被视为落在本发明的范围内。

可进一步利用多个位置以测量工件上的温度。例如，围绕工件均匀性，可在若干位置处监测温度(例如，可以调整和控制各个区域以获得更好的均匀性)。因此，在多个位置处具有多个TC或RTD将提高均匀性和温度精度。

此外，可以实施冗余的多个TC/RTD以便考虑设备的潜在高失败率。例如，通过实施冗余的多个TC/RTD，如果一个TC或RTD失败，则来自剩余的多个TC/RTD的输出可以彼此比较。因此，如果在主要和次要(冗余)传感器之间识别出较大的温度差，则这样的场景可以被识别为TC或RTD的失败，并且系统可以被置于“保持”模式，而不是试图驱动加热器以匹配TC/RTD的输出。例如，为了冗余，冗余的多个TC/RTD可定位成彼此靠近，而为了均匀性，本发明可提供放置在与末端效应器接触的各种位置处的多对TC/RTD。例如，这些TC/RTD可以相对于彼此定位成120-180度，以提供对均匀性的理解。

虽然特定论述了热电偶和RTD，但是被配置为直接测量工件的温度的任何类型的传感器预期为落入本发明的范围内。在一个示例中，对于接触工件的背侧的热传感器，可以利用弹簧加载式TC，其中弹簧加载式TC是顺应性的，使得工件将压力施加到传感器上，但是仅具有最小量的接触压力。例如，TC可以具有非常光滑的表面，该表面具有小的接触面积和热质量，该小的接触面积和热质量被配置为匹配工件并且消除散热器或热传递。

尽管已经关于特定的一个或多个优选实施例示出和描述了本发明，但是显而易见的是，在阅读和理解本说明书和附图之后，本领域的其他技术人员将想到等同的改变和修改。特别地，关于由上述部件(组件、设备、电路等)执行的各种功能，除非另有说明，否则用于描述此类部件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于执行所描述的部件的指定功能(即，功能上等同)的任何部件，即使在结构上不等同于执行本文所示的本发明的示例性实施例中的功能的所揭示的结构。此外，虽然已经关于若干实施例中的仅一个实施例揭示了本发明的特定特征，但是此特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征组合，这对于任何给定或特定应用可能是期望的和有利的。