CN101495847A - 快速热处理基板的适应性性控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及快速热处理(RTP)基板的方法。本发明的实施例包括利用实时适应性控制算法或利用选自用于各种基板类型的固定控制算法系列的控制算法来控制热处理制造工艺。基于热处理期间测量的基板的光学特性来选择控制算法。在一实施例中，使用组合的控制算法，其中大部分的照灯群组受控于固定的控制算法，而实质上较少量的照灯区域受控于适应性控制算法。

Description

快速热处理基板的适应性性控制方法
发明背景
技术领域
本发明的实施例一般涉及热处理诸如半导体基板的材料的方法。
相关技术的描述
许多涉及热处理半导体与其它材料的应用中需要精确测量和控制材料温度。例如，处理半导体基板需要精确测量和控制大范围的温度。处理方式的一个例子为用于许多制造工艺的快速热处理(RTP)，包括快速热退火(RTA)、快速热清洗(RTC)、快速热化学气相沉积(RTCVD)、快速热氧化(RTO)、及快速热氮化(RTN)。在以RTO或RTN形成互补式金氧半导体(CMOS)栅极介电层的特殊应用中，栅极介电层的厚度、成长温度与均匀度皆为影响整体组件性能与产率的因素。部分制造工艺要求整个基板的温度差异小于摄氏几度。
在热处理基板的过程中获得基板的温度均匀性是合乎需要的。温度的均匀性可在温度活化步骤(如膜层沉积、氧化物成长与蚀刻)时基板上提供一致的制造工艺变量(如层厚、电阻率、蚀刻深度等)。此外，基板上的温度需均匀以免热应力造成基板损坏，如弯曲、产生缺陷与滑移。例如，在1150℃时，4英寸硅晶片的中央与边缘温度差异约为5℃会引起位错形成(dislocation formation)与滑移(slip)。
其它因素也可能产生温度梯度。例如，因基板的表面积或体积的空间改变(spatial modification)，使得基板可能具有不均匀的发射率(emissivity)。这些改变可包括已由光刻法图案化的膜层或局部掺杂的区域，如双极晶体管的埋层。另外，基板温度梯度可由与处理室设计相关的局部气体冷却或加热作用、及处理时基板表面上不均匀的吸热或放热反应所引起。
除了在快速热处理过程中最小化基板所有区域间的温度不均外，使基板实际的时间-温度关系曲线和期望的时间-温度关系曲线的差异(尤其是与峰值温度的差值)尽可能小也很重要。时间-温度关系曲线及峰值温度将参照图1说明于下。
图1绘示一示例性快速热处理的时间-温度关系的理想曲线，以下是指目标时间-温度关系曲线100，快速热处理在此为尖峰退火处理(spike anneal process)。横坐标代表时间，纵坐标代表基板温度，而目标时间-温度关系曲线100代表基板于尖峰退火处理时的期望温度。在时间120时，开始热处理实质上为室温的温度130的基板。基板温度于初次升温201时升高成温度132，其将参照图2说明于下。基板温度的提高是使用高幅度照灯，其将参照图3说明于下且为一示例性RTP室的一部分。自时间122起，基板温度于稳定期间202保持为温度132。基板温度于时间123时快速增加以达时间124时的峰值温度133，紧接着降至时间125时的温度134。若基板在RTP过程中未达峰值温度133，则可能无法完成重要的基板处理步骤，如植入后退火。若在RTP过程中超过峰值温度133，则可能会对处理步骤造成不良影响，例如植入原子不当扩散到基板中或超过形成于基板上的组件的热预算(thermalbudget)。
图2为典型的快速热处理程序200(如上述图1的尖峰退火处理)的流程图。此过程一般起始于基板的初次升温201。初次升温201的第一区段为进行开路加热，直到基板达到约300℃至约400℃。再参照图1，开路加热乃在时间120与时间121之间进行。在开路加热的过程中，基板温度回馈并未并入控制处理步骤中，反之是以预定数值的照灯功率施加至基板达一预定时间，以加热基板至一温度分布，此时基板实质上不传导大部分施加其上的照灯能量。小于约300℃时，典型的RTP基板(如硅晶片)大半可供典型加热照灯的辐射能量穿透。此时，穿过基板的辐射能量接着由测量基板背面温度的高温计探测，因而产生不正确的基板温度测量。就闭环加热控制算法而言，不正确的基板温度测量可能会在初次升温201的过程中造成严重的控制问题，例如不稳定及/或摆动(hunting)。开路加热通常用于RTP之初以避免此问题产生。开路加热的设定点一般则凭经验确定。
加热基板达约300℃至约400℃后，通常利用闭环加热控制算法来完成初次升温201，使基板达到约500℃至约700℃的稳定温度。闭环控制结合热处理的特定时段(time step)中一个或多个高温区的基板温度测量与控制算法，以微调后续时段中加热照灯的输出功率。各时段可间隔很短，如0.1秒或0.01秒。时段的最小时间间隔(time interval)一般受限于控制加热过程的温度传感器的取样速率。使用闭环控制可最小化期望基板温度与实际基板温度的误差。
由于精确控温对RTP而言很重要，因此在热处理时，数个基于模型(model-based)的控制算法有时会取代传统PID控制算法来做为闭环温度控制的部分。相较于标准PID控制回路，基于模型的控制算法(亦称为基于模型的控制器)更可减少处理时实际基板温度与目标基板温度的误差。不同于藉由改变与测量误差成比例的输入(本实施例为照灯功率)来响应测量误差，基于模型的控制算法应用各时段中基板与处理室的能量转移模型，以预测基板于下一时段的热行为。类似仿真程序，基于模型的控制器将系统的所有相关方面纳入传热模型，包括基板与室壁的光学性质、照灯的输出功率与位置等。控制器考虑所有因素后，接着基于基板的目前温度、期望温度和整个系统的模型响应来控制各照灯或照灯群组的输出功率。此预测法可使温度于热处理时偏离目标温度较少，特别是当目标温度随时间快速变化时，而使其可用于尖峰退火与其它相关快速热处理。
基于模型的控制器显著的缺点之一在于，其精确控制基板温度使其符合期望的时间-温度关系曲线的能力受限于模型的基础假设的正确性。基于模型的控制器需精确考虑的最重要因素为处理室方面(如处理室尺寸与形状、照灯功率等)、和基板的光学特性(包括基板发射率、吸收率、反射率与透射率)，“发射率”、“吸收率”、“反射率”与“透射率”在此是指材料于约0.2微米至约5微米的光波长下的特性。基于模型的控制器可通过测试修正以更精确地表现特定RTP室于热处理时的行为；经验因子(亦称为”捏造因子(fudge factor)”)通常内含于基于模型的控制算法且可通过反复试验确定来微调控制器的正确性。然而因为控制器的计算是基于特定的基板类型与固定的光学特性，故基于模型的算法本质上只能准确控制单一类型的基板，而非全部。这是因为不同基板的光学特性取决于基板在RTP前的处理方式而有极大的不同。例如，高反射基板(如金属基板)和吸光基板(如密集图案化的基板)可利用同样的控制算法而在同一RTP室中处理。除非不同的控制器已开发用于每一种待处理的基板，否则将导致次最优的温度控制。多个控制器可被编程用于单一RTP室，但各控制器需基于反复实验加以微调。在某些情况下，例如在半导体制造厂中，一特定RTP室中有数百种基板，而每一种基板又具有独特的光学特性。因此最优化特定控制器供各种待处理的基板使用是不可行的。
再参照图2，一旦基板于初次升温201末期达到稳定温度，随后通常为稳定期间202。稳定期间202的目的在于使基板在开始尖峰退火203(热处理的温度敏感(temperature-sensitive)区段)前达到平衡，以消除初次升温201时已形成于基板上的热梯度。在处理过程中，尖峰退火203之初所呈现的不均匀基板温度不太可能修正。稳定期间202历时约5秒至约30秒，一般为约10秒至约20秒。如图1所示，基板温度控制保持为稳定温度132，其可介于约500℃至约700℃之间，取决于特定热处理而定。
完成稳定期间202后，开始尖峰退火203。在此实施例中，尖峰退火203为实际热处理基板的区段。尖峰退火处理的一较佳应用是在掺杂硼之后退火处理基板。在此情况下，尖峰退火203重新定位随机排列晶体内的植入硼，以电气活化硅晶格中的基点(site)，并减少基板热暴露。如图1所示，尖峰退火203在时间123与时间124之间进行，接着进行降温204。尖峰退火203的基板升温速率一般为约150℃/秒至约300℃/秒，峰值温度(peak temperature)133为约1000℃至约1200℃/秒，即尖峰退火203通常只持续数秒。故控制算法在热处理的最温度敏感区段中只有很少的时间来修正基板温度与目标时间-温度关系曲线100的差异。任何在此快速热处理区段发生的基板温度与目标时间-温度关系曲线100的差异(如超调(overshoot)、过低(undershoot)或宽尖峰(widespike))将降低各基板峰值温度的再现性。再次参照图2，尖峰退火203后进行降温204，以结束快速热处理基板。
如上所述，在热处理基板的过程中尽可能保持温度不变是很重要的。实际上，RTP室周围对基板边缘区域的影响大于对基板其它区域的影响，以致边缘区域的温度长期不均。标准的控制算法是用来响应所测得的不均匀放射状分布的温度。就非常短暂的制造工艺而言(如尖峰退火处理)，控制算法可能无法快速补偿，从而导致基板边缘附近的温度不均匀。另外，目前的RTP室被设计为适应圆形基板上放射状的温度均匀度，故此温度控制法不能修正非放射状的温度均匀度，例如未对称置于基板中央的“冷点(cold spot)”。
因此仍需控制快速热处理基板的方法及设备，其可用于各种基板、只需最小调整、增进峰值温度的再现性、使闭环控制于低温使用、及减少基板上温度的不均匀度。
发明内容
本发明一般涉及快速热处理(RTP)基板的方法及设备。本发明的实施例包括利用实时适应性控制算法或利用选自用于各种基板类型的固定控制算法系列的控制算法来控制热处理制造工艺。并且基于基板于热处理时的光学特性来选择控制算法。在一实施例中，使用组合的控制算法，其中大部分的照灯群组受控于固定的控制算法，而少得多的照灯区域受控于适应性控制算法。
附图说明
为使本发明之上述特征更明显易懂，可参考实施例说明，其部分在附图中示出。然而应当注意，所附附图仅例示了本发明特定实施例，因此并非用以限定本发明的精神与范围，因为本发明可允许其它等效实施例。
图1(现有技术)示出一示例性快速热处理的时间-温度关系的理想曲线。
图2(现有技术)为典型的快速热处理程序的流程图。
图3为结合本发明实施例的一示例性RTP室的局部透视图。
图4为分成多个高温区的基板的平面图。
图5为用于RTP室的照灯以蜂巢阵列配置的平面图。
图6示出基材的一高温区于RTP时的时间-温度关系曲线，其中输入功率在整个过程为固定不变。
图7为可用于本发明方面的一适应性控制法的流程图。
图8a为白热灯的输出功率随时间变化的曲线图。
图8b为白热灯的输出功率随时间变化的曲线图，其中照灯输出功率设定高于目标照灯功率。
图9为可用于放入控制法的一简化适应性控制法的流程图。
图10示出照灯群组的一配置方式，其可用于组合控制法。
图11为本发明的一方面的流程图。
图12A-12C为含有8个照灯群组的RTP室的功率分布模式。
图12D示出操作ART的温度分布方式。
图12E为利用ART来控制加热基板的流程图。
图13为利用照灯功率定标法于RTP时来改善基板温度均匀度的流程图。
图14为具有环形区、中心点与非放射对称区的基板的平面图。
图15为用于RTP室的照灯群组以非同心配置的平面图。
为清楚说明，各图中相同的符号表示相同的组件。
详细描述
本发明一般涉及快速热处理基板的方法及设备。实施例使用可改善峰值温度的再现性的控制算法，包括实时适应性控制算法、基于基板特性选择固定控制算法的方法、和组合方法，其中仅少数区域利用适应性控制算法，其余部分则利用较不需密集计算的算法来控制。
图3为结合本发明实施例的一示例性RTP室的局部透视图。为清楚说明，例示的RTP室(以下指称处理室300)已用截面表示。处理室300一般包括照灯组件310、处理室主体320、和基板支撑组件330。为清楚说明，图3仅示出处理室主体320上半部。
照灯组件310包括多个各自置于反射灯管312内的照灯311。照灯可为如钨-卤素照灯的白热灯、或其它如放电照灯的高输出功率照灯。每个照灯的照灯输出功率的变化通常高达约500瓦(W)。反射灯管312一起在冷却水壳盖314中构成蜂巢阵列313。反射灯管312的蜂巢阵列313将配合图5说明于下。非常薄的石英窗315构成照灯组件310底面，并使照灯组件310与处理室300内的真空分隔开。因红外线可穿透石英，故石英窗315通常采用石英。照灯组件310真空密接处理室主体320的顶面。
处理室主体320包括处理室300的壁面与底面、及基板开口321与排气口322。基板经由基板开口321进出处理室300，而真空泵(未示出)通过排气口322排空处理室300。狭长阀或门阀(未示出)可按需密封基板开口321与排气口322。
基板支撑组件330位于处理室主体320内且包括边环331、旋转石英圆柱332、反射板333、和光纤探针334的阵列。边环331安置于旋转石英圆柱332上，且在处理基板时支撑基板(为清楚说明而未示出)于石英窗315下方约25毫米。边环331一般由具有低热膨胀系数的硬质材料组成，例如碳化硅，以免热处理时过度膨胀与收缩。旋转石英圆柱332在处理基板时的转速为约50rpm至约300rpm，藉以降低处理室300中热不对称性对基板的影响，从而增进基板温度的均匀度。反射板333位于基板下方约5毫米。光纤探针334(亦称为高温探针)穿过反射板333并于热处理时指向基板底部。光纤探针334传送辐射能量至高温计(未示出)，以确定热处理时的基板温度，且在一些实施例中，确定基板正面发射率与反射率。若照灯311为白热灯，则高温计通常用来测量基板背面波长介在约0.2微米(μm)至约5微米之间的宽带发射率。此光谱范围内的辐射能量大部分被施加到基板。
为更佳地控制基板上的温度均匀度，基板将分成称为高温区的多个区域。当基板在热处理期间旋转时，各高温区为由特定高温计所测量的基板区域。除了基板中央可能为圆形的区域外，高温区一般为环形区域。图4为分成多个高温区401-406的基板400的平面图。供参考用，示出的高温位置411-416是关于基板400于RTP室中处理时的高温区。各高温位置是放射状偏离基板中心的独特位置。此高温区配置方式是用于直径为300毫米的基板400。此配置方式也可用于其它大小的基板。相反地，不同的高温区配置方式亦可用于直径为300毫米的基板；例如可采用比本实施例多或少的高温区。此外，各高温区的径向尺寸可不相同。
为进一步改善温度的均匀度，照灯组件310的照灯311以称为照灯区的群组控制。图5为用于处理室300的照灯311以蜂巢阵列313配置500的平面图。供参考用，示出的处理室300的内径501、边环331的外径502、和基板的外径503相关于蜂巢阵列313示出。图5还包括结合此特殊照灯配置使用的相应高温位置521-526。蜂巢阵列313中的照灯311归组照灯群组531-538。照灯群组可由实质同心的照灯群组(如照灯群组531-535)、对称但不同心的照灯群组(如照灯群组538)、或二种群组的组合(如照灯群组536、537)构成。在一方面中，蜂巢阵列313中一个或多个照灯群组可由不同心、非对称的照灯群组构成，其将配合图15说明于下。照灯群组中各照灯的功率输出通常皆相同。
处理室300的各种操作包括收集高温数据、控制照灯、及启动阀门与基板搬运机械装置等，由计算机或程序化逻辑控制器(一般称为系统控制器(未示出))安排和控制。在一些情况下，系统控制器只用于操作一特定的RTP室；在其它情况下，其可用于操作与协调完整基板处理系统中所有的处理室、传感器和基板传输机械装置。
为了更好地控制基板于RTP过程中的时间-温度关系曲线，热处理可以连续时间增量(increment)控制，在此是指时段(time step)。为减少基板与目标时间-温度关系曲线的误差，较佳地，这些时段的时间很短，例如约0.1秒至约0.01秒或更短。
就热处理中的指定时段而言，基板的各高温区被加热到期望温度。一般在RTP的过程中，整个基板的每个高温区目标温度是相同的。如图1所示，各时段的期望温度一同构成基板的时间-温度关系曲线100。
一般在一指定时段中，各高温计测量基板各高温区的温度。此信息传递至系统控制器，其接着利用控制算法来确定各照灯群组于下一时段的输出功率，以在下一时段将基板加热到期望温度。加热指定高温区的辐射能量主要源自最接近此特定高温区的照灯群组。例如参照图5，高温位置521测量的高温区主要受照灯群组531的影响。因此，一个或多个照灯群组可“映射(map)”于一特定高温区，即主要基于此高温区测量的温度来控制。然而因为尚有其它加热特定高温区的能量源，如近侧照灯群组，故控制算法须考虑其它的能量源以精确控制基板温度，特别是如尖峰退火的短暂、快速变化制造工艺。各时段的输入功率预测不精确，可能导致基板温度大幅偏离热处理中期望的时间-温度关系曲线。
影响高温区的输入功率预测精确度的因素包括基板的光学特性(如发射率、透射率与反射率)、室壁的辐射热、照灯响应时间，且就对应基板边缘区域的高温区而言，还包括边环的传热等。另一恼人因素为各照灯群组对较远的高温区的影响。此是指影响矩阵(influence matrix)不仅为处理室形状的函数、亦是基板正面反射率的函数。就反射任何入射辐射能量的基板(即基板反射率大于0)而言，控制算法不应假设照灯群组的辐射能量只影响照灯群组正下方的高温区。相当大量的入射辐射能量可能被基板反射而加热其它高温区。例如再参照图5，当处理高反射基板时，照灯群组531的能量的5％可加热高温位置524所测量的高温区。
上述因素可合并至先前技术的控制算法，例如上述的基于模型的控制算法。然而因为许多构成应用传热模型的要素均与特定基板的光学特性有关，故基于模型的控制器的预测精确度会随基板类型改变。若基板的正面发射率不同于建立基于模型的控制算法所用的发射率，则将面临控制温度精确度的困境。本发明的方面包括不基于如假设的正面发射率或反射率等基板特性来控制快速热处理基板的方法，藉以更精确预测各照灯群组所需的功率。
基板温度的闭环控制法
本发明提出数个涉及控制算法的方法，以改善峰值温度的再现性。在一方面中，实时适应性控制算法是用来控制基板的加热，其中各时段的即时加热基板速率被确定以计算出处理时下一时段中期望的输入功率。在另一方面中，方法为选自合适的固定控制算法系列的适应性控制算法。固定控制算法的选择是基于测得的基板特性，例如透射率或正面发射率。在又一方面中，为采用组合的方法，其中仅少数照灯群组利用适应性控制算法，其余部分则受控于较不需密集计算的固定控制算法，例如放入(binned)算法。
适应性控制法
在一方面中，适应性控制算法是用来控制热处理基板时的照灯功率。不同于现有技术，在此公开的控制算法并不基于假设的基板光学特性。算法反而是使用当下测量的基板温度与前一时段所施加的功率来判断目前时段的即时加热基板速率。即时加热速率基本上为基板光学特性的函数，包括正面发射率、透射率与正面反射率。由于这些基板特性明显随基板温度变化，故以基板特性为基础的算法(如基于模型的控制算法)将因基板的实际光学特性偏离模型的假设值而变得不精确。既然每一时段的基板行为未经正确计算，此不精确度将限制控制算法的预测精确度。如此会造成不良的制造工艺再现性与控制稳定性。反之，在此公开的算法基于基板于前一时段的实际行为、而非基于假设的基板光学特性来计算出即时加热速率。
就各高温区而言，高温区达到目标温度所需的总功率以方程式(1)表示：
P总＝P升温+P稳态    (1)
其中：
P总＝高温区于下一时段中达到期望温度所需的总功率；
P升温＝高温区于下一时段中从目前测量温度加热到期望温度所需的功率；以及
P稳态＝在此时段中取消高温区的热损失所需的功率，进而维持高温区的温度不变。
在图2所示的稳定期间202，P升温＝0。在此热处理基板区段，精确控温并不关键，但期基板温度均匀。如上所述，稳定步骤可使基板上的温度梯度从初次升温201达到平衡，以确保基板的所有区域从同一”热起始点”开始进行感温尖峰退火203，并促进基板的所有区域经历相同的热处理。
在尖峰退火203的过程中，计算P升温或P稳态的不正确性将大大地影响热处理的结果。(P升温与P稳态)二者皆与基板光学特性息息相关。在典型的尖峰退火处理温度下(即大于约700℃)，因一般基板在此温度下的透射率实质上为零，故基板正面反射率和发射率为最重要的特性。这些特性随基板温度改变，因而任一基于模型的控制器将增加不精确度，除非模型所基于的基板的特性随着完全与待处理的基板相同的温度改变。虽然一特定RTP室可处理多种基板，但通常并非如此。基板类型包罗万象，包括高反射的金属基板，乃至非常黑且密集图案化的基板。不基于仿真模型来测量温度误差及试图预测基板于下一时段的热响应以减少误差，本发明提出的方法为计算基板于最近的时段的实际热行为，即基板的即时加热速率，接着利用此信息以更精确预测基板各高温区所需的即时输入功率。
在RTP的过程中，基板的加热速率(即基板于特定输入功率下的升温速率)并非定值。这是因为P升温与P稳态二者皆为基板光学特性的函数，所以亦随基板温度改变。例如，基板于较高温度下的P稳态远大于较低温度下的P稳态。此显示于图6。根据一实施例，图6示出基板的一高温区于RTP时的时间-温度关系曲线601，其中输入功率(即P总)在整个过程为固定不变。横坐标代表时间，纵坐标代表高温区的温度。第一时间间隔t1发生在时间602与时间603之间，第二时间间隔t2发生在时间604与时间605之间。时间间隔t1和时间间隔t2为等长。在时间间隔t1期间，高温区温度从温度606升高成温度607。基板各高温区于每一时段的升温速率在此定义为高温区于一时段内(即时时间间隔t1或时间间隔t2)的温度增加速率。时间间隔t1的升温速率(RR1)绘示成时间与温度关系曲线601于时间间隔t1期间的平均斜率，且数学上定义为：
RR1＝T(607-606)/t1    (2)
其中：
T(607-606)＝温度606与温度607的差异；以及
t1＝时间间隔t1的期间。
同样地，时间间隔t2的升温速率(RR2)可定义为：
RR2＝T(609-608)/t2    (3)
其中：
T(609-608)＝温度609与温度608的差异；以及
t2＝时间间隔t2的期间。
如图6所示，当P总于热处理过程为固定不变时，RR2小于RR1。这是因为时间间隔t2期间较高温的基板的热损失增加。较多的热损失表示P稳态亦较大。P总在本实施例为固定不变，故较少的功率供作P升温，因此即使施加同样的输入功率至高温区，RR2仍远小于RR1。
图6显示基板的实际热损失复杂相关于基板温度、正面发射率、吸收率、和反射率，如此将难以精确预测热处理的每一时段的基板热行为。这就是基于模型的控制器于计算各高温区所需的输入功率时试图完成的事。反之，在此公开的适应性控制法假设基板一高温区的即时加热速率或加热速率函数为施加至高温区的输入功率的简单线性函数。在此的”即时加热速率”是定义成说明基板各高温区于一时段的加热速率的函数。任一时段的即时加热速率为基于前时段的高温区热行为而重新计算。若时段很短暂，例如约0.01秒，则此假设可非常准确。
如上所述，基板一高温区的即时加热速率假设为输入功率的线性函数，且数学上可定义为：
RR＝(m×Pp)+C    (4)
其中：
RR＝高温区于一时段的升温速率；
m＝加热速率函数的斜率(注意：此须与图6的时间-温度关系曲线的斜率区分清楚，其为升温速率)；
Pp＝于此时段施加至高温区的功率；以及
C＝常数，亦为如方程式(4)的线性方程式的截距。
当已知高温区的即时加热速率时，即已判定方程式(4)的斜率m与截距C，可基于高温区于下一时段的升温速率来确定高温区所需的功率。如方程式(2)与(3)所示，高温区于特定时段的升温速率为高温区的目前温度、高温区的目标温度、和时间间隔长度的函数。高温区于各时段的目标温度可基于期望的时间-温度关系曲线从查表取得。时段的期间长短亦为已知。因此一旦于目前时段之初测得目前温度，方程式(4)中时段的期望升温速率RR即为已知大小。如此可计算出时段中产生高温区的期望升温速率RR所需的功率Pp。
由于高温区的热行为和即时加热速率在整个热处理过程不断改变，因此热处理的每一时段均需解出方程式(4)的斜率m与截距C。其完成方法是假设加热速率函数在相当短的时间内(如两个连续时段期间)不会大幅改变，接着基于最后两个时段的基板行为来解出斜率m与截距C。例如，在第一时段中，施加已知功率Pp1至高温区并使此区域升温而形成已知的升温速率RR1。在第二时段中，不同的已知功率Pp2施加至高温区并再次使此区域升温而形成已知的升温速率RR2。在一实施例中，已知功率Pp2与已知功率Pp1的差异至少为已知功率Pp1的10％。假设斜率m与截距C在包括两个或三个时段的短暂时间间隔内实质上仍维持不变，则此两个未知值可由以下两个方程式解得：
RR1＝(m×Pp1)+C      (4a)
RR2＝(m×Pp2)+C      (4b)
此程序将反复用于热处理的各时段中基板的各高温区。因基板的即时加热速率于热处理的各时段皆会更新，故基板的实际时间-温度关系曲线比基于模型的控制算法还接近期望的时间-温度关系曲线。特别是当基于模型的控制器是基于基板类型，其实质上具有不同于待处理的基板的光学特性。
须注意的是，已知功率Pp2值与已知功率Pp1值的准确度对精确控制热处理是很重要的。因此当用于RTP室的照灯为白热灯时，即时照灯功率(即照灯或照灯群组于任时间点产生的辐射功率)不能只由施加至照灯或照灯群组的电压确定。因为照灯功率无论是增加或减少，白热灯丝均瞬时响应(transient reponse)，故施加的电压不能代表白热灯的功率，除非照灯于此功率下已达热平衡。但是一般并非如此，因为照灯功率在短暂时间间隔内仍常常改变。用于RTP室的白热灯的即时功率反而可藉由计算下式的即时照灯阻抗R照灯来精确判断：
V＝iInst×R照灯        (5)
其中：
V＝施加至照灯或照灯群组的电压；以及
iInst＝即时照灯电流。
就一特定白热灯而言，对应于一绝对功率的即时照灯阻抗为已知。
图7为可用于本发明方面的一适应性控制法700的流程图。再参照图1，此控制法最适合用于闭环控制算法，以控制RTP过程的基板温度，包括稳定期间202、尖峰退火203、及初次升温201的较高温区段。
适应性控制法700的第一步骤为进行高温区温度测量步骤701。
接着，进行基板各高温区的即时加热速率确定步骤702。如上述方程式(4)、(4a)与(4b)所示，藉由使用前一时段已知的RR1、RR2、已知功率Pp2与已知功率Pp1来解出联立方程式(4a)与(4b)，可得到方程式(4)的斜率m与截距C。在一方面中，目前时段的即时加热速率的斜率m与截距C是直接解方程式(4a)与(4b)而得到的。在另一方面中，目前时段的斜率m与截距C的更新值为方程式(4)解答和一个或多个斜率m与截距C前值的加权平均。在一实施例中，斜率m与截距C的更新值的加权平均计算为指数型加权平均，其中最新的斜率m值与截距C值促成更新的斜率m值与截距C值的权重远大于旧的斜率m值与截距C值。在此方面中，连续时段间的斜率m值及/或截距C值若突然剧烈改变可避免方程式(4)的数学不稳定性。在此方面的另一实施例中，斜率m与截距C的加权方式并不相同。
适应性控制法700的下一步骤为计算升温速率步骤703，其中各高温区的升温速率RR是利用下式计算而得：
RR＝ΔT/t    (2a)
其中：
ΔT＝高温区目前测量的温度和时段结束所需的温度的差异，其如基于基板的时间-温度关系曲线的查表所示；以及
t＝目前时段的持续时间。
在一方面中，降低整个基板所需的温度至时间-温度关系曲线查表指定值以下可减缓基板的整体升温速率。藉此使部分高温区无法顺着特定的时间-温度关系曲线变化以与其它高温区达到平衡状态，因而限制了高温区之间的温度均匀度。每当即使采用相关对应此高温区的照灯群组的最大照灯输出功率仍不够快速加热高温区时，此法可用来防止温度严重不均。在一实施例中，每当基板的一个或多个高温区于两个以上的连续时段内低于目标温度约3℃时，基板的整体升温速率会降低。在另一实施例中，每当基板的一个或多个高温区于两个以上的连续时段内低于目标温度约5℃时，基板的整体升温速率会降低。
计算高温区功率步骤704为适应性控制法700的下一步骤。各高温区于目前时段的高温区功率Pp是基于步骤703所确定的升温速率来直接计算方程式(4)而得到的。
接着进行计算照灯群组功率步骤705。一特定照灯群组的照灯群组功率PIp一般不等于该照灯群组搭配的高温区的高温区功率Pp。这是因为照灯群组不只影响其对应的高温区。此影响作用(即影响矩阵)已配合图5说明于上。就特定的RTP室而言，通常已知影响矩阵，即所有照灯群组的全部功率如何局部辐照特定的高温区。此信息一般可通过经验测试而得到，其中各高温区上的各照灯群组产生的辐射为定量供给RTP室。此测试为描绘RTP室的典型要素且为本领域所熟知。提供影响矩阵和由适应性控制法700之前一步骤计算得到的各高温区的高温区功率Pp，可藉由转换影响矩阵而直接算出RTP室中各照灯群组的照灯群组功率PIp。本发明的方面还包含确定各基板于“作业中(on the fly)”(即RTP早期的非关键性区段)的影响矩阵。这些方面将描述于以下”确定基板光学特性”段落。
在一方面中，照灯群组功率为修正来预估如白热灯等照灯类型固有的瞬时响应。因为白热灯的响应时间可能和一般RTP时段一样，所以照灯群组在时段结束前可能未提供如计算照灯群组功率步骤705求得的照灯群组功率PIp大小的功率。由于方程式(4)的RR假设施加一定的高温区功率Pp，任何照灯瞬时响应将造成照灯群组产生的实际功率小于特定照灯群组的期望照灯群组功率PIp。其绘示于下述图8a。照灯群组的实际功率与期望照灯群组功率PIp间的差异可能导致不正确的功率输入基板，使得基板温度未顺着期望的时间-温度关系曲线变化。
图8a为白热灯的输出功率的曲线图，其为时间的函数800。横坐标代表时间，纵坐标代表白热灯产生的即时功率(P即时)。时间801标示RTP时段811开始，时间802标示RTP时段811结束。RTP时段811可为期0.01秒，此亦为一般尖峰退火处理的时间。在时间801时，照灯产生的功率等于初始照灯功率803。就RTP时段811而言，照灯期望的输出功率等于目标照灯功率804。实际照灯功率绘制成函数800。当施加电压至白热灯丝时，因为灯丝阻抗会随温度变化，所以照灯的输出功率会随灯丝温度增加而改变。一旦灯丝达热平衡，照灯的输出功率仍保持不变。其绘示于图8a。照灯输出功率仅于接近RTP时段811结束时才等于目标照灯功率804，因而施加到基板的总能量小于计算照灯群组功率步骤705所定出的能量。不足的能量以面积区域805表示。斜线区域805表示的不足能量将因照灯响应时间加长、时段缩短、和目标照灯功率804与初始照灯功率803的差异变大而增加。施加对应于超调功率806(参见第8b图)的电压至白热灯可改善此问题。超调功率806经计算来补偿上述图8a的照灯瞬时行为所造成的不足能量。
图8b为白热灯的输出功率的曲线图，且为时间的函数820，其中照灯输出功率被设定成高于目标照灯功率804的超调功率806。函数820表示照灯于RTP时段811期间的实际输出功率。区域807代表函数820表示的实际照灯功率和时间801与时间809间的目标照灯功率804所产生的照灯能量差异；在此例为能量不足。区域808代表实际照灯功率(函数820)和时间809与时间802间的目标照灯功率804所产生的照灯能量差异；在此例为能量过剩。超调功率806被选择成使区域807的面积等于区域808的面积。此表示照灯于RTP时段811期间产生的总能量等于具固定目标照灯功率804输出的照灯(即无瞬时响应的照灯)产生的总能量。各照灯群组于各时段的超调功率806可利用数学判断，例如重复积分计算区域807与区域808的面积。或者，超调功率806可从查表选出，其中特定照灯类型必需的超调功率、时段期间长短、和照灯功率变化已先从照灯的经验测试编译得到。
适应性控制法700的下一步骤为加热基板步骤706，其中各照灯群组产生前一步骤计算出的照灯群组功率PIp，并加热基板。如上所述，接着在热处理之后续各时段中重复上述程序步骤，直到基板获得期望的时间-温度关系曲线。
在一实施例中，适应性控制法700是用于RTP制造工艺的尖峰退火区段的照灯闭环控制，如图1尖峰退火203。在另一实施例中，适应性控制法700是用于RTP制造工艺的尖峰退火203与稳定期间202的照灯闭环控制。在又一实施例中，适应性控制法700是用于尖峰退火203、稳定期间202与初次升温201的较高温区段的照灯闭环控制。
在此所述的适应性控制法的优点之一为，其可使用单一控制器来重复在不同类型且具多样正面发射率的基板上，而进行同样的热处理制造工艺而不需重新调整或修正。另一优点在于，相较于传统基于模型的控制器，适应性控制法较不需密集计算。第三个优点为，除了可处理多种基板外，适应性控制法可提供制造工艺变异较小的RTP制造工艺，尤其是非常短暂的感温制造工艺，如尖峰退火处理。
放入(binned)控制法
在另一方面中，RTP时的照灯功率是使用基于基板的一种或多种光学特性选用于处理基板的固定控制算法控制，光学特性可在处理基板时同步(in-situ)测量。这是指使用一”放入”控制器，其中一些不同的控制算法已依各种基板特性最佳化，并根据基板特性储存或放入系统控制器。例如，表1显示可放入的10种控制算法，其分别依不同的基板正面发射率最佳化。
表1根据正面发射率放入的控制器
  εfs   0.0-0.19   0.20-0.29   0.30-0.39   0.40-0.49   0.50-0.55   0.56-0.59   0.60-0.65   0.66-0.75   0.76-0.85   0.86-1.00
  放入#   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
  控制器   Emis1   Emis2   Emis3   Emis4   Emis5   Emis6   Emis7   Emis8   Emis9   Emis10
表1提及的正面发射率较佳为基板于稳定期间202结束或接近稳定期间202结束(图1)的正面发射率。由于基板发射率通常在550℃(即典型的稳定温度)至1100℃(即典型的尖峰退火温度)间不会剧烈变化，因此稳定期间202结束或附近的基板正面发射率实质上可代表热处理的尖峰退火203区段的正面发射率。表1例示的控制器，例如Emis1、Emis2等，可基于纯理论模拟开发，如合并先前基于模型的控制器的光学模型技术。或者，控制器可基于许多不同类型的基板的系统经验测试、或基于理论仿真和经验测试的组合。
此方法优于先前基于模型的控制器的理由在于，用于特定基板的控制算法可依基板特定的加热特性最佳化，故可更精确预测基板于热处理的各时段的热行为。此外，采用的“放入”控制器比起需大量计算热处理的各时段的方法(如上述图7的适应性控制法700)较不需密集计算。再者，此方法可基于一种或多种定量标准自动选择控制器，因而可精确控制与重复相同的热处理制造工艺来处理各种基板，进而减少制造工艺设备操作员的输入作业量及相关的人为疏失。
可当作用于基板的最佳控制算法选择标准的基板光学特性包括正面发射率、吸收率、和反射率。直接测量或推断这些光学特性以选择处理特定基板的最佳控制器的方法将于以下“确定基板光学特性”段落描述。相较于其它基板光学特性，发射率最适合做为选择标准，因其对基板热行为(即加热特性)的影响最大。在另一实施例中，基板吸收率及/或正面反射率也可纳入选择标准。
在放入控制法的一实施例中，为执行一连串的经验测试，其中上述图7的适应性控制法700是作为热处理各种具不同正面发射率的基板的控制器。就各正面发射率而言，每一基板温度中即时加热速率的斜率m与截距C(参见方程式(4))可加以记录并列成查表。其次，基板可使用图9的简化适应性控制法900处理，其中斜率m与截距C不基于前一时段的基板加热特性计算。各时段的斜率m与截距C反而是从上述通过经验测试建立的查表取得。图9为可用于一放入控制法实施例的简化适应性控制法900的流程图。除了确定即时加热速率步骤902外，简化适应性控制法900的其它步骤实质上皆与上述图7的适应性控制法700的对应步骤相同。在确定即时加热速率的步骤902中，方程式(4)的斜率m与截距C基于基板温度与正面发射率从查表取得。
在放入控制法的另一实施例中，为开发与放入多种版本的现有技术控制器，如基于模型的控制器，其分别用于特定基板光学特性，如正面发射率。例如，基于模型的控制器可微调以控制特定的基板热处理，其中基板的正面发射率落在如0.30-0.39之间的特定范围内。此可藉由微调通常内含于大部分仿真模型程序的经验因子达成。其最佳值可由经验测试确定。藉由微调用于特定基板正面发射率范围的控制器，当处理基板的正面发射率落在特定范围内时，可改善控制器的性能。反之，若基板的正面发射率落在特定范围外，则会大大降低控制器的性能。因此当如藉由使用以下”确定基板光学特性”段落所述的方法得知基板的正面发射率时，可基于表1所列的基板正面发射率采用适当的放入控制器。
组合控制法
在又方面中，公开一组合方法来控制热处理基板时的照灯功率。在此方面中，RTP室中大部分的照灯群组受控于较不需密集计算的控制算法，例如由预设照灯群组功率组成的控制器。较佳是由少数照灯群组构成的其余照灯群组采用较复杂的控制算法，例如适应性控制算法或放入控制算法。此方法包括适应性控制法的优点，即具有较佳的控温精确度和处理各类基板的能力，且不像所有照灯群组皆由适应性控制法控制般需要密集计算。控制算法于各时段需要最少的计算数量有助于避免过度使用系统控制器。因为系统控制器常负责同时监控基板处理系统各处大量的组件与传感器，所以需密集计算的算法可能无法及时进行所有必要的操作，导致处理错误及/或延迟。
在此方面中，大部分输入到基板的辐射能量(例如约90％)乃由需相当少量计算资源的方法控制，且可视为”粗调”基板温度。其余少数输入到基板的辐射能量(例如约10％)是受控于更精确、但需较密集计算的控制算法。此可视为“微调”基板温度，并且即使大部分的照灯群组受控于预设照灯功率，其仍可确保基板经历的时间-温度关系曲线精确顺着期望的时间-温度关系曲线变化。
图10示出照灯群组的配置方式1000，其可用于组合的控制法，其中至少一粗调照灯群组和至少一微调照灯群组施加功率至一高温区。供参考用，示出与配置方式1000相关RTP室的内径501、边环的外径502、和基板的外径503。照灯群组1031-1038利用热处理的各时段的预设输出功率控制。照灯群组1041-1043由上述适应性控制法、放入控制器、或传统基于模型的控制器控制。
在此所述的组合控制法的另一优点为增进照灯群组的信噪比(signal-to-noise ratio)，因而只需略微调整基板温度。一般而言，若由相当大量照灯组成的照灯群组所加热的高温区采用只需略微调整基板温度的控制算法，则通常难以精确控制。这是因高温区所需的增温变化只需略微改变每一照灯的输出功率即可达成，而输出功率变化量可能为照灯输出功率控制的精确度的数量级。以10个照灯组成的照灯群组为例，每一照灯所需的输出功率变化为1瓦。若照灯输出功率控制的精确度亦为1瓦，则因为多数照灯群组无法正确响应如此微小的变化，而不能实现所需的基板温度变化。若单一照灯构成的照灯群组所需的总输出功率相同，则每一照灯的输出功率变化为10瓦。此为照灯输出功率控制的最小精确度的10倍。
确定基板光学特性
如上述，在热处理过程中，知晓如正面发射率、正面反射率、吸收率或宽带透射率等基板光学特性随热处理变化的当前值是有益的。特别是使用不以模型为基础的控温法，例如上述适应性控制法、放入控制法、或组合控制法。本发明的方面预计热扰(thermally perturbing)基板及测量基板后续的增温情形，以推断基板的一种或多种光学特性。在其它方面中，光学特性不需热扰即可直接判断。
基板的正面发射率
就某些热处理制造工艺而言，知晓基板于热处理时的正面发射率是有益的。例如再参照图1，在尖峰退火处理的初次升温201时，精确确定基板正面发射率与透射率可使基板温度的闭环控制早于时间121开始。此可减少初次升温201时基板上不当的热梯度，因而在尖峰退火203前只需较短的稳定期间202。在另一实施例中，紧接着在短暂的处理制造工艺(如尖峰退火203)前来精确测量基板正面发射率有助于温度控制。这是因控制器预测基板未来温度和维持基板正确顺应时间-温度关系曲线的能力与基板的光学特性息息相关。上述放入控制法即为此例。由于如白热灯等标准照灯的响应时间可能比一时段还长(参见图8a及8b)，因此指望响应先前温度误差的方法对如此短期的制造工艺而言可能太慢。相反需要预测基板未来温度的精确方法。在第三实施例中，藉由在热处分的最感温区段前确定基板的正面发射率，可自动选择用于任基板的最佳控制算法。
在一方面中，基板的正面发射率是在如图1的尖峰退火203的热处理感温区段前，藉由施加功率至一个或多个基板区域及测量温度变化而推断出来。在此方面中，基板至少应为约500℃。就如上述图3的处理室300的标准RTP室而言，此方法不需额外的度量衡学，其只需已经说明于此的高温计和光纤探针334。正面发射率可由本方法确定，只要基板实质上在高温计测量波长下为不透光，即透射率等于0。如上所述，以使用白热灯的处理室为例，波长介于约0.2微米至约5微米。一般当尖峰退火203前的稳定期间202的温度例如为约500℃至约700℃时，基板实质上在这些光波长下为不透光。
任何前一时段的输入功率为已知。基板的吸收率已知会随着基板温度变化、输入功率与输入功率持续期间改变。当基板处于热平衡时，发射率定义为等于其吸收率。另外，本领域假设即使在加热与冷却的条件下，基板的发射率实质上等于其吸收率。故基板的正面发射率可直接从基板温度变化判断，只要基板实质上为不透光、和基板正面发射率实质上等于其吸收率的假设正确。当基板十分接近热平衡，即当基板的升温与降温相当缓慢时，后一假设几乎是正确的。在此方面中，输入功率较佳为于基板达热平衡时(例如稳定期间202)施加至基板的或多个区域。并且较佳地，施加至一个或多个高温区的输入功率持续期间比基板的响应时间长。例如，若特定幅度的增强输入功率P1大于维持基板目前温度所需的输入功率，则使基板精确升温所需的时间可为0.1秒。当输出功率的幅度大概等于P1时，施加至基板的增强输入功率持续期间较佳可为0.2秒或以上。如此可确保可测量的基板温度响应，藉以计算出吸收率和发射率。在一实施例中，增强输入功率P1的持续期间是可变的；增强输入功率P1为施加至基板的一个或多个高温区，直到高温区温度增加到期望值。
若有需求，在此方面中亦可确定出基板于热处理的任一时段的正面反射率。因为基板的透射率可假设为实质等于0，所以基板的正面反射率可藉由简化方程式(5)与方程式(5a)来确定：
A+T+R＝1.0            (5)
R＝1.0-A              (5a)
其中：
A＝高温区在0.2微米至5微米的辐射波长下于一时段内的吸收率；
T＝高温区在0.2微米至5微米的辐射波长下于一时段内的透射率；以及
R＝高温区在0.2微米至5微米的辐射波长下于一时段内的正面反射率。
此方法可用于基板温度十分稳定的期间(例如稳定期间202)来确定正面发射率与反射率，和/或其可用于基板温度快速改变时(例如尖峰退火203)来当作实时的发射率/反射率计算。就后者用途而言，其需较快的传感器取样速率(例如达kHz程度)及较高的照灯控制频率。由于白热灯的控制频率为约100Hz，因此需使用另一种照灯。当额外计算各时段的发射率时，其还需要具有适当计算资源的控制器来控制热处理的最敏感的区段。基于这些理由，同步测量正面发射率于尖峰退火处理前的区段(例如稳定期间202)、而非尖峰退火处理期间最有益。因为发射率一般不会对约500℃至约1000℃的基板有显著改变，所以可基于稳定期间202测得的正面发射率与正面反射率来精确控制尖峰退火处理。
在另一方面中，基板的正面发射率是在基板相当低温时，藉由施加波形输入功率(即震荡函数)至一个或多个基板区域而推断出来的。波形输入功率可测量出基板目前的透射率，进而计算出基板的实际温度。基板的吸收率和正面发射率可根据基板升温确定。若有需求，正面反射率接着可依上述方程式(5a)计算得到。
若基板的温度为约500℃或以上，高温计可藉由测量基板背面发射的光线来确定基板的温度。如上述图1所示，常用照灯的辐射光波长实质上可穿透低于约300℃至约400℃的基板。因此在较低温度下，传统高温计除了探测基板背面发射的光线外，还将探测穿透基板的任一照灯发射光线，以致基板的温度测量非常不准确。故没有纳入基板温度反馈以控制热处理的开路控制通常最好用于热处理，直到基板的温度够高且不会透过照灯辐射光。此方面可藉由在如约250℃的低温下确定基板的透射率与正面发射率，而在制造工艺中早得多地使用闭环控制。例如，在尖峰退火处理的初次升温201(图0)时，精确确定基板正面发射率与透射率可使基板温度的闭环控制早于时间121开始。此可减少初次升温201时基板上不当的热梯度，因而在尖峰退火203前只需较短的稳定期间202。
图11为本发明用于此方面的程序1100的流程图。由于基板的正面发射率、尤其是透射率明显随温度变化，因此使用这些光学特性来控制基板温度时，需时常更新光学特性数值。在一实施例中，程序1100持续于热处理基板的整个过程进行。在另一实施例中，程序1100于热处理基板期间周期性进行，例如每秒一次，并藉以更新透射率与正面发射率。再者，此方面可用于整个热处理过程、或只用于热处理的特定区段，例如图1的初次升温201和稳定期间202。因基板透射率在高于700℃时一般为等于0且正面发射率在高于700℃时只随温度略微变化，故此方面最有益于初次升温201和稳定期间202。
再参照图11，第一步骤为施加功率步骤1101，其中施加至基板的功率为震荡函数或波形。震荡函数可为正弦函数、方波、锯齿波、或其它已知幅度与频率的波形。较佳地，震荡函数的频率和幅度为固定不变。更佳地，震荡函数的频率实质上大于基板的热响应时间、但不大于高温计的取样速率。例如施加特定幅度的输入功率P2时，基板升温所需的时间可为0.1秒的数量级。监测基板温度的高温计的取样速率可为0.001秒的数量级。因此，若输入功率的幅度大概等于P2，则震荡输入功率的较佳频率可为0.01秒的数量级。如此，穿透基板的辐射功率比例(即透射率)可藉由比较照灯的输入功率波形的幅度与高温计探测的穿透功率波形的幅度确定。穿透功率波形的幅度正好与基板的透射率成比例。
在一实施例中，进行施加功率步骤1101时，输入功率波形为施加到基板的每一高温区，且各高温区的透射率直接由上述方式确定。在另一实施例中，若欲于每一时段执行较少的计算，则不会确定所有高温区的透射率。基板各处于一时段内的温差通常很小，而不会造成显著的透射率差异，故基板各处的透射率于任一特定时段内可假设为一致。因此透射率仅就基板的单一高温区确定，且假设一高温区的透射率实质上可代表整个基板。在又一实施例中，通过上述施加功率步骤1101可确定出间隔的高温区的透射率，且其间的高温区的透射率可由已测量的高温区内插而得。
下一步骤为计算透射率步骤1102，控制算法计算出高温区于此热处理时段的透射率。本计算基于施加功率步骤1101提供的信息。
下一步骤为计算温度步骤1103，控制算法藉由纳入此时段的基板透射率与照灯的输入功率大小而计算出基板中所有高温区于此时段的实际温度。
下一步骤为计算温度变化步骤1104，控制算法计算出基板的所有高温区在热处理中此时段与前一时段间的温度变化。
下一步骤为计算发射率步骤1105，基板各高温区的正面发射率假设实质上为等于基板吸收率。吸收率已知会随着基板温度变化、输入功率与时段期间长短改变，其如同以上确定较高温的基板的正面发射率所述。
或者，下一步骤为计算反射率步骤1106，正面反射率可依上述方程式(5)与(5a)确定。
此方面可使基板温度的闭环控制在较低温执行，因而提早于热处理制造工艺中使用。其亦只需较短的稳定期间且形成更均匀的基板温度。本方法还可热处理辐射能量不完全穿透的基板，并在整个热处理过程中维持较佳的温度均匀度。传统高温计设备可用来控制本方法。
在另一方面中，处理时的基板正面发射率可基于控制器于热处理前的响应方式而推断出来，以补偿基板的发射率与边环(如第3图的边环331)的发射率间的差异。因为本方法仰赖控制算法长期的平均行为(例如5秒至10秒或更久)，所以本方法最适合紧接在尖峰退火处理或其它感温制造工艺前来确定基板的正面发射率。藉由改变周围照灯群组的输出功率，此方面可搭配能响应“边环作用”(其将配合图3与第图2A-12C说明)的任一闭环控制法使用。可用于此方面的闭环控制法的例子包括在此所述的适应性控制法和放入控制法。
再参照图3，边环331于处理室300进行RTP时支撑基板。边环331通常很薄，以降低其传导热量进出基板接触边环331的区域的能力。但边环331对基板温度的影响不局限于热的传导。每当边环331的发射率不同于基板的正面发射率时，边环331可经由热的传导及/或辐射而做为基板边缘区域的有效热源或散热器。以高反射基板为例，即基板的发射率与吸收率比边环小，因边环吸收辐射的速率比基板快，故边环将当作基板的热源。若高吸收、高发射基板在同一处理室300处理，则情况将相反且边环当作散热器。此作用以下称为“边环作用(edge ringeffect)”，其直接相关于边环的发射率和待处理基板的发射率的差异。
通常当照灯群组的输出功率彼此不相互牵制，即照灯群组为独立个别控制时，照灯群组在特定基板正面发射率下将一贯地显示类似的功率量变分布图(profile)，即已知的照灯曲线。在此的功率量变分布图定义成示出平均照灯功率(即RTP室的各照灯群组中单一照灯的输出功率)的曲线。边环发射率与基板正面发射率的差异驱使类似的功率量变分布图重复显示。例如当基板发射率几乎等于边环发射率时，控制算法所需的单一照灯功率在各照灯群组间非常一致。这是因为边环于RTP时不作为有效热源或散热器。当基板发射率实质上小于边环发射率时，因为边环当作基板边缘的热源，所以外部照灯群组的照灯功率会低于内部照灯群组的照灯功率。反之，当基板发射率实质上大于边环发射率时，因为边环当作基板边缘的散热器，所以外部照灯群组的照灯功率会高于内部照灯群组的照灯功率。这三种情况分别在图12A-12C示出。
图12A-12C为含有8个照灯群组的RTP室(例如处理室300)的功率分布图(power profile)。由于照灯群组一般不会处理同样大小的基板面积，因此各照灯功率用来比较不同的照灯群组，而非各照灯群组的总功率。各照灯群组的照灯功率可为整个RTP制造工艺的平均值、或为RTP制造工艺中某感温区段(如尖峰退火区段)的平均值。
图12A示出一RTP室的功率分布图1200A，其中RTP室处理的基板的正面发射率几乎等于边环的发射率。功率分布图1200A包括照灯功率1211A-1218A，其在RTP制造工艺的尖峰退火区段(如尖峰退火203)用于全体8个照灯群组531-538。各照灯功率1211A-1218A代表尖峰退火203期间的平均输出功率。在一些情况下，因气流与壁面反射的影响，照灯功率1211A-1218A实际上可能彼此不完全相等(如图12A所示的功率)，但仍将表现出实质上无“边环作用”的已知且可再现的分布图。在任一情况下，因为边环不做为有效热源或散热器，所以基板边缘附近的各照灯群组的照灯功率将如图12A所示非常一致。
图12B示出一RTP室的功率分布图1200B，其中RTP室处理的基板的正面发射率小于边环的发射率。功率分布图1200B包括照灯功率1211B-1218B，其用于全体8个照灯群组531-538且分别为RTP制造工艺的尖峰退火区段的平均。因为边环当作一有效热源，所以基板边缘附近的照灯功率将降低。此为RTP室的控制算法如何补偿边环作用的经验指标(empirical indicator)。
图12C图示出一RTP室的功率分布图1200C，其中RTP室处理的基板的正面发射率大于边环的发射率。功率分布图1200C包括照灯功率1211C-1218C，其用于全体8个照灯群组531-538且分别为RTP制造工艺的尖峰退火区段的平均。因为边环当作一有效散热器，所以基板边缘附近的照灯功率高于中央照灯群组的照灯功率。如同图12B，此为RTP室的控制算法如何补偿边环作用的经验指标。
由于功率分布图的行为是可预测且可重复的基板正面发射率函数，因此此信息可用于热处理时同步凭经验推断基板的正面发射率。本发明预计在热处理的早期阶段(如图1中尖峰退火处理的初次升温201)来推断基板的正面发射率。正面发射率的选择是藉由比较测得的基板功率分布图与一连串经验判定的对应不同基板正面发射率的“放入”功率分布图。在本方面的一个实施例中，若测得的功率分布图实质上落在两个放入功率分布图之间，则正面发射率可由内插求得。
本方面可基于经验信息选择热处理的最佳控制器。即控制算法的行为纪录(功率分布图)可基于特定处理室的经验测试数据的修正结果而指出基板的正面发射率。因为功率分布图基于特定处理室中特定基板的热行为，所以不需额外的模型或修正因子即可精确确定正面发射率。并且在热处理各时段不需大量额外的计算来确定正面发射率；功率分布图可直接从纪录数据取得，且可恰在热处理的感温步骤前关联于对应发射率。
基板的透射率
如上所述，一般了解基板于热处理时的透射率是有益的。特别是在低于400℃的较低温时，基板透射率实质上会随温度变化。本发明提出用来计算基板透射率的一种方法已结合图11说明于上。其它两种方法将说明于此，其中基板透射率是在400℃以下确定。
在一方面中，基板各高温区的透射率和其它光学特性利用2-通道高温法(2-channel pyrometry)确定。再参照图3，各光纤探针334的光线分成2个光学路径，其中一路径指向第一高温计，其测量基板背面垂直发射的光线频率，即波长小于硅基板的带隙，例如波长小于约1微米。此高温计可为标准RTP高温计的等效物。第二光学路径的光线指向第二高温计，其测量较长波长的光线且光能量实质上小于典型基板的带隙。
如含有完美硅结晶的典型RTP基板的半导体带隙定义为价电子带顶部与导电带底部的能量差。为使入射光如热能般被半导体吸收，以具足够能量将价电子层(shell)的电子提升到导电壳层，入射光的能量必须大于半导体的带隙。若小于带隙，则入射光具有够短的波长与够大的能量，因此所有的光线将完全被半导体反射或吸收，从而无光线穿透。然而任何材料的带隙皆会随温度变化，即随着材料温度增加，半导体材料将以热能形式吸收较低能量(波长较长)的光线。此外，较高温度时将有更多的电子吸收无最小带隙要求的入射光能量，因此可吸收更大频率的光能量。基于这两种能量吸收机制，典型的RTP基板可于RTP制造工艺之初100％穿透入射照灯辐射而于RTP制造工艺后段透射率为0％。
用于RTP应用的标准高温计测量波长在RTP过程中最关键的处理温度下(即高于约500℃)被完全吸收的光线。波长范围介于约0.2微米至约3微米之间。在如20℃的较低温度下，光波长大于硅结晶的带隙，因此几乎完全穿透基板。上述第二高温计可经过滤以探测波长比第一高温计略长的光线，尤其是在基板温度下接近硅带隙或略大于硅带隙的光线。如此当基板温度增加时，可确定约0.2微米至约3微米范围下的透射率。如上述图11和方程式(5)与(5a)的说明，若已知基板的透射率、一时段内的输入功率、和该时段内的温度增加情形，则接着可计算及/或推断基板的其它光学特性，包括吸收率、正面发射率与正面反射率。
在另一方面中，基板透射率可采用基于温度与基板材料带隙的依赖性的方法确定，其使用光谱仪或穿透式高温计。
在一实施例中，光谱仪可用来分析基板在低于约400℃的热处理时的光谱发射。如砷化铟镓(InGaAs)的二极管光探测器的近红外线光谱仪可用于本方法。再参照图3，光谱仪337可于热处理时光学地附加至一个或多个位于基板背面的光纤探针334。就特定频带(bandpath)，即波长介于两个选择波长之间的光谱而言，于约100℃以下的低温穿透基板的能量光谱图可由光谱仪测量与记录。当基板温度增加且其透射率改变时，选定频带内的基板发射的第二光谱图可由光谱仪测量。藉由分析两个光谱图的差异，可基于基板吸收的总能量来确定出基板于目前温度的透射率。光谱分析用的频带可包括约1.0微米至约1.5微米范围的波长、或约900奈米至约2.2微米范围的波长。在一些情况下，光谱分析用的频带包括约0.2微米至约3.0微米范围的波长。如上述图11和方程式(5)与(5a)的说明，若已知基板的透射率、一时段内的输入功率、和该时段内的温度增加情形，则接着可计算及/或推断基板的其它光学特性。当基板低于约400℃时利用可靠方法来测量基板温度，闭环控制可提早用于热处理制造工艺以控制基板加热。此可减少开路控制在基板上造成的热梯度，因而缩短尖峰退火前所需的热稳定时间，并于闭环控制前防止基板明显变形。
在一情况下，基板发射的光谱分析和透射率的判定是在低于约500℃的热处理的各时段中用于基板各高温区。在另一情况下，光谱分析和透射率判定仅用于单一高温区，而假设其余区域皆具有几乎相同的透射率。在又一情况下，光谱分析用于间隔的高温区，且其余高温区的透射率由相邻高温区内插而得。
在较低温度下确定透射率的另一实施例中，可使用熟知的近乎室温高温法(ART)，其中基板温度可基于温度与基板材料带隙的依赖性推断。
ART使用一个或多个穿透高温计，以基于基板的透射率来推断基板于500℃以下的低温处理时的温度。穿透高温计探测辐射加热照灯经硅基板过滤时的光学辐射。部分波段的硅吸收率(硅透射率)与基板温度息息相关。基板的穿透高温计的信号输出在不同温度与照灯输出功率下的修正量可基于基板处理前的经验测试推断。一旦定量此修正量，即可从高温计输出信号、或光电流、与照灯输出功率推断出低温处理的任一时间的基板温度。
若已知辐射加热照灯的辐射功率或其它电性、基板温度与穿透高温计的光电流间的大体关系，则可采用穿透高温计。在编译光电流、基板温度与照灯输出功率间的特性关系的方法中，二维表可通过经验测试而填入未标准化(即未校正)的光电流，其为基板与照灯温度的函数。列表数据可建立基线条件(baseline condition)下穿透高温计的光电流与照灯电流和基板温度的依赖性。建立所需照灯与基板特性的方式有许多种。现已可测量用于大量照灯电流组合的高温计光电流和基板温度、及可测量基板厚度，并利用这些实验值关联光电流和基板温度。一般而言，将定标因子(scaling factor)(称为标准化(normalizing)因子)应用到各处理基板的列表实验数据较佳，以描述基板光学特性变化及改变处理室条件，如不同的照灯等。定标因子或标准化因子在校准步骤中确定，其将结合图12E说明于下。其后当处理基板时，开始测量已知基板温度下的光电流可使列表数据以用于特定待处理基板的适当标准化因子进行缩放。开始测量基板可于热处理之初且于加热基板前进行。在后续热处理基板的过程中，当高温计光电流是在已知照灯温度或阻抗下测量时，可查阅经标准化的列表以得到对应的基板温度。
穿透高温计的过滤器和光探测器一同提供，在200℃至450℃或100℃至250℃的基板温度下对于吸收波段敏感的光谱响应。因为硅在从室温到350℃的温度下的吸收波段介于约1微米至约1.2微米之间，所以在此所用的特定光探测器可为约350℃以下使用的硅光探测器；硅光探测器对于波长大于约1.1微米的辐射较不灵敏。当温度高于约350℃时，吸收边缘超过硅光探测器的探测极限，以致无法立即探测吸收边缘波长的增加量。以较高基板温度操作时，预期使用对较长波长敏感的光探测器。此类探测器的一个示例为InGaAs二极管光探测器，其探测频带为约0.9微米至约1.7微米。
操作ART的温度分布方式将参照图12D说明。线1226表示在一照灯电流设定下穿透高温计的总光电流随基板温度的变化情形。温度较低时，总光电流主要是由加热照灯的光子通量引起且流过基板的光电流1228。然而如线1230所示，仍有如杂散辐射(stray radiation)和暖处理室零件等固定的背景辐射。温度较高时，如线1232所示，基板本身的黑体辐射会增强。照灯与基板的黑体辐射影响在约400℃相交，此温度接近辐射高温计开始作用的较低范围。
用于控制加热基板的基本算法在图12E的流程图中示出。在步骤1236中，将已知温度的基板插入RTP室；在步骤1238中，将照灯打开至设定的低电流，例如约为最大照灯电流的20％。在步骤1240中，在照灯辐射有效加热基板前，测量穿透高温计的光电流。完成此测量的方法是利用已知的照灯电流与基板温度，并使用适合的定标因子来适当标准化/修正已知的特性。在步骤1242中，使用校正步骤确定的定标因子来标准化已知、但未标准化的光电流相对照灯与基板的特性。在步骤1244中，照灯电流至少上升至初始预热值。在步骤1246中，测量用于同一基板和上升照灯电流的穿透高温计的光电流。在步骤1248中，基板温度可藉由比较测量的光电流和照灯功率、与适当标准化的随基板与照灯温度变化的光电流列表数据确定。重复步骤1246及步骤1248，直到步骤1250判定已达最终预热基板温度。
可用于本发明部分结构的ART方法和设备的更详细说明可参见美国专利申请No.10/974,003[9376]、名称“用于热处理硅晶片的低温高温法的方法及设备(Method and Apparatus for Low TemperaturePyrometry Useful for Thermally Processing Silicon Wafers)”、申请日为2004年10月26日的申请案，其一并附上以供参考。
本发明的方面可采用相同的控制算法将控制良好的热处理制造工艺应用到各种基板。虽然不同的基板类型在低温时可能具有不同的带隙与透射率，但本方面通过提早引用闭环控制而不需定制不同的控制器供经相同热处理的各种基板使用。并且因为各基板类型是在不同的温度下从部分透明转变成完全不透明，所以开路控制的使用需要更长的稳定时间。在热处理过程中提早使用闭环控制，可改善温度的均匀度及减少热处理的总体时间。在一实施例中，前述适应性控制法或放入控制法可用于本方面。再者，本方面可在如低于400℃的较低温度下可靠且重复热处理基板。
除可确定400℃以下的基板温度和在此温度下的闭环控制外，本发明在相当低温下确定基板透射率的方面还可用于基板处理时来定量照灯群组的影响矩阵。此可发生在热处理过程中相当早的阶段，例如上述图1及2的初次升温201期间。基板温度在此热处理区段并非持续升温，其部分时段反而可在短时间内专注于相继循环各照灯群组。由于已知基板各高温区的实际温度且亦已知输入功率的大小与持续时间，因此可在热处理早期定量各照灯群组对所有高温区的影响比例。精确定量的影响矩阵有益于本发明的其它方面，例如结合图7说明于上的适应性控制法。
基板的正面反射率
在一些情况下，知晓基板于热处理时的正面反射率是有益的。例如取代假设基板的吸收率几乎等于正面发射率，且已知正面反射率时，基板的吸收率可直接从方程式(5a)解出。因为基板的正面反射率和吸收率大大地影响基板于热处理时的热行为，所以这些光学特性的准确值可做为先前最佳化的控制算法或上述表1的算法的选择标准。本发明用于计算基板正面反射率的某些方法已结合图11图及方程式(5a)说明于上。
在此公开的另一方法是藉由测量自基板正面反射且已知幅度的信号来计算基板的正面反射率。藉由测量反射信号的幅度及比较此幅度与照灯输入信号的幅度，可确定出正面反射率。较佳地，输入信号为固定频率的震荡函数，例如正弦函数、方波、锯齿波、或其它波形。在一实施例中，波形可采用现有的A/C涟波信号，其通常伴随白热灯出现。在任一情况下，本方法概念上非常类似上述图11的推断正面发射率的方法。
自基板正面反射的辐射能量利用设于处理室300的照灯组件310中的传感器350同步测量(参见图3)。在一实施例中，传感器350为标准高温计。在另一实施例中，多个高温计安装于处理室300的照灯组件310，以从多处基板区域(如各高温区)测量辐射能量。
在一示例中，本方法可用于热处理基板的整个过程，以更新正面反射率。在另一实施例中，本方法可于热处理基板期间周期性地进行，例如每秒一次，并藉以更新吸收率。在又一实施例中，本方法可只用于热处理的特定区段，例如图1的初次升温201和稳定时段202。
在另一方面中，基板的正面反射率可利用设于处理室300的照灯组件310中的传感器350直接且同步测量(参见图3)。在此方面中，传感器350为反射计。无论是在热处理前或整个热处理过程，直接测量基板反射率的方法所需的计算量比非直接测量方法少，其中正面反射率由数学推断。此信息可用于修改照灯输出功率，使基板温度精确地顺着期望的时间-温度关系曲线变化。
基板温度的均匀度
本发明还提出改善先前技术中RTP温度不均匀的方法及设备。如上所述述，在热处理过程中，基板所有区域的温度分布均匀是很重要的。在一实施例中，以基板正面发射率为基础的预定方式(如由上述方法之一同步确定的方式)来定标所有照灯群组的输出功率，可于RTP时均匀加热基板。在另一实施例中，通过直接控制边环温度来降低边环作用，可改善基板温度的均匀度。在又一实施例中，照灯群组为重新配置成与基板正面发射率有关。在再一实施例中，至少一照灯群组是由放射状、非对称的照灯构成，以处理RTP时基板上非放射状温度的不均匀度。
在一实施例中，以基板正面发射率为基础的预定方式来定标所有照灯群组彼此相对的输出功率，可改善边环作用对温度均匀度的影响。如上述图12A-12C的说明，RTP室于特定制造工艺的功率分布图是可预测且可重复的基板正面发射率函数。若已知基板的发射率，则处理室各照灯群组的照灯功率可定标以匹配已知的功率分布图，进而减少期望基板和制造工艺的温度不均匀度。以处理正面发射率比边环正面发射率小的基板为例，如图12B所示，基板边缘附近的照灯群组的照灯功率将较低。
各照灯群组的照灯功率的相对定标可纯粹为经验函数、或可为理想的功率分布图，其中照灯群组的功率分布图依数学式变化，如线性、抛物线或指数函数。
图13为利用照灯功率定标法于RTP时改善基板温度均匀度的程序1300的流程图。程序1300将各照灯群组的照灯功率的相对定标限定于已知的功率分布图，以减少温度的不均匀度。
首先，进行初次确定发射率步骤1320，其中基板的正面发射是同步使用“确定基板光学特性”段落所述的方法来确定。或者，基板的正面发射率可于RTP处理室外确定。较佳地，初次确定发射率步骤1320为同步进行；且更佳地，步骤1320在相当接近RTP制造工艺的感温区段的起始温度下进行。因为发射率为基板温度的函数，所以在感温区段前测量发射率是最精确的。以尖峰退火处理为例，当基板加热至1200℃时，较佳是在稳定步骤期间确定正面发射率，此时基板维持在约500℃至约700℃之间。室温预估基板发射率将不十分精确。精确测量正面发射率可选出最适合热处理制造工艺的照灯功率分布图。
确定发射率步骤1320完成后为选择适合的照灯功率分布图步骤1325，其中选择方式基于测量或推断的基板正面发射率。
接着是测量各高温区的温度步骤1301。此步骤将于快速热处理的每一时段进行。
其次进行确定功率步骤1302，其中控制算法计算出各高温区达到或维持下一时段的温度所需的功率。在此步骤中，多个算法可执行此计算，包括如内含在传统基于模型的控制器的基板能量传递模型。在一较佳实施例中，适应性控制算法部分的即时加热速率可用来确定各高温区所需的功率。
然后是确定功率步骤1303，其中控制算法计算出整个基板所需的总功率，即所有高温区所需功率的总和。
下一步骤是确定照灯群组功率步骤1304，其中控制算法计算出下一时段中各照灯群组的适当输出功率。此计算是基于选择的照灯功率分布图和确定功率步骤1303计算得到的整个基板所需的总功率。
接着在下一时段进行加热基板步骤1305。
在一方面中，本方法接着于下一时段返回测量各高温区的温度步骤1301，并重复上述步骤直到完成热处理基板。或者在另一方面中，基板正面发射率可于各时段结束重新计算。此发生在确定发射率步骤1330期间。在此方面中，在选择适合的照灯功率分布图步骤1325期间，新的功率分布图被选用于各时段。因为基板发射率为基板温度的函数，所以当基板发射率于RTP过程改变时，本方面可更新每一时段的发射率及选择最佳的照灯功率分布图。
本方法的优点之一在于，其比纯基于模型的控制算法需要更少的密集计算，特别是其不需转换用于确定各照灯群组于特定时段的相对输出功率的影响矩阵。非但不计算每一照灯群组对各高温区的影响，相反基于经验确定的照灯功率曲线来定标各照灯群组的相对照灯功率，以维持基板温度的均匀度。
另外，本方法不响应热处理过程测得的基板上的温度不均匀度。相反定标各照灯群组间的照灯功率，以在发生温度不均前补偿边环作用，进而改善整体基板温度的均匀度。
在另一实施例中，通过直接控制边环于RTP时的温度来降低边环对基板的影响，可改善基板温度的均匀度。再参照图3及4，其显示在处理室300进行热处理的过程中，所有光纤探针334都指向基板底部不同的放射位置。藉此可测量及控制基板同心区域的温度。因为已知边环对基板温度的均匀度有显著的影响，所以此影响可藉由使边环温度更接近基板最外侧的高温区温度而减少。若增设指向边环331底部的光纤探针334a，则边环实质上可如同一附加的高温区般加以处理。藉由控制此外部高温区(即边环)的温度，可大幅降低边环对基板的热影响，即使是边环的发射率实质上不同于基板的正面发射率。在一方面中，当一个或多个外部照灯群组对应于光纤探针334a相关的高温计时，照灯群组可当作边环专用的加热源。
在又一实施例中，照灯群组被重新配置成与基板正面发射率有关，以最适当地独立控制边环的温度。若例如由上述方法得知基板的正面发射率，则对应于高温计的照灯群组可重新配置，以提供边环相对于基板最外侧高温区的最佳输入功率。例如参照图4及5，就较黑的高发射基板而言，可安排照灯群组使照灯群组535对应于高温区405，而照灯群组536-538对应于高温区406。因边环作用之故，就高反射基板而言，较佳为重新配置外部照灯群组，使照灯群组535、536对应于高温区405，而照灯群组537、538对应于高温区406。
在再一实施例中，至少一照灯群组是由放射状、非对称的照灯构成，以处理RTP时基板上非放射状温度的不均匀度。基板上最大的温度不均匀度通常呈放射状，例如基板边缘附近可能比基板其它区域冷的环形区域。图14为基板1500的平面图，具有环形区1501、中心点1502与非放射对称于中心点1502的区域1503。在此实施例中，环形区1501对应基板1500的区域一般比基板1500的其它区域热或冷。藉由提高或降低此区域相对基板其它区域的输入功率可有效消除环形区1501的温度不均匀度。因此，RTP室的照灯群组可排列成如图5及10所示的实质同心区域。如此藉由提高或降低对应此照灯群组的区域的输入功率，可直接修正如环形区1501的基板环形区域的温度。
但同心照灯群组不能补偿本质非放射状的温度不均匀度，例如基板1500的区域1503的温度不均匀度。反之，一个或多个照灯群组可以非同心方式配置，如图15所示的照灯蜂巢阵列1600。在一方面中，非同心的照灯群组可由如放射线状的照灯群组1601构成。在另一方面中，非同心的照灯群组可由两个或多个分散且一起形成放射线的照灯群组构成，如照灯群组1602与照灯群组1603的组合。在又一方面中，可采用如照灯群组1604的楔形照灯群组，以对各同心高温区产生等量的作用。在再一方面中，非同心的照灯群组可包括照灯群组1605的组合物，其中一个或多个照灯群组为如照灯群组1605a构成的放射线状群组、且一个或多个照灯群组为如照灯群组1605b构成的楔形群组。也可采用非同心照灯群组的其它配置方式。
结合上述图15的照灯群组配置方式后，当基板1500每次旋转时，区域1503可按需接收比基板1500的其它区域多或少的功率，使区域1503达到基板1500的其它区域的热平衡状态。
除了如照灯群组1602与1603的非同心照灯群组外，控制算法需有效缓和基板上从一侧到另一侧的温度不均匀度。控制算法一般应同步分配至各照灯群组相应基板旋转的功率。在一方面中，上述适应性控制算法可设定如高温区的基板环形区域的功率。第二“旋转算法”接着可用来不对称划分基板旋转过程所需的平均功率，以减少高温区中一侧到另一侧的温度不均匀度。
虽然包含本发明的教示内容的数个较佳实施例已详细公开如上，但本领域技术人员可作出包含本发明教示内容的多种其它不同实施例。
尽管前面内容涉及本发明的实施例，但在不脱离本发明的基本精神的情况下，可设计其它和进一步的实施例，且本发明的范围由所附权利要求所确定。

Claims (33)

1.一种在一时间间隔期间控制位于处理室中的基板的温度的方法，其中所述基板包括至少一区域，所述方法至少包括：
在所述时间间隔前，测量所述基板的各区域的温度；
基于各区域于至少一先前时间间隔中的热行为来计算各区域在所述时间间隔时的即时加热速率；
基于所述即时加热速率来确定各区域的输入功率，使各区域在所述时间间隔结束时达到期望温度；以及
将用于各区域的所述输入功率施加至各对应的区域。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板的温度低于约500℃，且测量各区域的温度的过程包括：
确定所述基板的透射率；以及
利用高温计藉由因子分析穿透所述基板的能量来测量各区域的温度。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述基板的所述透射率的步骤包含使用光谱仪来确定所述基板的至少一区域的透射率。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基板的温度低于约500℃，且测量各区域的温度的步骤包括使用近室温高温测定法。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述基板的所述透射率的步骤包括：
捕获自至少一区域的背面发射的光线；
将从各区域捕获的光线分成第一光学路径与第二光学路径；
引导所述第一光学路径的光线至第一高温计，其中所述第一高温计经过滤以探测第一频带的光线；
引导所述第二光学路径的光线至第二高温计，其中所述第二高温计经过滤以探测第二频带的光线，且其中所述第二频带包括频率比所述第一频带要长的光线；以及
比较所述第一高温计与所述第二高温计所探测的总能量。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述基板的所述透射率的步骤包括：
施加功率输入波形到至少一区域，其中所述功率输入波形具有第一幅度；
测量功率波形，所述功率波形对应于穿透所述至少一区域的能量以及从所述至少一区域背面发射的能量的总和，且所述功率波形具有第二幅度；以及
比较所述第一幅度与所述第二幅度。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算各区域的所述即时加热速率的步骤进一步包括：
计算在第一时间间隔期间由第一输入功率所造成的所述区域的第一升温速率；
计算在第二时间间隔期间由第二输入功率所造成的所述区域的第二升温速率；
假设所述区域的所述即时加热速率为时间的线性函数且与输入功率成比例，其中所述线性函数包括固定斜率与固定截距；以及
利用所述第一升温速率、所述第二升温速率、所述第一输入功率和所述第二输入功率来解出新斜率值与新截距值。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：
利用斜率值，所述斜率值为所述新斜率值与先前斜率值的加权平均；以及
利用截距值，所述截距值为所述新截距值与先前截距值的加权平均。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述加权平均为指数的时间加权平均。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一区域包括多个实质同心的区域，各区域实质上由产生输出功率的对应加热源加热。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括基于各区域的所述输入功率与影响矩阵来计算各加热源的所述输出功率。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述影响矩阵在所述处理室中测定。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，各加热源为照灯群组，且其中计算各加热源的所述输出功率的步骤进一步包括将超调功率纳入各照灯群组的所述输出功率，以补偿照灯瞬时响应。
14.一种在热处理过程期间处理基板的方法，所述方法至少包括：
确定所述基板在所述热处理期间的光学特性值；
基于所述光学特性值选择放入控制算法；以及
利用所述放入控制算法控制所述基板在所述热处理过程的第一区段的温度。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述光学特性选自由正面发射率、正面反射率和吸收率所构成的群组。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，确定所述光学特性的步骤进一步包括：
测量所述基板的区域的温度；
在一时间增量中，施加输入功率至所述区域的正面；
在所述时间增量之后，再次测量所述区域的温度；以及
基于所述时间增量期间的温度增加量来推断所述基板的正面发射率。
17.如权利要求16所述的方法，进一步包括基于所述正面发射率来推断正面反射率。
18.如权利要求16所述的方法，进一步包括在测量所述基板的所述区域的温度之前，维持所述基板实质上处于热平衡状态。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，确定所述光学特性的步骤进一步包括：
确定所述基板的透射率；
利用高温计藉由因子分析穿透所述基板的能量来测量所述基板的温度；以及
基于所述基板的温度增加量来推断所述基板的正面发射率。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括基于所述正面发射率来推断正面反射率。
21.如权利要求19所述的方法，其特征在于，确定所述基板的所述透射率的步骤包含使用光谱仪来确定所述基板的至少一区域的透射率。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，确定所述基板的所述透射率的步骤包含使用近室温高温测定法。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，确定所述基板的所述透射率的步骤包含：
捕获自所述基板的背面发射的光线；
将所捕获的光线分成第一光学路径与第二光学路径；
引导所述第一光学路径的光线至第一高温计，其中所述第一高温计经过滤以探测第一频带的光线；
引导所述第二光学路径的光线至第二高温计，其中所述第二高温计经过滤以探测第二频带的光线，且其中所述第二频带包括频率比所述第一频带要长的光线；以及
比较所述第一高温计与所述第二高温计所探测的总能量。
24.如权利要求19所述的方法，其特征在于，确定所述基板的所述透射率的步骤包括：
施加功率输入波形到所述基板，其中所述功率输入波形具有第一幅度；
测量功率波形，所述功率波形对应于穿透所述基板的能量以及从所述基板背面发射的能量的总和，且所述功率波形具有第二幅度；以及
比较所述第一幅度与所述第二幅度。
25.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述光学特性包括正面发射率，且确定所述光学特性值的步骤包括：
在所述热处理过程的较早区段利用闭环控制算法来控制所述基板的温度；以及
基于所述热处理过程的所述较早区段展现的功率分布图来推断所述正面发射率。
26.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述基板包括至少一区域，且其中所述方法进一步包括：
在所述热处理过程的第二区段利用一方法来控制所述基板的温度，且所述方法包括：
在时间间隔之前测量所述基板的各区域的温度，其中所述时间间隔发生在所述热处理过程的所述第二区段期间；
基于各区域在至少一先前时间间隔中的热行为来计算各区域在所述时间间隔中的即时加热速率；
基于所述即时加热速率来确定各区域的输入功率，使各区域在所述时间间隔结束时达到期望温度；以及
将各区域的所述输入功率施加至各个对应区域。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于：
所述热处理过程的所述第二区段早于所述热处理过程的所述第一区段；以及
确定所述基板在所述热处理期间的所述光学特性值在所述热处理的所述第二区段期间进行。
28.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述基板包括至少一区域，且其中所述放入控制算法包括：
在一时间间隔之前测量所述基板的各区域的温度，其中所述时间间隔发生在所述热处理期间；
基于各区域在至少一先前时间间隔中的热行为来计算各区域在所述时间间隔中的即时加热速率；
基于所述即时加热速率来确定各区域的输入功率，使各区域在所述时间间隔结束时达到期望温度；以及
将各区域的所述输入功率施加至各个对应的区域。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，计算各区域的所述即时加热速率的步骤进一步包括：
计算在第一时间间隔期间由第一输入功率所造成的所述区域的第一升温速率；
计算在第二时间间隔期间由第二输入功率所造成的所述区域的第二升温速率；
假设所述区域的所述即时加热速率为时间的线性函数且与输入功率成比例，其中所述线性函数包括固定斜率与固定截距；以及
利用所述第一升温速率、所述第二升温速率、所述第一输入功率和所述第二输入功率来解出新斜率值与新截距值；
利用斜率值，所述斜率值为所述新斜率值与第一数量的先前斜率值的加权平均；以及
利用截距值，所述截距值为所述新截距值与第二数量的先前截距值的加权平均。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述第一数量与所述第二数量基于所述光学特性值。
31.一种在热处理期间处理位于处理室内的基板的方法，其中所述处理室包含第一照灯群组与至少一附加照灯群组，所述方法至少包括：
确定所述基板在所述热处理过程中的光学特性值；
基于所述光学特性值来选择放入控制算法；以及
控制所述基板在所述热处理的一部分中的温度，其中控制温度的方法包括：
使用开路控制来控制所述第一照灯群组的输出功率；以及
使用所述放入控制算法控制所述至少一附加照灯群组的输出功率。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述第一照灯群组包含所述处理室中所有照灯数量的一半以上。
33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述光学特性选自由正面发射率、正面反射率、和吸收率所构成的群组。
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