[发明专利]用于均匀传热的自适应传热方法和系统

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)主张于2012年1月6日提交的美国临时申请序列号61/584,130的优先权权益，该申请通过引用的方式全部且为了所有目的并入本文中。

背景技术

半导体和其他薄膜技术通常采用加热的或冷却的基座以在处理工件之前/期间或之后控制工件的温度。例如，可以在处理室中使用加热的基座以在工件上沉积材料层期间、在从工件表面去除材料期间或者在进行其他处理操作期间加热工件并将其维持在预定温度。加热的或冷却的基座也可以设置在装载锁中，以便在工件要转移进出处理环境时加热或冷却工件。这些基座可以是由铝或陶瓷材料制成的并且形成为一个单体件。工件被支撑在该基座的表面上以实现传热(即，根据工件和基座的相对温度加热或冷却)。基座表面与工件之间的间隙为这种传热提供了一些控制，使得较高的传热速率对应于较小的间隙，而较低的传热速率对应于较大的间隙(即，成反比关系)。

通常，工件(特别是大而薄的晶片(例如，450mm的晶片))在引入到处理系统中时经过变形并且需要均匀地加热或冷却。这些变形的一些普通实例包括：碗形，此时工件具有凹形形状，并且其中心部分相对于由其边缘所限定的平面向下延伸；和圆顶形，此时工件具有凸形形状，并且其中心部分相对于由其边缘所限定的平面向上延伸。变形可以同样具有多种非对称形状。由于形成工件的多种材料、沉积在工件表面上的压缩膜或拉伸膜之间的热膨胀系数的差异以及其他因素，所以会发生变形。通常，同一批次的工件具有不同类型和水平的变形。这些变形难以预料并且通常本质上是随机的。此外，当工件已经在系统中时，在传热期间会发生一些变形。这种“在处理中”的变形可能是由于工件温度的变化、额外材料的沉积以及其他原因。如此，难以并且一般无法具有总是与变形的工件共形(conform)的预设传热表面。一般来讲，因为变形的这种相对无法预测的属性，所以使用具有平坦表面的基座。尽管提出了具有预定的弯曲表面的基座，但是它们的应用只是局限于非常具体的变形类型。

当变形的工件定位在基座的平坦表面上时，该表面与工件之间的间隙会在整个表面上发生变化。这种变化会造成在整个表面上不均匀的传热，从而会导致工件不均匀的温度分布。这种温度变化会干扰处理，并且导致例如在整个表面上不均匀的沉积或材料移除率。另外，这种温度变化会造成进一步变形，并且在某些情况下会对工件造成永久损伤。例如，当部分硅晶格彼此相对发生位移时，过度变形会在硅结构中造成滑移位错。这种缺陷会降低器件的电气性能。在一些情况下，工件甚至会在设备内部断裂，这导致停工时间延长以及导致昂贵的清理费用。

发明内容

本发明提供了一种自适应传热方法和系统，用于使往来于多种工件(例如，在制造半导体器件、显示器、发光二极管和光伏板期间采用的工件)均匀传热。这种自适应方法允许减少由工件的变形导致的传热变化。

根据工件的类型、处理条件和其他变量的不同，工件的变形会发生变化。这种变形难以预测并且会是随机的。

提供的系统可以改变它们的构造以顾及每个处理的新工件的变形。另外，在传热期间可以连续或离散地进行调节。可以利用这种灵活性来提高传热均匀性，获得均匀的温度分布，减少变形，并且用于多种其他目的。在公开的实施方式中，系统可以包括用于测量工件的温度分布和/或工件与系统的传热表面之间的间隙变化的传感器。然后可以根据这些传感器的响应来调节这些表面的位置和/或形状。

在某些实施方式中，提供了一种传热系统，该传热系统用于提供往来于(to and from)显示出变形的工件的基本上均匀的传热。传热系统可以包括第一和第二传热部分。第一传热部分可以具有第一面向工件表面和第成组的最小接触面积支架，这些支架从所述第一面向工件表面延伸以支撑显示出变形的工件。所述第一工件被支撑在所述第一面向工件表面上方的预定距离处。第二传热部分具有第二面向工件表面。第二面向工件表面可相对于第一面向工件表面运动以提供均匀的传热。在显示出变形的工件与第一面向工件表面之间以及在显示出变形的工件与第二面向工件表面之间提供均匀的传热。均匀的传热有助于在显示出变形的工件的整个面积上维持基本上均匀的温度分布。

在某些实施方式中，第二面向工件表面可相对于第一面向工件表面移动以便与显示出变形的工件的非平面形状共形。第二面向工件表面可以在加热或冷却期间相对于第一面向工件表面运动，直到第二面向工件表面与显示出变形的工件之间的平均间隙和在第一面向工件表面与显示出变形的工件之间的平均间隙基本上相同。