CN101702950B - 辐照脉冲热处理方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种对工件进行热处理的方法，包括生成入射到工件的目标表面区域上的辐照脉冲的初始加热部分和后续维持部分。初始加热部分和后续维持部分的组合持续时间少于工件的热传导时间。初始加热部分将目标表面区域加热至期望温度，而后续维持部分将目标表面区域保持在自期望温度起的期望范围内。另一种方法包括：生成辐照脉冲的该初始加热部分和后续维持部分，对指示辐照脉冲期间期望热过程的当前完成量的至少一个参数进行监视，并响应于该至少一个参数与预期值之间的偏差而修正辐照脉冲。

Description

辐照脉冲热处理方法和设备

对相关申请的交叉引用

本申请要求了2007年5月1日提交的美国临时申请序列号60/924,115的优先权，通过引用将该美国申请合并于此。

技术领域

本发明涉及对例如半导体晶片等工件进行热处理的方法和系统。

背景技术

许多应用涉及对工件进行热处理。例如，在制造微处理器和其它计算机芯片等半导体芯片时，硅晶片等半导体晶片经受离子植入过程，离子植入过程将杂质原子或掺杂剂引入晶片的器件侧的表面区域中。离子植入过程破坏晶片的表面区域的晶格结构，并将植入的掺杂剂原子留置在间隙位置，其中植入的掺杂剂原子在间隙位置是电非激活的。为了将掺杂剂原子移入晶格中的替代位置以使得其电激活并修补在离子植入期间发生的对晶格结构的破坏，有必要通过将晶片的器件侧的表面区域加热至高温来对其进行退火。

然而，使用现有技术，对器件侧进行退火所需的高温也倾向于产生非期望的效应。例如，在高温下，掺杂剂原子向硅晶片内较深地扩散倾向于以高得多的速率发生，其中大部分扩散发生在激活掺杂剂所需的高退火温度附近。几十年前，扩散不是大的障碍，那时占主导地位的较大且厚的器件尺寸可以这样来制造：简单地将整个晶片等温地加热至退火温度，然后将其保持在退火温度一段较长的时间，例如几分钟或甚至几小时。

然而，鉴于稳定增长的对更高性能和更小器件尺寸的需求，现在有必要制造越来越浅且陡峭的结。结果，过去会被认为可忽略甚至目前仍可容忍的扩散深度在接下来数年或之后将不再是可容忍的。

考虑到以上困难，共有美国专利6,594,446、6,941,063和6,936,692(通过引用将它们合并于此)公开了对半导体晶片进行退火的各种方法，例如闪光辅助快速热处理(fRTP^TM)循环。fRTP^TM循环的一个例子可涉及以比通过晶片的热传导速率慢的升温速率将整个晶片预热至中间温度，然后以比热传导速率快得多的速率加热晶片的器件侧，这可以通过将器件侧暴露于辐照闪光来实现。作为一个说明性例子，通过用弧光灯辐照衬底侧从而以例如每秒150℃的速率加热整个晶片，可以将晶片预热至例如600℃的中间温度。然后，可以将器件侧暴露于来自闪光灯的高强度闪光比如1毫秒闪光，以仅将器件侧加热至例如1300℃的退火温度。由于在闪光期间器件侧的快的加热速率(超过10⁵℃/秒)，晶片本体仍处于中间温度并担当在闪光后冷却器件侧的热沉。这样的过程可实现期望的退火温度，同时有利地最小化在中间温度以上的停留时间，由此控制掺杂剂扩散。调整中间温度可改变扩散量，而改变峰值温度可控制例如激活。

共有美国专利申请公布号US2005/0063453_[SJF1]、US2006/0096677_[SJF2]和US2007/0069161_[SJF3](通过引用将它们合并于此)公开了对这样的过程的各种改进，尤其包括在辐照闪光的初始部分期间对器件侧进行实时温度测量以及基于测得的温度对辐照闪光的剩余部分进行实时反馈控制。

发明内容

本发明人认识到，实现了更大量的期望高温过程反应(例如掺杂剂激活)的改进过程将产生改进的产品。然而，同时，增加期望高温过程反应的愿望必须与最小化或控制其它不太期望或非期望的过程的愿望相平衡，以便实现具有越来越浅且陡峭的结的越来越小的器件。

一般而言，这样的高温过程的结果(即，已发生的期望反应的量)将取决于温度和时间二者，所以较高温度下的较短时间可与较低温度下的较长时间产生相同的结果。因此，一般而言，可以通过提高温度和/或增加热循环的持续时间来增加期望反应的量。

然而，对于某些应用，也许不能简单地提高反应温度。例如，当对半导体晶片的器件侧进行退火时，通常不希望或不允许熔化器件侧。因此，晶片的熔点(在大气压下对于硅约为1414℃)施加了最大过程温度。器件的其它组件在低于熔点的温度下将遭受损坏。结果，将过程温度提高到现有退火温度(通常约1050℃至约1350℃)以上的能力受到固有的限制。

相反，本发明人断定，对于某些应用，简单地增加热循环的持续时间也可能是不利的。例如，在半导体晶片的闪光辅助快速热处理(fRTP^TM)中，热循环的相关部分的持续时间可通过伸长或扩展辐照闪光的时间脉冲宽度(即持续时间)来增加。这可例如这样来实现：增大闪光灯用来放电的电路径的电感和/或电容从而使得脉冲更缓慢地上升和下降，并与之相称地增大用来生成闪光的存储电荷(由于对于给定的峰值温度，脉冲总能量大致与放电时间的平方根成比例，所以脉冲宽度的每次加倍将需要增加约40％的存储能量以实现相同的峰值温度或幅度)。然而，不利的是，以这种方式扩展闪光的持续时间不仅允许在更长的闪光自身期间发生更大的非期望扩散，而且还供给晶片更多的热能并允许花费更多的时间来使该增加的热能传导入晶片本体，从而升高晶片的本体温度。因此，当闪光结束时，经闪光加热的器件侧与晶片本体之间的温度差减小，从而导致器件侧在闪光后冷却地缓慢。这一减速的冷却和升高的本体温度允许发生进一步的非希望的掺杂剂扩散。当脉冲宽度被扩展从而接近晶片的热传导时间时，过程(期望的和非期望的过程)的结果倾向于接近其中晶片在所有时间都保持在均一温度的更常规的等温过程的结果，从而达不到闪光辅助RTP的目的而产生非期望的深度和弥漫度的掺杂剂扩散。另外，脉冲宽度的这种时间伸长倾向于显著缩短闪光灯的电极的工作寿命，并且还可造成例如高功率水墙闪光灯的过早自熄灭等其它问题。

为了解决这些问题，根据本发明的一个说明性实施例，提供了一种对工件进行热处理的方法。该方法包括：生成入射到工件的目标表面区域上的辐照脉冲的初始加热部分和后续维持部分。初始加热部分和后续维持部分的组合持续时间少于工件的热传导时间。初始加热部分将目标表面区域加热至期望温度，而后续维持部分将目标表面区域保持在自期望温度起的期望范围内。工件可包括半导体晶片。

因此，与简单地伸长常规辐照脉冲不同，提供了一种新颖的脉冲形状，其中将目标表面区域加热至期望温度的初始加热部分后接将目标表面区域保持在自期望温度起的期望范围内的后续维持部分，并且其中初始和后续部分的组合持续时间少于工件的热传导时间。有利地，这种脉冲可显著地增加目标表面区域在自期望温度起的小于50℃的期望范围内的停留时间，从而与之相称和显著地增加高温过程反应(如掺杂剂激活)的期望量，而不显著增加脉冲的总能量或总持续时间(10％至10％)。结果，工件的平均本体温度仍然较冷且加热了的表面因此较快地冷却，从而与简单地伸长常规脉冲的持续时间来实现期望的过程反应相比最小化了非期望的反应(如掺杂剂扩散)。而且，与时间上伸长的常规脉冲形状相比，这种新颖的脉冲形状需要明显更少的能量来生成，因为该脉冲中的能量与脉冲持续时间的平方根成比例地增加。

初始加热部分和后续维持部分可以是非对称的。

维持部分可向目标表面区域递送足以对从目标表面区域到工件体内的热传导进行补偿的功率。

维持部分还可进一步向目标表面区域递送足以对通过目标表面区域与其环境之间的热辐射和传导而进行的热交换进行补偿的功率。

维持部分可以以例如至少1×10²W/cm²的速率向目标表面区域递送功率。

期望范围可以是自期望温度起的约5×10²℃内。例如，期望范围可以是自期望温度起的约1×10¹℃内。作为一个更具体的例子，期望范围可以是自期望温度起的约3℃内。

组合持续时间可使得辐照脉冲的半高全宽(FWHM)小于工件的热传导时间的一半。例如，FWHM可以是约2ms。

组合持续时间可使得辐照脉冲的四分之一高全宽(FWQM)小于工件的热传导时间的一半。例如，FWQM可以是约3ms。

可替选地，组合持续时间可使得辐照脉冲的四分之一高全宽(FWQM)大于工件的热传导时间的一半。例如，FWQM可以是约1×10^-2s。

目标表面区域可包括半导体晶片的器件侧，且所述生成可包括使用多个闪光灯生成辐照脉冲。

所述生成可包括：在辐照脉冲开始时间点亮多个闪光灯中的至少一个，随后点亮多个闪光灯中的至少另一个。例如，所述生成可包括在辐照脉冲开始时间同时点亮多个闪光灯中的至少两个。

作为又一个例子，所述随后点亮可包括：随后在辐照脉冲开始时间后的第一时间间隔处点亮多个闪光灯中的至少第一另一个，并随后在辐照脉冲开始时间后的第二时间间隔处点亮多个闪光灯中的至少第二另一个。例如，第一和第二时间间隔可分别是在辐照脉冲开始时间后的约1毫秒和约2毫秒。更具体地，第一和第二时间间隔可分别是在辐照脉冲开始时间后的约0.8毫秒和约1.8毫秒。

可替选地，目标表面区域可包括半导体晶片的器件侧的区域片段，且生成辐照脉冲可包括使具有非对称空间轮廓的激光束在少于工件的热传导时间的时间内扫过该区域片段。

因此，在该实施例中，生成初始加热部分可包括使激光束的第一空间部分扫过该区域片段，且生成后续维持部分可包括使激光束的第二空间部分扫过该区域片段，其中第一空间部分和第二空间部分是非对称的。

该方法可进一步包括在生成辐照脉冲之前先将工件预热至低于期望温度的中间温度。

该方法可进一步包括：对指示辐照脉冲期间期望热过程的当前完成量的至少一个参数进行监视，并响应于该至少一个参数与预期值之间的偏差而修正辐照脉冲。

所述修正可包括在该至少一个参数比预期值大了阈值差异以上的情况下缩短后续维持部分的持续时间。

相反，所述修正可包括在预期值比该至少一个参数大了阈值差异以上的情况下加长后续维持部分的持续时间。

根据本发明的另一个说明性实施例，提供了一种对工件进行热处理的设备。该设备包括辐照脉冲生成系统和处理器电路，处理器电路被配置成控制辐照脉冲生成系统生成入射到工件的目标表面区域上的辐照脉冲的初始加热部分和后续维持部分。初始加热部分和后续维持部分的组合持续时间少于工件的热传导时间。初始加热部分将目标表面区域加热至期望温度，而后续维持部分将目标表面区域保持在自期望温度起的期望范围内。工件可包括半导体晶片。

处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统使得初始加热部分和后续维持部分是非对称的。

处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统使得维持部分向目标表面区域递送足以对从目标表面区域到工件体内的热传导进行补偿的功率。

处理器电路可进一步被配置成控制辐照脉冲生成系统使得维持部分向目标表面区域递送足以对通过目标表面区域与其环境之间的热辐射和传导而进行的热交换进行补偿的功率。

处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统使得维持部分以例如至少1×10²W/cm²的速率向目标表面区域递送功率。

期望范围可以是自期望温度起的约5×10²℃内。例如，期望范围可以是自期望温度起的约1×10¹℃内。作为一个更具体的例子，期望范围可以是自期望温度起的约3℃内。

处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统使得包括初始加热部分和后续维持部分的辐照脉冲的半高全宽(FWHM)小于工件的热传导时间的一半。例如，FWHM可以是约2ms。

处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统使得辐照脉冲的四分之一高全宽(FWQM)小于工件的热传导时间的一半。例如，FWQM可以是约3ms。

可替选地，处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统使得辐照脉冲的四分之一高全宽(FWQM)大于工件的热传导时间的一半。例如，FWQM可以是约1×10^-2s。

目标表面区域可包括半导体晶片的器件侧，且辐照脉冲生成系统可包括多个闪光灯。

处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统通过在辐照脉冲开始时间点亮多个闪光灯中的至少一个、并通过随后点亮多个闪光灯中的至少另一个来生成辐照脉冲。

处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统在辐照脉冲开始时间同时点亮多个闪光灯中的至少两个。

处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统随后在辐照脉冲开始时间后的第一时间间隔处点亮多个闪光灯中的至少第一另一个，并随后在辐照脉冲开始时间后的第二时间间隔处点亮多个闪光灯中的至少第二另一个。

第一和第二时间间隔可分别是在辐照脉冲开始时间后的约1毫秒和约2毫秒。更具体地，第一和第二时间间隔可分别是在辐照脉冲开始时间后的约0.8毫秒和约1.8毫秒。

目标表面区域可包括半导体晶片的器件侧的区域片段，且辐照脉冲生成系统可包括被配置成生成具有非对称空间轮廓的激光束的扫描激光器。处理器电路可被配置成通过控制扫描激光器使具有非对称空间轮廓的激光束在少于工件的热传导时间的时间内扫过该区域片段来生成辐照脉冲。

处理器电路可被配置成控制扫描激光器通过使激光束的第一空间部分扫过该区域片段来生成初始加热部分，并通过使激光束的第二空间部分扫过该区域片段来生成后续维持部分，其中第一空间部分和第二空间部分是非对称的。

该设备可进一步包括预热系统，且处理器电路可被配置成控制预热系统在辐照脉冲生成系统的激活之前先将工件预热至低于期望温度的中间温度。

该设备可进一步包括测量系统，且处理器电路可被配置成与测量系统协作以对指示辐照脉冲期间期望热过程的当前完成量的至少一个参数进行监视，并控制辐照脉冲生成系统响应于该至少一个参数与预期值之间的偏差而修正辐照脉冲。

处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统通过在该至少一个参数比预期值大了阈值差异以上的情况下缩短后续维持部分的持续时间来修正辐照脉冲。相反，处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统通过在预期值比该至少一个参数大了阈值差异以上的情况下加长后续维持部分的持续时间来修正辐照脉冲。

根据本发明的另一个说明性实施例，提供了一种对工件进行热处理的设备。该设备包括：用于生成入射到工件的目标表面区域上的辐照脉冲的初始加热部分的装置；以及用于生成入射到工件的目标表面区域上的辐照脉冲的后续维持部分的装置。初始加热部分和后续维持部分的组合持续时间少于工件的热传导时间。初始加热部分将目标表面区域加热至期望温度，而后续维持部分将目标表面区域保持在自期望温度起的期望范围内。工件可包括半导体晶片。

根据本发明的另一个说明性实施例，提供了一种对工件进行热处理的方法。该方法包括：生成入射到工件的目标表面区域上的辐照脉冲的初始加热部分和后续维持部分。初始加热部分和后续维持部分的组合持续时间少于工件的热传导时间。该方法进一步包括：对指示辐照脉冲期间期望热过程的当前完成量的至少一个参数进行监视，并响应于该至少一个参数与预期值之间的偏差而修正辐照脉冲。工件可包括半导体晶片。

有利地，通过对指示辐照脉冲期间期望热过程的当前完成量的参数进行监视、然后响应于该至少一个参数与预期值之间的偏差而修正辐照脉冲，可修正脉冲以确保实现期望热过程的期望量。因此，与响应于监视过程温度而不是监视期望过程的当前完成量而修正脉冲的上述共有美国专利申请公布号US 2005/0063453相比，可实现过程一致性和可重复性方面的进一步改进。

所述修正可包括在该至少一个参数比预期值大了阈值差异以上的情况下缩短后续维持部分的持续时间。

例如，目标表面区域可包括半导体晶片的器件侧，所述生成可包括使用多个闪光灯生成辐照脉冲，且缩短辐照脉冲的持续时间可包括过早熄灭由多个闪光灯中的至少一个产生的辐照闪光。

可替选地，目标表面区域可包括半导体晶片的器件侧的区域片段，生成辐照脉冲可包括使具有非对称空间轮廓的激光束在少于工件的热传导时间的时间内扫过该区域片段，且修正辐照脉冲可包括减小由激光束供给该区域片段的功率。

可替选地，所述修正可包括在预期值比该至少一个参数大了阈值差异以上的情况下加长后续维持部分的持续时间。

例如，目标表面区域可包括半导体晶片的器件侧，所述生成可包括使用多个闪光灯生成辐照脉冲，且加长后续维持部分的持续时间可包括增大多个闪光灯中的至少一个可用来放电的电路径的电感。

可替选地，目标表面区域可包括半导体晶片的器件侧的区域片段，生成辐照脉冲可包括使具有非对称空间轮廓的激光束在少于工件的热传导时间的时间内扫过该区域片段，且修正辐照脉冲可包括增大由激光束供给该区域片段的功率。

根据本发明的另一个说明性实施例，提供了一种对工件进行热处理的设备。该设备包括辐照脉冲生成系统、测量系统和处理器电路。处理器电路被配置成控制辐照脉冲生成系统生成入射到工件的目标表面区域上的辐照脉冲的初始加热部分和后续维持部分。初始加热部分和后续维持部分的组合持续时间少于工件的热传导时间。处理器电路被配置成与测量系统协作以对指示辐照脉冲期间期望热过程的当前完成量的至少一个参数进行监视，并控制辐照脉冲生成系统响应于该至少一个参数与预期值之间的偏差而修正辐照脉冲。工件可包括半导体晶片。

处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统通过在该至少一个参数比预期值大了阈值差异以上的情况下缩短后续维持部分的持续时间来修正辐照脉冲。

例如，目标表面区域可包括半导体晶片的器件侧，辐照脉冲生成系统可包括多个闪光灯，且处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统通过过早自熄灭由多个闪光灯中的至少一个产生的辐照闪光来缩短辐照脉冲的持续时间。

可替选地，目标表面区域可包括半导体晶片的器件侧的区域片段，辐照脉冲生成系统可包括被配置成生成具有非对称空间轮廓的激光束的扫描激光器，处理器电路可被配置成通过控制扫描激光器使具有非对称空间轮廓的激光束在少于工件的热传导时间的时间内扫过该区域片段来生成辐照脉冲，且处理器电路可被配置成控制扫描激光器通过减小由激光束供给该区域片段的功率来修正辐照脉冲。

可替选地，处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统通过在预期值比该至少一个参数大了阈值差异以上的情况下加长后续维持部分的持续时间来修正辐照脉冲。

例如，目标表面区域可包括半导体晶片的器件侧，辐照脉冲生成系统可包括多个闪光灯，且处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统通过增大多个闪光灯中的至少一个可用来放电的电路径的电感来加长后续维持部分的持续时间。

可替选地，目标表面区域可包括半导体晶片的器件侧的区域片段，辐照脉冲生成系统可包括被配置成生成具有非对称空间轮廓的激光束的扫描激光器，处理器电路可被配置成通过控制扫描激光器使具有非对称空间轮廓的激光束在少于工件的热传导时间的时间内扫过该区域片段来生成辐照脉冲，且处理器电路可被配置成控制辐照脉冲生成系统通过增大由激光束供给该区域片段的功率来修正辐照脉冲。

根据本发明的另一个说明性实施例，提供了一种对工件进行热处理的设备。该设备包括：用于生成入射到工件的目标表面区域上的辐照脉冲的初始加热部分的装置；以及用于生成入射到工件的目标表面区域上的辐照脉冲的后续维持部分的装置。初始加热部分和后续维持部分的组合持续时间少于工件的热传导时间。该设备进一步包括：用于对指示辐照脉冲期间期望热过程的当前完成量的至少一个参数进行监视的装置；以及用于响应于该至少一个参数与预期值之间的偏差而修正辐照脉冲的装置。工件可包括半导体晶片。

本领域的普通技术人员在结合附图阅读了以下对本发明的多个具体实施例的描述后，将容易明白本发明的其它方面和特征。

附图说明

在说明本发明的多个实施例的附图中，

图1是示出有两个竖直前侧壁被移除的根据本发明的第一实施例的快速热处理(RTP)系统的透视图；

图2是图1所示系统的快速热处理系统计算机(RSC)的块图；

图3是具有初始加热部分和后续维持部分的示例辐照脉冲的辐照功率与时间的关系的曲线图；

图4是由图1所示系统执行的快速热处理(RTP)例程的流程图；

图5是由图1所示系统生成的具有初始加热部分和后续维持部分的辐照脉冲的辐照功率与时间的关系的曲线图；

图6是工件的目标表面区域在经受图5所示辐照脉冲时的温度的曲线图；

图7是本发明的第二实施例的超快辐射计的块图；

图8是根据本发明的第二实施例的快速热处理(RTP)系统的闪光灯的功率控制电路的电路图；

图9是根据本发明的第二实施例的由图1所示系统执行的快速热处理(RTP)例程的流程图；

图10是根据本发明的第三实施例的快速热处理(RTP)系统的表示图；

图11是根据本发明的第三实施例的用于生成辐照脉冲的激光束的空间轮廓的曲线图；以及

图12是可使用本发明的多个说明性实施例实现的掺杂剂激活与可使用常规辐照脉冲并从经修正的伸长的常规脉冲实现的掺杂剂激活的曲线比较图。

具体实施方式

参照图1，根据本发明的第一实施例的对工件进行热处理的设备总体上以100示出。在本实施例中，设备100包括辐照脉冲生成系统180和处理器电路110。

参照图1和5，在本实施例中，处理器电路110被配置成控制辐照脉冲生成系统180生成入射到工件106的目标表面区域上的辐照脉冲506的初始加热部分502和后续维持部分504。在本实施例中，初始加热部分502和后续维持部分504的组合持续时间少于工件106的热传导时间。

参照图1、5和6，在本实施例中，初始加热部分502将工件106的目标表面区域加热至期望温度602，而后续维持部分504将目标表面区域保持在自期望温度602起的期望范围604内。

工件

参照图1，在本实施例中，目标表面区域包括工件106(在本实施例中是半导体晶片120)的整个第一表面104。更具体地，在本实施例中，晶片是用于制造例如微处理器等半导体芯片的300mm直径硅半导体晶片。在本实施例中，工件106的第一表面104包括晶片120的顶侧或器件侧122。类似地，在本实施例中，工件的第二表面118包括晶片120的背侧或衬底侧124。

可替选地，目标表面区域无需包括整个第一表面104。例如，关于后面要讨论的说明性实施例，目标表面区域可包括表面104上的小区域片段。更一般而言，可代之以类似或不同类型的工件的其它类型的目标表面区域。

在本实施例中，在晶片120被插入室130中之前，晶片120的器件侧122经受离子植入过程，离子植入过程将杂质原子或掺杂剂引入晶片的器件侧的表面区域中。离子植入过程破坏晶片的表面区域的晶格结构，并将植入的掺杂剂原子留置在间隙位置，其中植入的掺杂剂原子在间隙位置是电非激活的。为了将掺杂剂原子移入晶格中的替代位置以使得其电激活并修补在离子植入期间发生的对晶格结构的破坏，通过如这里所述那样对晶片的器件侧的表面区域进行热处理来对其进行退火。

快速热处理室

仍参照图1，在本实施例中，设备100包括处理室130，在处理室130中，工件106被支撑以如这里所述那样进行热处理。一般而言，除了这里讨论的内容以外，本实施例的设备100与通过引用合并于此的上述共有美国专利申请公布号US 2007/0069161_[SJF4]中说明的热处理设备相同。因此，为简明起见，省略了US 2007/0069161中公开的设备100的许多细节。

如US 2007/0069161中更详细地讨论的那样，在本实施例中，处理室130包括顶和底选择性辐射吸收壁132和134，它们分别包括选择性吸收水冷窗186和156。处理室130还包括多个镜面反射侧壁，其中的两个以136和138示出，其中的另两个为便于说明而被移除。工件106可由与通过引用合并于此的美国专利申请公布号US2004/0178553_[SJF5]中公开的工件支撑系统类似的工件支撑系统(未示出)支撑在处理室130的内壁140的腔中。然而，可替选地，工件可由多个石英销(未示出)或由任何其它适当装置支撑。在本实施例中包括循环水冷系统的冷却系统144用来冷却处理室130的各表面。

设备100可包括测量系统102，如关于下面说明的又一个实施例讨论的那样，测量系统102可用于测量晶片120的器件侧122的温度或用于其它目的。可替选地，测量系统102可在需要时从给定实施例中省略。

在本实施例中，设备100进一步包括用于预热晶片120的预热系统150。如US 2007/0069161中更详细地说明的那样，预热系统150包括设置在水冷窗156下的高强度弧光灯152和反射器系统154。

在需要时，设备100可进一步包括多个附加测量器件(比如诊断照明源160)以及辐射检测器(例如成像装置162和快速辐射计164)，它们可以如US 2007/0069161和US 2005/0063453中所述那样使用。

如上所述，除了这里说明的新颖功能和相应结构配置以外，设备100的更多细节及其结构组件和它们的功能都可在US 2007/0069161中找到。

辐照脉冲生成系统

仍参照图1，在本实施例中，设备100进一步包括辐照脉冲生成系统180。在本实施例中，辐照脉冲生成系统180包括闪光灯系统。更具体地，在本实施例中，辐照脉冲生成系统180包括位于处理室130的水冷窗186上方并紧靠水冷窗186的第一、第二、第三和第四闪光灯182、183、185和187以及反射器系统184。

可替选地，可采用少于4个的闪光灯，例如单个闪光灯。相反，可采用多于4个的闪光灯，例如一列数量多得多的闪光灯。

在本实施例中，每个闪光灯182包括与通过引用合并于此的共有美国专利申请公布号US 2005/0179354中说明的液体冷却闪光灯类似的由加拿大温哥华的Mattson Technology Canada，Inc.制造的液体冷却闪光灯。有关于此，已发现该特定类型的闪光灯提供了许多优于更多常规闪光灯的优点，例如包括热处理的改进的一致性和可重复性。可替选地，可代之以其它类型的闪光灯。更一般而言，例如微波脉冲发生器或扫描激光器等其它类型的辐照脉冲发生器可代替闪光灯。

在本实施例中，反射器系统184被配置成当两个外部闪光灯即第一和第四闪光灯182和187被同时点亮时均匀地辐照晶片120的器件侧122。在本实施例中，反射器系统184还被配置成当两个内部闪光灯中的任一个即第二闪光灯183或第三闪光灯185被单独点亮时均匀地辐照晶片120的器件侧122。这种反射器系统的一个例子由加拿大温哥华的MattsonTechnology Canada，Inc.制造，以作为其闪光辅助快速热处理(fRTP^TM)系统的一个组件。

在本实施例中，辐照脉冲生成系统180进一步包括用于向闪光灯182、183、185和187供电以产生辐照闪光的供电系统188。在本实施例中，供电系统188包括用于分别向单独闪光灯182、183、185和187供电的单独供电系统189、191、193和195。

更具体地，在本实施例中，供电系统188中的每个供电系统189、191、193和195担当闪光灯182、183、185和187中相应的一个的供电系统，并且包括脉冲式放电单元，该放电单元可预充电然后突然放电以便向相应的闪光灯供给输入功率的“尖峰”以产生期望辐照闪光。更具体地，在本实施例中，每个脉冲式放电单元包括一对7.9mF电容器(未示出)(每个脉冲式放电单元15.8mF)，其能够充电至3500V以存储多至96.775kJ的电能，并且能够在例如0.5至1.5ms的短时间段内将该存储的能量释放至相应的闪光灯。因此，在本实施例中，辐照脉冲生成系统180能够存储多至387.1kJ的电能，并且能够将该能量通过闪光灯182、183、185和187以总持续时间少于工件106的热传导时间的辐照脉冲释放。可替选地，可代之以更大或更小的供电系统或其它类型的供电系统。

在需要时，每个供电系统189、191、193和195可包括与脉冲式放电单元和相应闪光灯连通的功率控制电路，用于对产生每个辐照闪光的脉冲式放电进行反馈控制。可替选地，这种功率控制电路和反馈控制如果对于具体实施例不希望则可省略。作为说明，本实施例省略这种反馈控制，而后面说明的可替选实施例则包括这种反馈控制。

上述US 2007/0069161公开了单独供电系统189、191、193和195的更多细节以及这样的相应功率控制电路的细节。

RTP系统计算机(RSC)

参照图1和图2，在图2中更详细地示出了RTP系统计算机(RSC)112。在本实施例中，RSC包括处理器电路110，处理器电路110在本实施例中包括微处理器210。然而，更一般而言，在本说明书中，术语“处理器电路”意在宽泛地包含本领域的普通技术人员通过本说明书和公知常识能想到用来代替微处理器210执行这里所述功能的任何类型的器件或器件组合。这样的器件可包括(但不限于)例如其它类型的微处理器、微控制器、其它集成电路、其它类型的电路或电路组合、逻辑门或门阵列或者任何种类的可编程器件，它们例如是单独的或者与彼此远离或位于同一位置的其它这样的器件相组合。

在本实施例中，微处理器210与存储装置220连通，存储装置220在本实施例中包括硬盘驱动器。存储装置220用来存储将微处理器210配置或编程为使得这里所述的各种功能被执行的一个或多个例程。更具体地，在本实施例中，存储装置220存储后面更详细地说明的主快速热处理(RTP)例程221。在本实施例中，存储装置220还可用来存储由微处理器210接收或使用的各种类型的数据，例如工件参数存储器240。在需要时，存储装置220还可存储用于执行附加功能的附加例程和数据，例如上述US 2007/0069161中讨论的任何例程和数据。

在本实施例中，微处理器210还与存储器装置260连通，存储器装置260在本实施例中包括随机存取存储器(RAM)。在本实施例中，存储在存储装置220中的各种例程将微处理器210配置成在RAM中规定用于存储由微处理器210测量、计算或使用的各种特性或参数的各种寄存器或存储器，包括脉冲参数存储器278以及其它存储器和/或寄存器(未示出)。

本实施例的微处理器210进一步与输入/输出(I/O)接口250连通，用于与图1所示设备100中的各种装置通信，这些装置包括测量系统102(如果提供的话)和辐照脉冲生成系统180以及其它系统组件(比如预热系统150、诊断照明源160、成像装置162、快速辐射计164)和各种用户输入/输出装置(未示出)(比如键盘、鼠标、监视器、CD-RW驱动器和软盘驱动器等一个或多个磁盘驱动器和打印机)。在本实施例中，I/O接口250包括光电转换器，用于经由光纤网络(未示出)与这些设备中的至少一些(例如快速辐射计164和测量系统102)通信，以避免由预热系统150和辐照脉冲生成系统180所需的大电流和突然放电导致的电磁干扰和电噪声所造成的问题。

等价时间

在本实施例中，本发明人考虑到各种热过程的等价时间的概念而设计了由辐照脉冲生成系统180生成的辐照脉冲的时间形状。

对于典型的热反应过程，反应速率R可由以下关系式描述：

$R\left(t\right)\∝e^{\left(\frac{{-E}_A}{\mathrm{kT}\left(t\right)}\right)}---\left(1\right)$

其中：

E_A是反应能量，即，使反应发生所需的能级；

k是玻兹曼常数；且

T(t)是作为时间t的函数的温度T

反应的总量A_R是反应速率R对时间t的积分：

$A_R\∝\∫e^{\left(\frac{{-E}_A}{\mathrm{kT}\left(t\right)}\right)}\mathrm{dt}---\left(2\right)$

该关系式使得容易针对不同的温度-时间轮廓T(t)即针对不同的热循环而比较反应的总量A_R。等价时间(t_EQ)可定义为产生与在给定的随时间变化的温度轮廓T(t)期间将发生的反应量A_R相同的反应量的恒定温度T_EQ下的时间长度：

$\underset{0}{\overset{t_{\mathrm{EQ}}}{\∫}}{e}^{\left(\frac{{-E}_A}{{\mathrm{kT}}_{\mathrm{EQ}}}\right)}\mathrm{dt}\≡{\∫e}^{\left(\frac{{-E}_A}{\mathrm{kT}\left(t\right)}\right)}\mathrm{dt}---\left(3\right)$

$e^{\left(\frac{{-E}_A}{{\mathrm{kT}}_{\mathrm{EQ}}}\right)}{t}_{\mathrm{EQ}}={\∫e}^{\left(\frac{{-E}_A}{\mathrm{kT}\left(t\right)}\right)}\mathrm{dt}---\left(4\right)$

$t_{\mathrm{EQ}}=\frac{{\∫e}^{\left(\frac{{-E}_A}{\mathrm{kT}\left(t\right)}\right)}\mathrm{dt}}{e^{\left(\frac{{-E}_A}{{\mathrm{kT}}_{\mathrm{EQ}}}\right)}}---\left(5\right)$

由上可知，等式(5)中具有相同等价时间值t_EQ的任何温度-时间轮廓T(t)都将产生相同的反应量A_R。例如，对于由给定反应能量E_A限定的给定过程，在较高温度T₁(t)下花费较短时间t₁可与在较低温度T₂(t)下花费较长时间t₂产生相同的反应量A_R(如果这两个依赖于温度的函数对这两个相应时间间隔的积分相等)。

以上关系式还使得容易选择促进期望反应过程而抑制非期望反应过程的一个或多个特定热循环T(t)。例如，如果E_A1是期望热反应过程的反应能量且E_A2是非期望热反应过程的反应能量，则期望的温度-时间轮廓的性质依赖于反应能量E_A1和E_A2。如果期望过程的反应能量E_A1大于非期望过程的反应能量E_A2，则通过选择较高温度下的较短时间，可选择性地促进期望过程并可选择性地抑制非期望过程。

相反，如果期望过程的反应能量E_A1小于非期望过程的反应能量E_A2，则较低温度下的较长时间将促进期望过程并抑制非期望过程。

在本实施例中，工件106是半导体晶片120，其器件侧122已如上所述那样植入了需要激活的掺杂剂，激活那些掺杂剂的期望过程所需的激活能量E_A通常大于会造成掺杂剂非期望地扩散到晶片120的本体中的扩散能量E_D。例如，取决于所讨论的晶片和掺杂剂，激活能量E_A可以是5eV或更大(例如，对于标称硼植入是5eV，或对于1KeV 1×10¹⁴硼植入是7eV)，而扩散能量可以是约3eV。因而，使器件侧122经受在尽可能高的温度T下有短的持续时间t的温度-时间循环T(t)而不对器件侧上的器件造成损坏倾向于在最小化非期望的扩散过程的同时最大化期望的激活过程。本发明人已认识到这可以这样来实现：使器件侧122经受尽可能“方”的温度-时间轮廓T(t)，其中快速增大到期望退火温度之后是退火温度下的“平顶”停留时间，全部在显著少于工件的热传导时间的时间内，从而使晶片120的较冷本体担当在停留时间后快速冷却加热了的器件侧122的热沉。

然而，本发明人还认识到，仅仅使器件侧122经受“方”的辐照脉冲形状将不会产生器件侧122中的期望的“方”的温度-时间轮廓，因为这种辐照加热与可应用的冷却机制(包括从器件侧122到晶片120的较冷本体内的热传导以及从器件侧到处理室130内包含的空气中的辐射和传导热损耗)的互作用是复杂的。

相反，参照图1和3，在本实施例中，处理器电路110被配置成控制辐照脉冲生成系统180生成图3所示辐照脉冲300的近似。在本实施例中，辐照脉冲300包括将器件侧122加热至期望温度的初始加热部分302以及将器件侧122保持在自期望温度起的期望范围内的后续维持部分304。更具体地，在本实施例中，维持部分304将器件侧122保持在期望温度。辐照脉冲300与常规辐照脉冲形状306的主要区别在于维持部分304。在本实施例中，辐照脉冲300还具有陡峭倾斜的后沿305，以增强器件侧122在暴露于维持部分304之后的冷却的迅速性。然而，可替选地，如果快速冷却对于特定应用不重要，则在其它实施例中辐照脉冲300的后沿也可更连续且渐缓地下降。

参照图3和5，在本实施例中，如后面更详细地讨论的那样，处理器电路110被配置成控制辐照脉冲生成系统180如产生脉冲300的近似那样产生图5所示辐照脉冲506。

工作

参照图1、2、4和5，在图4中更详细地示出了主RTP例程221。一般而言，在本实施例中，主RTP例程221将处理器电路110配置成控制辐照脉冲生成系统180生成入射到工件106的目标表面区域上的图5所示辐照脉冲506的初始加热部分502和后续维持部分504。在本实施例中，初始加热部分502和后续维持部分504的组合持续时间少于工件106的热传导时间。初始加热部分502将目标表面区域加热至期望温度，而后续维持部分504将目标表面区域保持在自期望温度起的期望范围内。

参照图1、2、4和5，主RTP例程221始于第一代码块402，其指示处理器电路110为辐照脉冲506准备辐照脉冲生成系统180和工件106。在本实施例中，块402指示处理器电路110将闪光灯182、183、185和187的单独供电系统189、191、193和195的电容器组(未示出)预充电至在存储器装置260中的脉冲参数存储器278中规定的充电电压。在本实施例中，4个电容器组中的每一个被充电至2700V。更一般而言，这种充电电压和其它参数可例如像上述US 2007/0069161中所述那样或以任何其它适当方式来计算或确定。然而，除了如US 2007/0069161中公开的充电电压以外，在本实施例中，脉冲参数存储器278还存储表示了闪光灯182、183、185和187要被放电的相对时间的值。在本实施例中，这些时间值被默认设定为：对于闪光灯182和187是t＝0、对于闪光灯183是t＝0.8ms而对于闪光灯185是t＝1.8ms。可替选地，如下面更详细地讨论的那样，在需要时，可在主RTP例程221的指示下由用户调整这些相对时间。

块402然后指示处理器电路110控制预热系统150在辐照脉冲生成系统180的激活之前先将工件106预热至低于期望温度的中间温度。更具体地，在本实施例中，块402指示处理器电路110激活弧光灯152辐照晶片120的衬底侧124，从而以150℃/秒的速率将晶片120预热至约800℃的中间温度。

如共有的US 2005/0063453中更详细地说明的那样，块402进一步指示处理器电路110监视从快速辐射计164接收到的信号，从而在晶片120被预热时监视其温度。

当在块402检测到工件106已被预热至中间温度时，块404指示处理器电路110控制辐照脉冲生成系统180生成入射到工件106的目标表面区域上的图5所示辐照脉冲506的初始加热部分502和后续维持部分504。

更具体地，在本实施例中，工件106的目标表面区域包括半导体晶片120的器件侧122，而辐照脉冲生成系统180包括多个闪光灯即闪光灯182、183、185和187。

在本实施例中，块404将处理器电路110配置成控制辐照脉冲生成系统180通过在辐照脉冲开始时间点亮多个闪光灯中的至少一个、并通过随后点亮多个闪光灯中的至少另一个来生成辐照脉冲。更具体地，在本实施例中，处理器电路110被配置成控制辐照脉冲生成系统180在辐照脉冲开始时间同时点亮多个闪光灯中的至少两个。更具体地，在本实施例中，块404指示处理器电路110控制辐照脉冲生成系统180的单独供电系统189和195在辐照脉冲开始时间同时点亮两个外部闪光灯即闪光灯182和187。应注意到，反射器系统184被配置成当这两个外部闪光灯被同时点亮时均匀辐照器件侧122。在本实施例中，闪光灯182和187的同时点亮产生了图5所示的第一辐照脉冲成分508。

在本实施例中，块404然后指示处理器电路110控制辐照脉冲生成系统180随后在辐照脉冲开始时间后的第一时间间隔处点亮多个闪光灯中的至少第一另一个，并随后在辐照脉冲开始时间后的第二时间间隔处点亮多个闪光灯中的至少第二另一个。更具体地，在本实施例中，处理器电路110控制单独供电系统191在辐照脉冲开始时间后的第一时间间隔处点亮第二闪光灯183，并控制单独供电系统193在辐照脉冲开始时间后的第二时间间隔处点亮第三闪光灯185。在本实施例中，第一和第二时间间隔分别是在辐照脉冲开始时间后的约1ms和约2ms。更具体地，在本实施例中，第一和第二时间间隔分别是在辐照脉冲开始时间后的约0.8ms和约1.8ms。在本实施例中，第二闪光灯183的点亮产生了第二辐照脉冲成分510，而第三闪光灯185的点亮产生了第三辐照脉冲成分512。应注意到，反射器系统184使得这些辐照脉冲成分中的每一个都均匀辐照器件侧122。

参照图5，在本实施例中，第一、第二和第三辐照脉冲成分508、510和512在时间上交叠。因此，辐照脉冲生成系统180通过起初同时点亮闪光灯182和187然后依次点亮闪光灯183和185，产生了单个连续辐照脉冲506，它是单独辐照脉冲成分508、510和512的总和。

在本实施例中，初始加热部分502和后续维持部分504的组合持续时间使得辐照脉冲506(包括初始加热部分502和后续维持部分504)的半高全宽(FWHM)514小于工件106的热传导时间的一半。更具体地，在本实施例中，晶片120的热传导时间是在10～15ms的量级，而辐照脉冲506的FWHM 514是约2ms。在本实施例中，辐照脉冲506的四分之一高全宽(FWQM)也小于工件的热传导时间的一半。更具体地，在本实施例中，辐照脉冲506的FWQM是约3ms。因此，有利地，由于初始加热部分和后续维持部分的组合持续时间显著少于晶片的热传导时间，所以晶片本体仍然较为接近该晶片在辐照脉冲开始之前在块402处被预热到的中间温度，从而允许晶片本体担当在辐照脉冲506的终止后快速冷却器件侧122的有效热沉。

参照图3、5和6，在图6中总体上以608示出了由于器件侧122暴露于辐照脉冲506而导致的器件侧的温度-时间轮廓。为了说明的目的，由辐照脉冲506导致的温度-时间轮廓608与由于器件侧122暴露于与例如图3中以306示出的辐照脉冲形状类似的常规辐照脉冲形状而导致的更常规的温度-时间轮廓610进行比较。

参照图5和6，在本实施例中，初始加热部分502和后续维持部分504是非对称的。在本实施例中，初始加热部分502向目标表面区域(在本例中是整个器件侧122)递送足够的功率来将其加热至期望温度602，在本例中，期望温度602是约1150℃。

后续维持部分504然后向目标表面区域递送足以对从目标表面区域到工件106体内的热传导进行补偿的功率，以及递送足以对通过目标表面区域与其环境之间的热辐射和传导而进行的热交换进行补偿的功率。在本实施例中，环境包括处理室130和其中的空气。然而，在可替选实施例中，环境可包括其它物体，例如在工件以传导方式而不是辐照方式预热的情况下可包括热板。在本实施例中，维持部分504以至少1×10²W/cm²的平均速率向目标表面区域递送功率，以对这种热传导和辐照进行补偿，以将目标表面区域保持在自期望温度602起的期望范围604内。

在本实施例中，期望范围604是自期望温度602起的约5×10¹℃内这一范围，其在本例中是约1150℃的温度。更具体地，在本实施例中，期望范围604是自期望温度602起的约2×10¹℃内这一范围。可替选地，期望范围604可以是自期望温度602起的约1×10¹℃内。更具体且可替选地，期望范围可以是自该期望温度起的约3℃内。

参照图3、5和6，在本实施例中，由于器件侧122暴露于辐照脉冲506而导致的温度-时间轮廓608与由于器件侧122暴露于与以306示出的脉冲形状类似的常规脉冲形状而导致的更常规的温度-时间轮廓610相比具有许多优点。例如，可以看出，器件侧122在自期望(峰值)温度602起的期望范围即50℃内的停留时间在温度-时间轮廓608中要比在更常规的温度-时间轮廓610中大致长3倍，从而显著增加了期望反应(激活)的量。然而，相反，与常规脉冲形状306相比，可推断出由脉冲506导致的该变长的停留时间仅使工件的本体温度升高了约75℃，结果是脉冲506仍留下较冷的本体以帮助在停留时间后快速冷却器件侧，从而最小化非期望的低能量反应(扩散)。

再次参照等价时间的概念，从等式(1)～(5)可知，如果期望过程的反应能量例如是激活能量E_A＝7eV(其与1KeV 1×10¹⁴硼植入相一致)，则温度-时间轮廓608导致比常规温度-时间轮廓610的等价时间约大100倍的等价时间。

甚至对于例如更低的激活能量E_A＝5eV(与标称硼植入相一致)，温度-时间轮廓608也导致比常规温度-时间轮廓610的等价时间约大15倍的等价时间；也就是说，由辐照脉冲506产生的温度-时间轮廓608所实现的反应的总量A_R比由与以306示出的辐照脉冲形状类似的更常规的辐照脉冲形状产生的温度-时间轮廓610所实现的反应的总量大15倍。

与从辐照脉冲506得出的以上结果形成鲜明对照，如果代之以试图通过简单地伸长常规脉冲306的持续时间或脉冲宽度来将反应的总量A_R相对于温度-时间轮廓610增加15倍，则需要长了约15倍的脉冲宽度或约20ms的持续时间(FWHM)，其长于工件的典型热传导时间。总能量(其与脉冲持续时间的平方根成比例)将大致增加4倍，且工件的本体温度将大致升高300℃，使得本体和加热了的器件侧之间只有小的温度差，导致器件侧慢得多地冷却。这事实上接近等温加热，其中很长的停留时间和很长的冷却时间导致大量非期望的扩散反应，从而无法实现闪光辅助快速热处理的目的。

参照图3、5和12，在图12中总体上以1200示出了作为期望过程温度T_P的函数的片电阻R_S。在本实施例中，期望热过程是所植入的掺杂剂的激活，较低的片电阻R_S表示较高的掺杂剂激活并因此表示期望热过程的较大程度的实现。图12对应于用于对向晶体硅内的低能量硼植入(500eV 10¹⁵cm²)进行退火的热循环。图12示出了分别对应于不同类型的热循环的4个不同的激活曲线。

更具体地，第一激活曲线1202对应于多个不同的热循环。在每个这样的热循环中，半导体晶片120被预热至700℃的中间温度，随后，器件侧122被暴露于具有如图3中以306示出的常规或标准(STD)脉冲形状、具有约0.9ms的持续时间(FWHM)的辐照脉冲，以将器件侧122加热至期望过程温度T_P。激活曲线1202示出了其中期望过程温度T_P的范围为从约1200℃至约1295℃的热循环。

第二激活曲线1204对应于多个类似的热循环，其中半导体晶片120被预热至700℃的相同中间温度，随后，器件侧122被暴露于辐照脉冲以将器件侧122加热至期望过程温度T_P。与常规或标准脉冲306相比，对应于第二激活曲线1204的热循环的辐照脉冲已通过在时间上被伸长为具有约1.5ms的半高全宽、但却保持其形状而修改为形成“长”但却常规形状的脉冲。激活曲线1204示出了其中期望过程温度T_P的范围为从约1200℃至约1285℃的热循环。

第三激活曲线1206对应于多个热循环，其中半导体晶片120被预热至700℃的相同中间温度，随后，器件侧122被暴露于辐照脉冲以将器件侧122加热至期望过程温度T_P。然而，并非使用常规脉冲形状或伸长的常规脉冲形状，而是根据本发明的一个说明性实施例生成对应于激活曲线1206的热循环的辐照脉冲，该辐照脉冲与图5所示辐照脉冲506具有类似的形状。因此，给定热循环的辐照脉冲包括将器件侧122加热至期望过程温度T_P的初始加热部分以及将器件侧122保持在自期望过程温度T_P起的期望范围内的后续维持部分。激活曲线1206示出了其中期望过程温度T_P的范围为从约1200℃至约1255℃的热循环。

第四激活曲线1208对应于与第三激活曲线1206的热循环类似的热循环，但其中工件被预热至800℃的更高中间温度，然后器件侧122被暴露于根据本发明的一个实施例的、具有初始加热部分和后续维持部分的、与图5所示脉冲506类似的辐照脉冲。有关于此，本发明人已发现，在如这里所述的将晶片快速地以辐照方式预热的实施例中，将中间温度从700℃提高到800℃不导致显著的掺杂剂扩散(通常是小于2纳米的深度轮廓移动，这对于许多应用可忽略)。激活曲线1208示出了其中期望过程温度T_P范围为从约1200℃至约1255℃的热循环。

全部四个激活曲线都示出了较高的过程温度T_P导致较低的片电阻R_S，并因此导致较大程度的掺杂剂激活。这暗示了如果低的R_S是唯一的考虑因素，则应使用最大可能温度。然而，在实践中，存在倾向于对理想上应使用的过程温度施加限制的互相制衡的多个考虑因素。

第一种且最简单的温度限制是由器件结构或硅衬底的非期望的或不允许的相变、或温度所单独决定的其它非期望的改变决定的。一个这样的例子是多晶硅或硅衬底的熔化。

第二种且更复杂的限制是由超过临界极限的晶片中引发的热应力决定的。例子包括因拉应力造成的晶片破裂、或因过度的压应力和/或拉应力造成的翘曲。

由于在闪光辅助热处理期间在晶片中产生的应力主要随由闪光导致的从中间温度到期望过程温度的温度跳变的幅度而变化，所以温度跳变的幅度的减小倾向于显著减小晶片中的热应力。通过提高中间预热温度来减小跳变幅度的能力颇受制于以下事实：非期望的掺杂剂扩散以高得多的速率在适当的激活温度附近发生，因此希望通过与等温加热不同的闪光辅助快速热处理来最小化在激活温度附近花费的时间。因此，倘若可实现期望激活水平，则降低热处理温度是减小温度跳变幅度的一种可能方式。

图12示出了使用本发明的实施例可实现期望水平的掺杂剂激活或片电阻，其中，与使用常规脉冲形状或时间上伸长的常规脉冲形状的情况相比，温度跳变更低并因此工件中的应力更小。

作为一个任意的例子，如果期望片电阻是R_S＝400Ω/sq，则从700℃的中间温度开始，第一激活曲线1202示出了常规脉冲必须实现1295℃的过程温度。与之相比，第三激活曲线1206示出了在预热至700℃的相同中间温度后的根据本发明的一个说明性实施例的辐照脉冲仅必须实现1250℃的过程温度来实现相同的片电阻400Ω/sq。因此，在本例中，使用根据本发明的一个说明性实施例的辐照脉冲，与使用常规脉冲相比可将温度跳变幅度减小45℃，从而在工件中生成的应力显著减小的情况下实现相同的片电阻。

将都对应于根据本发明的说明性实施例的辐照脉冲形状、但始于不同的中间温度的第三和第四激活曲线1206和1208相比较，将中间温度从700℃提高至800℃但保持过程温度恒定倾向于使片电阻增大约60Ω/sq。期望过程温度T_P从1250℃到1255℃仅升高5℃允许实现400Ω/sq的相同期望片电阻，但却始于800℃的更高中间温度而不是700℃。因此，与对应于第一激活曲线1202的热循环相比，在本例中，温度跳变幅度可减小140℃(从595℃到455℃)，从而在工件中生成的应力显著减小的情况下实现相同的期望片电阻。

因而，与类似于第一激活曲线1202所示的采用常规脉冲的热循环相比，类似于激活曲线1206和1208所示的采用根据本发明的说明性实施例的辐照脉冲的热循环可以在过程温度变低且从中间温度到过程温度的温度跳变减小的情况下实现大小相当的片电阻。有利地，这样的实施例倾向于显著减小晶片中的应力，从而与采用常规脉冲的热循环相比显著减小晶片破裂或翘曲的概率。

相反，在需要时，采用根据本发明的说明性实施例的脉冲的热循环可以在不增大温度跳变幅度的情况下实现显著更大程度的掺杂剂激活和显著更低的片电阻，从而在不增大破裂或翘曲的可能性的情况下实现改进的激活结果。

温度与温度跳变的理想平衡可针对不同的应用而变化，并可依赖于具体器件结构对温度和应力的组合的敏感度。由较低温度跳变导致的较低应力可允许较高的过程温度而不造成损坏。

就扩散而言，对于与对应于激活曲线1206和1208的热循环类似的热循环，将期望过程温度从1200℃提高到1300℃倾向于仅引入几纳米的扩散。该扩散被认为是小的并且倾向于主要以高浓度发生，在高浓度下，该扩散倾向于增大陡峭度但不增大结深，这可能是有利的。这些观察结果局限于根据本发明的实施例的热循环，其中，由于晶片的较冷本体的快速“热沉”冷却效应，器件侧被保持于过程温度达显著少于晶片的热传导时间的时间。如果器件侧温度将被维持在1300℃达更长的时段从而接近晶片的等温加热，则对于许多目前和未来的应用，扩散会迅速开始超过可接受的限度，从而无法实现闪光辅助处理的目的。

可替选方案

再次参照图1和图2，根据本发明的第二实施例的对工件进行热处理的设备包括图1所示的设备100，设备100包括处理器电路110和辐照脉冲生成系统180。与前一实施例类似，处理器电路110被配置成控制辐照脉冲生成系统180生成入射到工件106的目标表面区域上的辐照脉冲的初始加热部分和后续维持部分，其中初始加热部分和后续维持部分的组合持续时间少于该工件的热传导时间。然而，在本实施例中，设备100进一步包括任选的测量系统102。在本实施例中，处理器电路110被配置成与测量系统102协作以对指示辐照脉冲期间期望热过程的当前完成量的至少一个参数进行监视，并被配置成控制辐照脉冲生成系统180响应于该至少一个参数与预期值之间的偏差而修正辐照脉冲。

更具体地，在本实施例中，指示辐照脉冲期间期望热过程的当前完成量的至少一个参数包括由上式(2)给出的在时间t发生的反应的总量A_R。

有关于此，如例如US 2007/0069161所述，甚至外表相同的工件也可能实际上在发射率方面各自不同，从而当经受相同的辐照循环时导致能量吸收的量不同并因此热循环的幅度不同。这样，即使这些外表相同的工件经受相同的辐照循环，也可能造成这些工件经历不同量的完成了的热过程反应。因此，有利地，通过对指示辐照脉冲期间期望热过程的当前完成量的参数进行监视、然后响应于该至少一个参数与预期值之间的偏差而修正辐照脉冲，无论工件与工件之间发射率如何不同，均可修正脉冲以确保实现期望量的期望热过程。因此，与响应于监视过程温度而不是监视期望过程的当前完成量而修正脉冲的上述共有美国专利申请公布号US2005/0063453相比，可实现过程一致性和可重复性方面的进一步改进。

参照图1和7，在本实施例中，测量系统102包括在US 2007/0069161中更详细地说明的、被设计成具有宽动态范围和超快时间响应的超快辐射计1400。因此，在本实施例中，超快辐射计1400包括如US 2007/0069161中更详细地说明的1450纳米窄带滤光器1402、光学堆1404、高速InGaAsPIN光电二极管1406、集成热电冷却器1408、放大器1410、模数(A/D)转换器1412、输入/输出(I/O)接口1460和屏蔽罩1470。

参照图1和图8，在本实施例中，供电系统188中的每个单独供电系统189、191、193和195包括比如以800示出的、与其相应闪光灯182、183、185或187连通的功率控制电路。作为例子，在图8中仅示出了闪光灯182的功率控制电路800。在本实施例中，每个功率控制电路800与US 2007/0069161中公开的相应功率控制电路相同。因而，在本实施例中，每个功率控制电路包括：供电单元802；电容器组828；第一和第二二极管804和806；第一和第二电阻器808和810；电阻器812；断电(dump)继电器914；又一电阻器816；总体上以820示出的、包括电感器824、电阻器826和晶闸管或硅控整流器822的第一功率降低电路；总体上以830示出的、包括晶闸管832和电感器834的功率提升电路；用于开始辐照闪光的晶闸管836；电感器838；电阻器840；续流二极管842；以及总体上以850示出的、包括电感器854、电阻器856和晶闸管或硅控整流器852的第二功率降低电路。在US 2007/0069161中更详细地说明了这些组件和它们的功能。

再次参照图2，在本实施例中，存储装置220进一步存储脉冲反馈控制例程290、过程完成查找表292、脉冲干预查找表298、模拟例程226和热分析例程230。而且，在本实施例中，存储器设备260还包括用于暂时存储器件侧122的温度测量结果的器件侧温度存储器280、用于暂时存储预期温度值的预期温度存储器282、用于暂时存储表示预期在辐照脉冲期间各时间间隔处完成了的期望热过程的量的预期值的预期过程完成存储器294、以及用于存储指示辐照脉冲期间期望热过程的当前完成量的参数的当前过程完成寄存器296。

参照图1、2、5和9，在图9中更详细地示出了脉冲反馈控制例程290。一般而言，脉冲反馈控制例程290包括与主RTP例程221的功能类似的功能，但是还将处理器电路110配置成控制辐照脉冲生成系统180实时地修正辐照脉冲506。更具体地，脉冲反馈控制例程290将处理器电路110配置成与测量系统102协作以对指示辐照脉冲期间期望热过程的当前完成量的至少一个参数进行监视，并控制辐照脉冲生成系统180响应于该至少一个参数与预期值之间的偏差而修正辐照脉冲。因此，有利地，在辐照脉冲506期间的给定点处，如果似乎发生了比预期显著更多或更少的期望热过程(例如，如果器件侧122具有与预期不同的发射率，从而使得其吸收与预期不同百分比的辐照脉冲506)，则处理器电路可控制辐照脉冲生成系统修正辐照脉冲506的剩余部分以进行补偿，从而使所完成的热反应的最终量比不进行补偿更靠近其预期值。结果，与仅响应于闪光期间的实时温度测量结果而不是响应于指示期望热过程的当前完成量的参数而修正辐照闪光的US 2007/0069161相比，可进一步改进晶片与晶片之间的可重复性和一致性。

在本实施例中，脉冲反馈控制例程290始于第一代码块902，块902指示处理器电路110为辐照脉冲506期间的多个相应时间间隔生成一组预期过程完成参数值。在本实施例中，已知脉冲参数并因此已知预期辐照脉冲506，还已知工件参数并因此已知器件侧122的预期所得温度-时间轮廓T(t)608，并且已知期望热激活过程的激活能量E_A。因而，在本实施例中，块902指示处理器电路使用上式(2)为辐照脉冲506期间的间隔为10微秒的多个时间t_n生成一组预期过程完成值A_RE(t_n)。在本实施例中，由于要将预期过程完成值A_RE(t_n)与实际过程完成值相比较，所以在计算预期和实际过程完成值这两者时可忽略等式(2)右边隐含的任何常数，因为在比较时其将被约去。因此，预期过程完成值A_RE(t_n)可表达如下：

$A_{\mathrm{RE}}\left(t_{\text{n}}\right)=\underset{t_0}{\overset{t_n}{\∫}}{e}^{\left\{\frac{{-E}_A}{\mathrm{kT}\left(t\right)}\right\}}\mathrm{dt}---\left(6\right)$

在本实施例中，t_n的范围是以10微秒为间隔从辐照脉冲506开始处的t₀＝0到辐照脉冲506结束处的t₄₀₀＝4ms。在本实施例中，该时间范围忽略了辐照脉冲开始前的预期过程完成。由于本实施例中作为例子说明的激活过程几乎全部发生在由辐照脉冲产生的高温处，所以在脉冲前的预热阶段发生的反应的量是小的。然而，可替选地，在生成预期过程完成值和实际过程完成值(后面将讨论)(其生成方式与这里讨论的为辐照脉冲阶段生成值的方式相同)时，可将预热阶段发生的反应考虑在内。由于在预热阶段温度变化相对较慢，所以相邻值之间相对较长的时间间隔可以是足够的。例如，预期过程完成值和实际过程完成值可对于预热阶段以1毫秒间隔而不是以用于本实施例的辐照脉冲阶段的10微秒间隔来获得。

在本实施例中，块902指示处理器电路110将预期过程完成参数A_RE(t_n)存储在存储器装置260中的预期过程完成存储器294中。

可替选地，如果脉冲参数存储器278的内容和/或工件参数存储器240的内容对应于这样的热循环：其预期辐照脉冲506或预期温度-时间轮廓608或这两者事先未知，则块902可指示处理器电路预测该预期辐照脉冲506、预测温度-时间轮廓608并由此如上所述那样获得预期过程完成值。例如，块902可代之以指示处理器电路110首先执行模拟例程226以预测将由辐照脉冲生成系统180生成的辐照脉冲506。更具体地，在本实施例中，模拟例程226包括由美国加利福尼亚州Pasadena的Optical ResearchAssociates提供的LIGHTTOOLS^TM三维实体建模和照明分析软件。模拟例程226指示处理器电路读取脉冲参数存储器278的内容(包括闪光灯182、183、185和187各自的电容器组充电电压和相对放电时间)，以分析设备100的光学和几何特性并计算将实际到达器件侧122的辐照脉冲506的能量的量。块902然后可指示处理器电路执行热分析例程230以计算将由辐照脉冲506导致的预期温度-时间轮廓608。在本实施例中，热分析例程230包括由美国麻萨诸塞州哈佛的Harvard Thermal Inc.制造的TAS热分析软件；较新的版本ANSYS

TAS^TM热分析系统现由Harvard的继承者即美国宾夕法尼亚州Canonsburg的ANSYS Inc.提供。可替选地，可代之以确定晶片120的器件侧122的预期温度轨迹的其它方法。结果得到的预期温度数据可暂时存储在存储器装置260的预期温度存储器282中，然后可用来如上述那样计算一组预期过程完成值A_RE(t_n)。

在本实施例中，块904然后指示处理器电路110通过将闪光灯182、183、185和187的单独供电系统189、191、193和195的电容器组828预充电至在存储器装置260中的脉冲参数存储器278中规定的充电电压来为辐照脉冲506准备辐照脉冲生成系统180和工件106。

如上面关于块402更详细地说明并如US 2005/0063453中说明的那样，块904然后指示处理器电路110控制预热系统150将工件106预热至低于期望温度的中间温度，并监视从快速辐射计164接收到的信号以在晶片120被预热时监视其温度。

当在块904检测到工件106已被预热至中间温度时，如上面关于块404所讨论的那样，块906指示处理器电路110控制辐照脉冲生成系统180生成辐照脉冲506的初始加热部分502和后续维持部分504，但同时开始与测量系统102协作以对指示期望热激活过程的当前完成量的参数进行监视。块906作为一个线程继续执行，从而在下面讨论的块908至912被随后执行期间继续生成辐照脉冲506的剩余部分同时继续监视过程完成参数。

为了实现过程完成参数的这种监视，在本实施例中，如例如US2007/0069161或US 2005/0063453中更详细地说明的那样，块906首先指示处理器电路110开始从测量系统102接收在辐照脉冲期间表示晶片120的器件侧122的实时温度的温度测量信号。在本实施例中，块906指示处理器电路110在辐照闪光期间每隔10微秒从测量系统102接收一次器件侧温度测量结果，并将每个这样的测量结果存储在器件侧温度存储器280中与进行测量的时间间隔对应的域中。

在本实施例中，当每个这样的温度测量结果被接收并存储时，块906指示处理器电路计算并存储指示期望过程的当前完成量的参数。如果可提供足够的处理能力和速度，则块906可指示处理器电路对每个时间间隔积分等式(2)，以计算在最近的时间间隔内完成了的期望激活过程的实际量ΔA_RA。

然而，可替选地，可代之以得到完成了的过程的实际量的其它方式。例如，可预先计算出一族温度曲线，并将测得的温度值与它们比较以预测等式(2)的指数项对最近的时间间隔的积分。

或者，作为又一例，在本实施例中，使用过程完成查找表292来计算在最近的时间间隔内完成了的期望热过程的实际量ΔA_RA。

在本实施例中，预先计算并存储过程完成查找表292。作为如何实现这一点的一个说明性例子，如果器件侧122的真实温度-时间曲线被取近似为这样的阶跃函数：假设该阶跃函数的测量值T_Mn在其被测得的10微秒时间间隔(t_n-1，t_n)内保持恒定，但在其被测得的任何其它10微秒时间间隔内可为不同的恒定值，则对于每个10微秒时间间隔(t_n-1，t_n)，等式(2)的积分成为常数的积分，即：

因此，在本实施例中，过程完成查找表292包括指定期望激活能量E_A的第一列、指定测得的温度T_Mn的第二列以及存储由等式(7)预先算出的相应值ΔA_RAn的第三列。对于每个10微秒时间间隔，块906指示处理器电路110使用已知的激活能量E_A和测得的温度T_Mn来定位相应值ΔA_RAn，该相应值表示在T_Mn被测得的10微秒间隔内发生了的期望过程的近似量。块906然后指示处理器电路110将所定位的值ΔA_Ran添加到当前过程完成寄存器296的内容(在本实施例中，其在时间t＝0被初始设定为零)。因此，在任何给定时间间隔t_n处，当前过程完成寄存器296包含如下值：

$A_{\mathrm{RA}}\left(t_n\right)=\underset{n}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\Δ}{A}_{\mathrm{RAn}}---\left(8\right)$

该值表示在直到t_n为止已经过的全部时间间隔内发生的期望激活过程的量的总和。也就是说，在时间t_n处，当前过程完成寄存器的内容包括指示时间t_n处期望热激活过程的当前完成量的参数。如上面关于预期值A_REn(t_n)所讨论的那样，尽管本说明性实施例仅在辐照脉冲加热阶段生成并比较预期的和实际的过程完成值，然而，可替选地，同样也可对于预热阶段生成并比较这些值。

在本实施例中，块908然后指示处理器电路110对指示期望热过程的当前完成量的参数进行监视。更具体地，块908指示处理器电路110读取当前过程完成寄存器296的内容A_RA(t_n)，并将那些内容与存储在预期过程完成存储器294的与当前时间间隔t_n对应的域中的预期过程完成值A_RE(t_n)相比较。如果存储在当前过程完成寄存器296中的参数A_RA(t_n)的值与存储在预期过程完成存储器294的被寻址的域中的预期值A_RE(t_n)之间存在偏差，则指示处理器电路110控制辐照脉冲生成系统修正辐照脉冲506。更具体地，在块908，如果当前过程完成寄存器296的内容与预期过程完成存储器294的被寻址的域的内容之间存在大于阈值差异的偏差，则块910指示处理器电路修正辐照脉冲506以试图抵消该偏差。在本实施例中，阈值差异是预期值的1％。可替选地，取决于具体应用所期望的可重复性的水平，可代之以其它阈值。

更具体地，在本实施例中，在块908，如果存储在当前过程完成寄存器296中的参数比存储在预期过程完成寄存器294中的预期值大了阈值差异以上，则块910将处理器电路110配置成控制辐照脉冲生成系统180通过缩短后续维持部分504的持续时间来修正辐照脉冲506。

在本实施例中，为了缩短辐照脉冲的持续时间，块910指示处理器电路控制辐照脉冲生成系统180过早熄灭由多个闪光灯182、183、185和187中的至少一个产生的辐照闪光。更具体地，在本实施例中，块910指示处理器电路110使用当前过程完成值与预期过程完成值之间的差异来对存储在存储装置220中的脉冲干预查找表298中的相应记录进行定位和寻址。差异的符号(正或负)表示应分别熄灭还是提升一个或多个灯；在本例中，正的差异(A_RA(t_n)＞A_RE(t_n))表示应过早熄灭一个或多个闪光灯。差异的幅度标识应被过早熄灭的闪光灯中的一个或多个，并标识它们应被熄灭的时间。例如，如果当前过程完成值与预期过程完成值之间的差异仅比阈值差异稍大，则脉冲干预查找表298中的相应记录可仅存储产生第三辐照脉冲成分512的第三闪光灯185的标识，并可存储落入第三辐照脉冲成分512的持续时间内的较后期的干预时间。相反，如果当前过程完成值与预期过程完成值之间的差异比阈值差异大很多，则脉冲干预查找表298中的相应记录可存储第二和第三闪光灯183和185的标识，并可存储指示处理器电路110在辐照脉冲506的持续时间内的较早期熄灭第二和第三辐照脉冲成分510和512的熄灭时间。可替选地，既可在同一时间也可在不同时间熄灭全部闪光灯。

在本实施例中，在这样的熄灭时间被确定后，在等待熄灭时间到达的同时，如上面在块908所讨论的那样，块910指示处理器电路在熄灭时间前的多个连续时间间隔处继续监视实际过程完成值A_RA(t_n)并将其与预期过程完成值A_RE(t_n)相比较。如上所述那样，块910指示处理器电路在多个连续时间间隔处继续查阅脉冲干预查找表298，以随着熄灭时间的逼近在多个连续时间间隔处基于实际过程完成值与预期过程完成值的更多比较结果而再确认并在需要时修改熄灭时间。

在本实施例中，在熄灭时间到达时，块910指示处理器电路将栅极电压施加至由脉冲干预查找表298规定的闪光灯的功率控制电路800的功率减小电路820的晶闸管822。在US 2007/0069161中更详细地说明了以这种方式熄灭闪光灯。

相反，在块908，如果存储在预期过程完成存储器294中的预期值比存储在当前过程完成寄存器296中的参数大了阈值差异以上，则块910将处理器电路110配置成控制辐照脉冲生成系统180通过加长后续维持部分504的持续时间来修正辐照脉冲506。更具体地，块910指示处理器电路110使用当前过程完成值与预期过程完成值之间的差异来对脉冲干预查找表298中的相应记录进行定位和寻址。差异的符号(正或负号)表示应分别熄灭还是提升一个或多个灯；在本例中，负的差异(A_RA(t_n)＜A_RE(t_n))表示应提升一个或多个闪光灯。差异的幅度标识应被提升的闪光灯中的一个或多个，并标识它们应被提升的时间。例如，如果当前过程完成值与预期过程完成值之间的差异仅比阈值差异稍大(其在本实施例中是预期值的1％)，则脉冲干预查找表298中的相应记录可仅存储产生第三辐照脉冲成分512的第三闪光灯185的标识，并可存储落入第三辐照脉冲成分512的持续时间内的较后期的干预时间。相反，如果当前过程完成值与预期过程完成值之间的差异比阈值差异大很多，则脉冲干预查找表298中的相应记录可存储第二和第三闪光灯183和185的标识，并可存储指示处理器电路110在辐照脉冲506的持续时间内的较早期提升第二和第三辐照脉冲成分510和512的提升时间。

同样，在本实施例中，在这样的脉冲提升时间被确定后，在等待提升时间到达的同时，如上面在块908所讨论的那样，块910指示处理器电路在提升时间前的多个连续时间间隔处继续监视实际过程完成值A_RA(t_n)并将其与预期过程完成值A_RE(t_n)相比较。如上所述那样，块910指示处理器电路在多个连续时间间隔处继续查阅脉冲干预查找表298，以随着提升时间的逼近在多个连续时间间隔处基于实际过程完成值与预期过程完成值的更多比较结果而再确认并在需要时修改提升时间。

在本实施例中，在提升时间到达时，块910指示处理器电路110控制辐照脉冲生成系统180通过增大多个闪光灯182、183、185和187中的至少一个用来放电的电路径的电感来加长后续维持部分的持续时间。更具体地，为了实现这种电感增大，块910指示处理器电路110在由脉冲干预查找表298规定的提升时间将栅极电压施加至与由脉冲干预查找表298的内容规定的闪光灯对应的功率控制电路800的功率提升电路830的晶闸管832。在US 2007/0069161中更详细地说明了这种电感增大。在需要时，还可如US 2007/0069161中所公开的那样提供补充电容器(未示出)，使得当栅极电压被施加至晶闸管832时，补充电容器立即开始通过受作用的闪光灯放电。

在块910的脉冲修正之后，脉冲反馈控制例程290结束。可替选地，在给定实施例中，如果在块910作出一个干预动作后可在下一次执行块910时作出第二个干预动作，则可指示处理器电路进入块912以继续处理。

在本实施例中，在块908，如果存储在当前过程完成寄存器296中的参数与存储在预期过程完成存储器294中的预期值之间的偏差不大于阈值差异，则块912指示处理器电路110确定是否已完成辐照脉冲506的生成。在本实施例中，这是通过确定从辐照脉冲506的生成开始是否已经过了4毫秒以上来实现的，然而，可替选地，也可应用其它准则来确定辐照脉冲506的生成的完成。如果辐照脉冲506的生成尚未完成，则指示处理器电路110返回块908，以如上所述那样继续对指示期望热激活过程的当前完成量的参数进行监视，以得到该参数与其预期值之间的可能偏差。在完成了辐照脉冲506的生成时，脉冲反馈控制例程290于是结束。

根据本发明的另一个类似实施例，可为每个辐照脉冲而不是仅仅为其对工件的作用与预期作用之间存在大于阈值差异的偏差的那些辐照脉冲提供这种脉冲修正。例如，在一个说明性的可替选实施例中，闪光灯的电容器组被故意过充电，从而使块910总是指示处理器电路110控制辐照脉冲生成系统180通过熄灭由全部闪光灯产生的辐照闪光来缩短后续维持部分504的持续时间。再次参照图3，因此，在该说明性的可替选实施例中，结果得到的辐照脉冲总是具有与辐照脉冲300的后沿305类似的陡峭倾斜的后沿。该说明性的可替选实施例倾向于增强工件的目标表面区域在暴露于辐照脉冲的维持部分后冷却的迅速性，确保更加一致的总体热循环，而且还可提供对所实现的实际过程结果的进一步增强的控制。在该说明性的可替选实施例中，省略了阈值的概念，并且在块910自动使用脉冲干预查找表298来如上所述那样基于预期过程完成值与实际过程完成值的比较结果来确定闪光灯应被熄灭的时间。

可替选地，在又一个说明性实施例中，辐照脉冲总是通过熄灭闪光灯来过早地终止，以提供类似于图3中的305的陡峭倾斜的后沿，但省略了反馈控制。辐照脉冲可以例如在由用户通过软件控制指定的可调整的时间、或者在由主RTP例程响应于用户所指定的热循环的其它更普通的参数而指定的时间、或者在默认时间过早地熄灭。

可替选地或附加地，如上所述的实时反馈控制、辐照脉冲506和结果得到的温度-时间轮廓608也可无需物理地去除或更换硬件组件、而是单独通过软件控制以其它方式来容易地修正。例如，由于辐照脉冲成分508、510和512可由处理器电路将栅极电压施加至相关的单独供电系统189、191、193和195的相应晶闸管836来生成，所以主RTP例程221或脉冲反馈控制例程290可被修正为使得用户能够容易地改变辐照脉冲成分的相对时序。类似地，由于处理器电路110可通过控制每个单独供电系统189、191、193或195的供电单元802将相关电容器组828充电至不同的可调直流电压来调整单独脉冲成分508、510和512的幅度，所以主RTP例程或脉冲反馈控制例程290可被修正为允许用户容易地调节这些成分的相对幅度。此外，这里说明的脉冲修正方法的说明性例子(比如由处理器电路110将栅极电压施加至晶闸管822以过早熄灭脉冲或施加至晶闸管832以扩展或提升脉冲)也是可容易地软件调整的。因而，这些脉冲修正方法可由用户通过软件而无需硬件重新设计、全局地或有选择地控制由各个闪光灯产生的各个脉冲成分来容易地调整。这种对辐照脉冲成分的相对时序、幅度和形状的修正可以在如上所述那样在辐照脉冲期间缺乏实时反馈控制的实施例中进行，以及在提供这种反馈控制的实施例中进行。为了说明的目的而描述了四个高功率闪光灯，但可替选地，使用数量多得多的较低功率闪光灯可有助于更精细地控制辐照脉冲506的总体形状。

这些技术可在其它实施例中加以组合。例如，尽管上述实施例倾向于对于四个闪光灯182、183、185和187使用类似的电路，但可替选地，可代之以不同的功率控制电路组件以进一步改变脉冲形状。由此，不同闪光灯的功率控制电路可具有例如与上面所述不同的电感器、电容器、电阻器和其它组件。这种变化的功率控制电路可对于全部灯都相同，或可替选地，每个闪光灯可使用不同的唯一功率控制电路。类似地，在具有与上面讨论的类似或不同的功率控制电路的实施例中，无论该电路对于全部闪光灯都相同还是对于每个灯是唯一的，均可组合不同的可调充电电压和脉冲开始时间。组合了两个或更多这些方法的实施例(比如对于不同灯具有不同的功率控制电路、对于每个灯具有不同充电电压、不同相对放电时间和单独的脉冲修正能力)可得到更精细的脉冲形状控制。因此，结果可产生更近似于图3所示的示例辐照脉冲300的辐照脉冲。结果，在这样的实施例中，脉冲的维持部分可将工件的目标表面区域的温度保持在自期望温度起的比图6中的604所示的温度范围小的期望范围内。例如，在一些这样的实施例中，期望范围可以是自期望温度602起的约1×10¹℃内。在其它这样的实施例中，期望范围可以是自期望温度起的约3℃内。

作为又一可替选方案，尽管多个在时间上交错且重叠的辐照脉冲成分508、510和512被组合以生成辐照脉冲506，但可替选地，可采用多个同时开始的电脉冲成分来产生多个相应的同时开始的辐照脉冲成分，并可由这里和US 2007/0069161中说明的那些适当的电流减小或提升技术来修正电脉冲成分，以使得结果得到的总的组合辐照脉冲符合期望的新颖脉冲形状，例如图3中的300或图5中的506所示的脉冲形状。

可替选地，单个辐照源可代替多个闪光灯。例如，参照图10，总体上以1000示出了根据本发明的第三实施例的热处理设备。与上面说明的其中工件106的目标表面区域是整个器件侧表面122的实施例形成对照，在本实施例中，工件的目标表面区域包括半导体晶片120的器件侧122的区域片段1002。在本实施例中，辐照脉冲生成系统包括代替图1所示的多个闪光灯的扫描激光器1004。在本实施例中，扫描激光器1004被配置成生成具有非对称空间轮廓的激光束1006。处理器电路110(图10中未示出)被配置成通过控制扫描激光器1004使具有非对称空间轮廓的激光束1006在少于工件106的热传导时间的时间内扫过区域片段1002来生成辐照脉冲。

参照3和图10，在本实施例中，处理器电路110被配置成控制辐照脉冲生成系统(在本实施例中是扫描激光器1004)生成入射到工件106的目标表面(在本实施例中为区域片段1002)上的辐照脉冲300的初始加热部分302和后续维持部分304。而且，像在前面说明的实施例中那样，初始加热部分302和后续维持部分304的组合持续时间少于工件的热传导时间。初始加热部分302将目标表面区域即区域片段1002加热至期望温度，而后续维持部分304将目标表面区域保持在自期望温度起的期望范围内。

更具体地，在本实施例中，扫描激光器1004使激光束1006以逐行扫描方式扫过器件侧122，从而使激光束在少于工件的热传导时间的时间内扫过区域片段1002，并在少于工件的热传导时间的时间内在与区域片段1002相同的扫描行上扫过每个相邻区域片段，但扫过整个扫描行所花费的时间通常比工件的热传导时间长。使激光束1006依次扫过器件侧122上的多个行，直到激光束1006在少于工件的热传导时间的时间内扫描了器件侧上的每个区域片段为止。由此，激光束1006迅速地加热每个这样的区域片段，但区域片段下方的工件本体保持较冷的中间温度，从而担当帮助在激光束1006扫过区域片段后迅速冷却区域片段的“热沉”。在需要时，如上面关于其它实施例所说明的那样，这种激光器扫描可与预热结合。

参照图3、10和11，在本实施例中，处理器电路110被配置成控制扫描激光器1004通过使激光束1006的第一空间部分1102扫过区域片段1002来生成初始加热部分302，并通过使激光束1006的第二空间部分1104扫过区域片段1002来生成后续维持部分304，其中第一空间部分1102和第二空间部分1104是非对称的。更具体地，在本实施例中，图11所示的激光束1006从左到右逐个扫过器件侧122的每行，因此第一空间部分1102的前沿是激光束的开始在任何给定目标表面区域(如区域片段1002)上扫描的初始部分，而第二空间部分1104的后沿是激光束的结束在目标表面区域上扫描的最后部分。应认识到，图11所示激光束1006的空间轮廓在效果上是图3所示辐照脉冲300的时间轮廓的镜像，且使激光束1006在小于工件的热传导时间的时间内从左到右快速扫过区域片段1002在效果上将该区域片段暴露于具有图3中以300示出的时间形状的辐照脉冲。

图11所示激光束1006的空间轮廓可以任何适当方式实现。例如，可修改美国专利号7,005,601中所述的透镜和其它光学组件，以产生具有图11所示空间轮廓的激光束。当提供有本说明书的教导时，透镜设计领域的普通技术人员应能够实现这样的修改。

在需要时，图10和11所示的实施例可被进一步修改为包含对因激光束1006扫过给定目标表面区域而导致的辐照脉冲的实时反馈控制。例如，可如上所述那样对指示辐照脉冲期间期望热过程的当前完成量的参数进行监视。代替上面关于闪光灯系统所述的脉冲修正技术，处理器电路110可被配置成控制扫描激光器1004通过改变总激光功率、或通过减小由激光束在扫过区域片段1002时供给区域片段1002的功率、或相反地通过增大由激光束供给区域片段1002的功率来修正辐照脉冲。

可替选地，可用其它方式代替上述方式来生成根据本发明的说明性实施例的辐照脉冲。例如，可以不采用单个辐照源或小数量的辐照源而采用大数量的辐照源。作为一个说明性例子，可采用大数量的闪光灯，使大数量的闪光灯放电以生成初始加热部分，并使小数量的闪光灯逐个或逐组放电以生成并维持后续维持部分。可替选地，市场上可买到的脉冲形成网络可被配置成为单个源或多个源供电以生成根据本发明的说明性实施例的辐照脉冲。

再次参照图3和5，其它说明性实施例可能涉及与图3所示的理想辐照脉冲300和图5所示的说明性辐照脉冲506都不同的辐照脉冲。例如，在一个说明性的可替选实施例中，后续维持部分的持续时间可能显著更长。在该实施例中，由于维持部分在时间上的延长以及理想维持部分的幅度随时间逐渐变小这一事实，维持部分的平均幅度可能小于脉冲的初始加热部分的峰值幅度的一半。结果，半高全宽可能主要表示初始加热部分的持续时间，而可能排除落入半高值以下的大部分维持部分，所以四分之一高全宽(FWQM)成为总脉冲持续时间的更有意义的指标。与图5所示的辐照脉冲506不同，其它实施例中的辐照脉冲的FWQM可能大于工件的热传导时间的一半。在一个这样的说明性实施例中，与辐照脉冲506的约3毫秒的FWQM形成对比，整个辐照脉冲的四分之一高全宽(FWQM)可在约1×10^-2秒(10毫秒)的量级。这种可替选脉冲的十分之一高全宽甚至可超过10毫秒，然而，对于许多应用来说，最好避免将表面上的目标区域的温度维持在期望过程温度处或期望过程温度附近达工件的热传导时间或更长，以避免非期望量的扩散或其它非期望效应。这种辐照脉冲的半高全宽(FWHM)可例如是2至3毫秒。

更一般而言，尽管已描述和说明了本发明的多个具体实施例，但应认为这些实施例仅对本发明进行说明而不是如根据所附权利要求书所解释的那样对本发明构成限制。

Claims (35)

1.一种对工件进行热处理的方法，所述方法包括：

生成入射到所述工件的目标表面区域上的辐照脉冲的初始加热部分和后续维持部分；

其中所述初始加热部分和所述后续维持部分的组合持续时间少于所述工件的热传导时间；

其中所述初始加热部分将所述目标表面区域加热至期望温度；并且

其中所述后续维持部分将所述目标表面区域保持在自所述期望温度起的期望范围内。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述工件包括半导体晶片。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述初始加热部分和所述后续维持部分是非对称的。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述维持部分向所述目标表面区域递送足以对从所述目标表面区域到所述工件体内的热传导进行补偿的功率。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述维持部分进一步向所述目标表面区域递送足以对通过所述目标表面区域与其环境之间的热辐射和传导而进行的热交换进行补偿的功率。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述维持部分以至少1×10²W/cm²的速率向所述目标表面区域递送功率。

7.根据权利要求2所述的方法，其中所述期望范围是自所述期望温度起的5×10¹℃内。

8.根据权利要求2所述的方法，其中所述期望范围是自所述期望温度起的1×10¹℃内。

9.根据权利要求2所述的方法，其中所述期望范围是自所述期望温度起的3℃内。

10.根据权利要求2所述的方法，其中所述组合持续时间使得所述辐照脉冲的半高全宽小于所述工件的所述热传导时间的一半。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述半高全宽是2ms。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述组合持续时间使得所述辐照脉冲的四分之一高全宽小于所述工件的所述热传导时间的一半。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述四分之一高全宽是3ms。

14.根据权利要求2所述的方法，其中所述组合持续时间使得所述辐照脉冲的四分之一高全宽大于所述工件的所述热传导时间的一半。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述四分之一高全宽是1×10^-2s。

16.根据权利要求2所述的方法，其中所述目标表面区域包括所述半导体晶片的器件侧，并且其中所述生成包括使用多个闪光灯生成所述辐照脉冲。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述生成包括：在辐照脉冲开始时间点亮所述多个闪光灯中的至少一个，随后点亮所述多个闪光灯中的至少另一个。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述生成包括在所述辐照脉冲开始时间同时点亮所述多个闪光灯中的至少两个。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述随后点亮包括：随后在所述辐照脉冲开始时间后的第一时间间隔处点亮所述多个闪光灯中的至少第一另一个，并随后在所述辐照脉冲开始时间后的第二时间间隔处点亮所述多个闪光灯中的至少第二另一个。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一和第二时间间隔分别是在所述辐照脉冲开始时间后的1毫秒和2毫秒。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一和第二时间间隔分别是在所述辐照脉冲开始时间后的0.8毫秒和1.8毫秒。

22.根据权利要求2所述的方法，其中所述目标表面区域包括所述半导体晶片的器件侧的区域片段，并且其中生成所述辐照脉冲包括使具有非对称空间轮廓的激光束在少于所述工件的所述热传导时间的时间内扫过所述区域片段。

23.根据权利要求22所述的方法，其中生成所述初始加热部分包括使所述激光束的第一空间部分扫过所述区域片段，并且其中生成所述后续维持部分包括使所述激光束的第二空间部分扫过所述区域片段，其中所述第一空间部分和所述第二空间部分是非对称的。

24.根据权利要求2所述的方法，进一步包括在生成所述辐照脉冲之前先将所述工件预热至低于所述期望温度的中间温度。

25.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：

对指示所述辐照脉冲期间期望热过程的当前完成量的至少一个参数进行监视；以及

响应于所述至少一个参数与预期值之间的偏差而修正所述辐照脉冲。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述修正包括在所述至少一个参数比所述预期值大了阈值差异以上的情况下缩短所述后续维持部分的持续时间。

27.根据权利要求25所述的方法，其中所述修正包括在所述预期值比所述至少一个参数大了阈值差异以上的情况下加长所述后续维持部分的持续时间。

28.一种对工件进行热处理的方法，所述方法包括：

生成入射到所述工件的目标表面区域上的辐照脉冲的初始加热部分和后续维持部分；

其中所述初始加热部分和所述后续维持部分的组合持续时间少于所述工件的热传导时间；

对指示所述辐照脉冲期间期望热过程的当前完成量的至少一个参数进行监视；以及

响应于所述至少一个参数与预期值之间的偏差而修正所述辐照脉冲。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述工件包括半导体晶片。

30.根据权利要求29所述的方法，其中所述修正包括在所述至少一个参数比所述预期值大了阈值差异以上的情况下缩短所述后续维持部分的持续时间。

31.根据权利要求30所述的方法，其中所述目标表面区域包括所述半导体晶片的器件侧，其中所述生成包括使用多个闪光灯生成所述辐照脉冲，并且其中缩短所述辐照脉冲的持续时间包括过早熄灭由所述多个闪光灯中的至少一个产生的辐照闪光。

32.根据权利要求29所述的方法，其中所述目标表面区域包括所述半导体晶片的器件侧的区域片段，其中生成所述辐照脉冲包括使具有非对称空间轮廓的激光束在少于所述工件的所述热传导时间的时间内扫过所述区域片段，并且其中修正所述辐照脉冲包括减小由所述激光束供给所述区域片段的功率。

33.根据权利要求29所述的方法，其中所述修正包括在所述预期值比所述至少一个参数大了阈值差异以上的情况下加长所述后续维持部分的持续时间。

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述目标表面区域包括所述半导体晶片的器件侧，其中所述生成包括使用多个闪光灯生成所述辐照脉冲，并且其中加长所述后续维持部分的持续时间包括增大所述多个闪光灯中的至少一个用来放电的电路径的电感。

35.根据权利要求29所述的方法，其中所述目标表面区域包括所述半导体晶片的器件侧的区域片段，其中生成所述辐照脉冲包括使具有非对称空间轮廓的激光束在少于所述工件的所述热传导时间的时间内扫过所述区域片段，并且其中修正所述辐照脉冲包括增大由所述激光束供给所述区域片段的功率。

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