CN1608199A

CN1608199A - 测量温度和热处理的方法及系统

Info

Publication number: CN1608199A
Application number: CNA028259602A
Authority: CN
Inventors: 大卫·玛尔科穆·卡穆; 沙乌娜·科温; 马瑟尔·爱得摩德·莱甫兰克斯; 格莱格·司徒亚特
Original assignee: Vortek Industries Ltd
Current assignee: Beijing E Town Semiconductor Technology Co Ltd; Mattson Technology Inc
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2002-12-23
Publication date: 2005-04-20
Anticipated expiration: 2022-12-23
Also published as: JP5166562B2; JP2009092676A; US7616872B2; WO2003060447A8; CN101324470B; DE10297622T5; JP2005515425A; KR101067901B1; US20060096677A1; AU2002350358A1; CN100416243C; US7445382B2; CN101324470A; JP5133278B2; KR20100039455A; KR101067902B1; WO2003060447A1; JP2011117979A; KR20040066930A; DE10297622B4

Abstract

本发明提供了温度测量和热处理方法及系统。一种方法含有测量由工件第一表面热发射的辐射的当前强度，并根据该当前强度和第一表面的至少一种热属性确定第一表面的当前温度。优选地，所述工件含有半导体晶片，第一和第二表面各自含有其器件侧和衬底侧。由现在器件侧受到辐照时，例如用持续时间小于晶片热传导时间的辐照闪光辐照时，确定该器件侧的温度。器件侧温度可以根据先前器件侧温度来确定，先前器件侧温度可以根据衬底侧的先前温度来确定，所述衬底侧的先前温度不等于先前的器件侧温度和晶片的温度历史。

Description

测量温度和热处理的方法及系统

本申请要求2001年12月26日提交的美国专利申请系列号60/342,115的优先权，该专利申请并入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及测量温度的方法和系统。本发明还涉及热处理工件的方法和系统。

背景技术

在一些应用中，必须测量其温度难以直接测量的工件的温度。例如，当工件是半导体晶片时，尽管晶片衬底侧的温度常常可以直接测量，但是精确地直接测量晶片的器件侧温度是不可能的，因为器件侧上器件的不均匀构图产生沿着器件侧不同位置上散射和发射性的明显变化，导致明显的温度测量误差。

过去，这并不造成明显的问题，因为许多快速热处理循环涉及加热晶片的衬底侧，与通过晶片的热传导相比(通常为10-15毫秒)，其加热或升温速度更慢，在器件侧上给定位置的温度可以假定等于衬底侧上相应的相对位置的温度，由这样的假设产生的误差对于实现那时可以应用的性能要求并不重要(其现在迅速变得过时)。

但是，这些传统技术不能产生足够浅的结点，以符合当前的和未来的工业要求。解决这一难题的新技术公开在未决PCT申请公开WO02/47143和WO 02/47123(它们并入本文作为参考)，并且这种新技术涉及用比通过晶片的热传导速度慢的升温速度照射衬底侧来预热整个晶片到某一中间温度，然后通过照射器件侧用远高于热传导速度的速度加热晶片的器件侧。作为任意的实例，晶片可以预热到例如800℃的中间温度，例如用弧光灯以例如400℃/秒的速度照射衬底侧。然后将器件侧暴露于来自闪光灯的高强度闪光，例如1毫秒的闪光，仅仅将器件侧加热到例如1300℃的退火温度。由于在闪光过程中器件侧的快速加热速度(在10⁵℃/s数量级)，晶片本体保持在中间温度，并且作为散热器，然后在闪光之后冷却器件侧。

为了减小晶片之间的性能变化，重要的是保证每个晶片经历一致的可重现的热过程，从一个晶片到另一个晶片尽可能经历相同的过程。为此目的，希望的是精确测量闪光过程中晶片器件侧的温度，并且使用这样的温度测量进行闪光强度的反馈控制。但是，如上所述，传统的方法不足以为此目的精确地测量器件侧的温度。

因此，对于测量工件温度的改进方法和对于热处理工件的改进方法存在需求。

发明内容

根据本发明的第一方面，本发明通过提供一种测量温度的方法解决了上述需求。该方法含有测量来自工件第一表面发出的热辐射的当前强度。该方法还含有根据当前强度和在各个先前时刻第一工件的至少一个先前热属性来确定第一表面的当前温度。

所述的工件可以包括半导体晶片。如果是这样，第一表面可以包括晶片的器件侧，第二表面可以包括晶片的衬底侧。在这样的实施例中，确定过程可以包括当器件侧受到照射时，更具体地，当器件侧暴露于闪光时间小于晶片的热传导时间的照射闪光时，确定器件侧的当前温度。照射闪光的照射时间小于10毫秒，例如在1毫秒数量级的照射时间。

该方法可以包括在先前时刻确定第一表面的至少一种先前热属性。所述至少一种先前热属性可以包括第一表面的先前温度，例如在照射闪光的直接在先开始时晶片器件侧的先前温度。所述至少一种先前热属性还可以包括在照射闪光的直接在先开始时由器件侧发射出的热辐射的先前强度。

因此，所述的确定可以包括根据当前强度、第一表面的先前温度、和先前时刻由第一表面发出的热辐射的先前强度，确定第一表面的当前温度。

第一表面的先前温度可以根据工件的第二表面的先前温度来确定，该第二表面的先前温度不等于第一表面的先前温度。如果这样，第一表面温度可以根据先前的第二表面温度和工件的温度历史来确定。例如，第二表面的先前温度和温度历史可以用来查找查表表格记录。

所述方法还可以包括在先前时刻确定第二表面的先前温度。例如，第二表面的先前温度可以根据第二表面的半球反射率来确定。

所述方法还可以包括测量半球反射率。这可以包括在位于距离第二表面足够远的检测器处接受第二表面反射的辐射，以避免将第二表面与其中放置工件的系统的其它器件的视场隔断。类似地，这可以包括在距离第二表面中心一定距离的检测器处接受第二表面反射的辐射，该距离至少与工件的最大尺寸的一半一样大。

测量第二表面的半球反射率可以包括测量第二表面的定向反射率，并且然后可以包括向该定向反射率应用散射校正，以获得半球反射率。该方法还可以包括产生散射校正。

第二表面的先前温度可以根据第二表面的半球散射率和第二表面发出的热辐射进行确定。

所述方法还可以包括重复确定并储存在连续的各个时刻第二表面的先前温度的连续值，以产生工件的温度历史。

所述方法还可以包括根据由第一表面发出的热辐射的当前强度的连续的各个值来反复确定第一表面当前温度的连续值。在第一表面被照射时，或者更具体地当第一表面暴露于持续时间小于工件的热传导时间的照射闪光时，可以反复地确定这样的值。

测量由第一表面发出的热辐射的当前强度包括测量入射在第一表面上的照射光谱具有可以忽略不计的强度的波段。该方法可以包括从入射到第一表面上的照射光谱中去除所述波段。

类似地，测量第二表面的定向反射率可以包括测量其中入射到第二表面上的加热照射光谱具有可以忽略不计的强度的照射波段中的反射强度。该方法还可以包括从加热照射光谱中去除所述照射波段。

根据本发明的另一个方面，提供一种热处理工件的方法。该方法例如包括诸如与本发明的在先方面相关进行描述的测量温度的方法。所述方法还包括根据第一表面的当前温度控制入射在工件第一表面上的照射闪光的功率。这可以包括控制向可以产生照射闪光的至少一个照射源提供的功率。控制功率可以包括只有第一表面的当前温度小于预定阈值时开启多个照射源之一。

根据本发明的另一个方面，提供了一种温度测量系统。该系统包括一种测量装置，其被构造用于测量由工件第一表面发射的热辐射的当前强度。该系统还包括与该测量装置相连的至少一个处理器电路，所述至少一个处理器电路被配置用于根据所述当前强度和第一表面的至少一种先前热属性来确定第一表面的当前温度。

所述系统可以包括各种测量装置，例如成像装置和辐射计，例如本文更详细描述的。例如，这样的器件可以包括高速InGaAs光电二极管和/或光电二极管阵列。所述至少一个处理器电路可以被配置与该系统的各种装置配合，以进行本文所述的方法。

根据本发明的另一个方面，提供了一种热处理工件的系统。该系统包括如上所述的温度测量系统，还包括一个照射系统，其可以操作将工件的第一表面暴露于其上入射的照射闪光。所述至少一个处理器电路被配置以根据第一表面的当前温度控制照射闪光的功率。

根据本发明的另一个方面，提供了一种温度测量系统。该系统包括测量由工件第一表面发出的热辐射的当前强度的装置。该系统还包括根据该当前强度和在各个先前时刻第一表面的至少一种先前热属性来确定第一表面的当前温度的装置。

该系统还可以包括实现本文公开的各种功能的装置。

根据本发明的另一个方面，提供了一种热处理工件的系统。该系统包括如上所述的装置，还包括根据第一表面的当前温度控制入射在工件第一表面上的照射闪光的功率的装置。

本发明的某些具体实施例可以提供在闪光过程中获得晶片器件侧的精确测量温度的方法。这些精确测量温度然后可以根据要求用于闪光功率的反馈控制，以保证从一个晶片到另一个晶片的闪光以及所产生的退火过程的一致性。作为一种替代方案，即使这样的温度测量不用于反馈控制，它们可以用于确定假定为一致的热过程之间发生的系统“漂移”或不一致性。在早期阶段确定这样的不一致性可以使系统的用户在这些不一致性发展时校正不一致性，而不是只有发现热加工循环的重复性控制差已经导致晶片之间严重的性能差时来处理大量晶片。

在结合附图阅读本发明具体实施例的以下描述后，本发明的其它方面和特征对于本领域技术人员将变得显而易见。

附图说明

在说明本发明实施例的附图中，

图1是根据本发明的第一个实施例用于测量温度和用于热处理工件的系统的透视图，去除了两个垂直的前侧壁。

图2是图1所示系统的快速热处理系统计算机(RSC)、诊断照明源、成像装置和同步组件的框图。

图3是图1所示系统的快速辐射计的框图。

图4是图1所示系统的超快辐射计的框图。

图5是图2所示的RSC的处理器电路执行的标准辐射程序的流程图。

图6是图2所示的RSC的处理器电路执行的温度监测和控制程序的流程图。

图7是由图2所示的处理器电路执行的半球反射率程序的流程图。

图8是图3中所示的快速辐射计的处理器电路执行的衬底温度程序的流程图。

图9是图4中所示的超快辐射计的处理器电路执行的实时器件侧温度程序的流程图。

图10是由图4所示的处理器电路控制的闪光灯功率控制电路的电路图。

图11是根据本发明的第二个实施例由图4所示的处理器电路控制的闪光灯功率控制电路的电路图。

图12是根据本发明第三个实施例由图4所示的处理器电路控制的闪光灯功率控制电路的电路图。

图13是根据本发明的第四个实施例用于测量温度和用于热处理工件的系统的透视图，去除了两个垂直的前侧壁。

具体实施方式

参见图1，根据本发明的第一个实施例的温度测量系统一般性地表示在100处。在该实施例中，系统100包括测量装置，其配置用于测量由工件106的第一表面104发射的热辐射的当前强度。系统100还包括与测量装置102相连的至少一个处理器电路。该至少一个处理器电路配置用于根据所述当前强度和在各个在先时刻第一表面的至少一种先前热属性来确定第一表面104的当前温度。

在该实施例中，所述至少一个处理器电路包括处理器电路108。在本实施例中，处理器电路108位于测量装置102的外壳内，尽管作为替代方案，该处理器电路根据需要可以处于测量装置远处。在该实施例中，所述至少一个处理器电路还包括位于快速热处理系统计算机(RSC)112内的处理器电路110，和位于附加测量装置116的外壳内的处理器电路114。作为一种替代方案，本文所述的各种功能根据需要可以通过单一的处理器电路实现，或者通过本地和/或远程处理器电路的其它组合来实现。

如本文更详细讨论的，在本实施例中，配置所述的至少一个处理器电路以便在先前时刻确定第一表面104的至少一种先前热属性。更具体地，在本实施例中，所述至少一种先前热属性包括第一表面的先前温度。为了实现这一点，在本实施例中，配置至少一个处理器电路，以便根据工件106的第二表面118的先前温度确定第一表面104的先前温度，第二表面的先前温度不等于第一表面104的先前温度(尽管作为替代方案，在其它实施例中，第二表面的先前温度可以近似等于第一表面的先前温度，例如在以较慢速度预热工件的情况下)。更具体地，在本实施例中，配置至少一个处理器电路，以便根据第二表面118的先前温度和工件106的温度历史确定第一表面104的先前温度。在本实施例中，还配置所述至少一个处理器电路，以便在先前时刻根据第二表面的半球反射率确定第二表面118的先前温度。

快速热处理室

在本实施例中，系统100还用于热处理工件106。在本实施例中，工件106包括半导体晶片120。更具体地，在本实施例中，晶片120是用于半导体芯片如微处理器制造的直径300mm的硅半导体晶片。在本实施例中，工件106的第一表面104包括晶片120的上面或器件侧122。类似地，在本实施例中，工件的第二表面118包括晶片120的背面或衬底侧124。

在本实施例中，为了进行晶片120的这种热处理，将晶片支撑在快速热处理室130内，其有效地作为选择性吸收室。在本实施例中，腔室130与共同拥有的美国专利6,303,411(其并入本文作为参考)公开的有些类似，但是包括在工件之上和之下的辐射吸收区。而不是吸收区和反射区的结合。选择性辐射吸收室130包括上下选择性辐射吸收壁132和134，以及侧壁，其中的两个表示在136和138处，另外两个为了图解说明的目的而被去除。在本实施例中，侧壁136和138(以及未示出的其它侧壁)包括镜面反射性金刚石车削的铝表面，但是，它们与上下壁132和134配合，上下壁包括选择性吸收的水冷窗(下文将更详细讨论)，以便有效地在选定波长作为辐射吸收区。

在本实施例中，腔室130还包括内壁140，内壁140具有其中支持工件106和对比工件142的各个腔。在本实施例中，工件通过多个石英销(未示出)支持在其腔中。如果希望，石英销可以与支持系统(未示出，不是本发明的一部分)一起提供，用于支持工件，支持方式例如共同拥有的美国临时专利申请中所述的那些，该临时专利申请与本发明大约同时提交，标题为“支持工件和热处理工件的方法和系统”，发明人名字为Camm、Sempere、Kaludjercic、Stuart、Bumbulovic和Rudolph。

根据具体用途，内壁140可以是辐射吸收性的或反射性的，反射性表面是更节省能量的，但是辐射吸收性表面产生更高的加热均匀性。另外，可以提供在这些极端之间的妥协，例如部分反射性、部分吸收性的表面，如阳极氧化的铝。类似地，如果希望，腔室130的各个反射性表面可以用完全或部分辐射吸收性表面代替。腔室的全部表面优选通过冷却系统144冷却，在该实施例中，冷却系统包括循环水冷却系统。

在本实施例中，对比工件142是小的金刚石车削的镜面反射性铝镜。作为一个替代方案，对比工件可以用与晶片120类似的硅半导体材料制成，但是在这种情况下，对比工件142优选是相对均匀的，并且不包括器件侧。另外，可以替代使用其它类型的对比工件。

在本实施例中，系统100还包括预热装置150，用于预热晶片120。在本实施例中，预热装置150包括高强度弧光灯152和反射器系统154，反射器系统布置在腔室130的下壁134之下。在本实施例中，下壁134有效地包括滤光器，通过该滤光器，预热装置150的弧光灯152和反射器系统154可以操作，以便投射电磁辐射来加热晶片120。更具体地，在本实施例中，下壁134包括水冷窗156。仍然更具体地，在本实施例中，水冷窗156包括两个平行隔开的石英片，在其中限定冷却通道，通过该通道，用冷却系统144抽送水。

由于水往往吸收1450nm的红外辐射，并且石英也往往吸收更长波长的红外辐射，所以，水冷窗156用于两种主要目的。首先，它作为滤光器，从预热装置产生的照射光谱中去除处于诊断波长的所有辐射，诊断波长在本实施例中为1450nm。换言之，水冷窗有效使预热装置产生的辐射光谱(或者由工件产生的任何反射)对于系统100中的所有测量装置是不可见的，这些测量装置检测处于诊断波长的辐射。其次，它吸收当晶片120变热时热发射的红外辐射，从而防止这种辐射反射回到晶片120上，导致其在不合适的时刻产生不希望的(和不均匀的)加热，例如在冷却阶段。(在实践中，已经发现少量(例如3％)由晶片120发出的处于1450nm诊断波长的辐射可能非故意地被所述窗的上石英片反射回到晶片上，而不是通过上石英片被吸收在两个石英片之间限定的水冷通道中。该后一种作用称为腔室回射，如果希望，可以在系统100中采用的各种测量装置的校准中考虑进来)。

在本实施例中，系统100还包括多个附加测量装置，包括诊断照射源160和辐射检测器。更具体地，在本实施例中，辐射检测器包括第二测量装置116，其在本实施例中包括快速辐射计。类似地，辐射检测器还包括另一种测量装置117，其在本实施例中包括成像装置162。一般来说，在本实施例中，诊断照射源160和成像装置162用来捕捉工件106和对比工件142的第二表面118的图像，以确定工件的半球反射率。热发射和半球反射率测量可以结合，以产生工件第二表面118的温度，如以下更详细讨论的。

在本实施例中，对比工件相对于工件106的平面略微倾斜，诊断照射源160和成像装置成一定角度，因此对比工件和工件以最大反射强度的角度向成像装置162反射来自诊断照射源的入射辐射。如果希望，诊断照射源160、成像装置162和辐射计164可以相对于晶片120的中心区域170以等角度布置。这样的结构可以减小诸如本实施例的实施例中的测量误差，其中工件106的第二表面118不是各向同性地散射(Lambertian)。但是，作为一种替代方案，装置160、162和164可以按不同角度布置，代价是当工件不是关于其中心的法线径向对称时增大测量误差。在本实施例中，装置160、162和164全部被定位以便绕过水冷窗156，因此水冷窗156不过滤由诊断照射源160产生的照射辐射，也不过滤由成像装置162或快速辐射计164接收的辐射。

在本实施例中，系统100还包括照射系统180，其可以操作将工件106的第一表面暴露于其上入射的照射闪光。更具体地，在本实施例中，照射系统180包括闪光灯182和反射器系统184，其直接定位在腔室130的上壁132上。作为一种替代方案，如果希望，可以使用多个闪光灯，或者其它合适类型的照射装置可以替代闪光灯。在该实施例中，上壁132包括水冷窗186，其类似于以上讨论的水冷窗156，其作为过滤器，用于从闪光灯182产生的照射光谱中去除处于1450nm的诊断波长的辐射，和用于吸收来自晶片的该波长热辐射。在本实施例中，照射系统180还包括功率控制系统188，用于向闪光灯182提供电能，以产生照射闪光。

在本实施例中，在晶片120插入腔室130中之前，晶片的器件侧122经过离子注入过程，其引入杂质原子或掺杂剂到晶片的器件侧的表面区域中。离子注入过程破坏晶片表面区域的晶格结构，留下注入的掺杂剂原子在间隙位置中，这里它们是电惰性的。为了将掺杂剂原子移动进入晶格中的置换位置中而使它们成为电活性的，并修复在离子注入过程中发生的对晶格结构的破坏，必须通过将晶片加热到高温来退火晶片器件侧的表面区域。

在本实施例中，根据诸如前述的共同所有的PCT公开WO 02/47143和WO 02/47123中所公开的那些方法的方法进行这样的退火。例如，退火方法的第一阶段可以包括将晶片预热到中间温度，速度比通过晶片的热传导时间慢，因此整个晶片被比较均匀地加热到中间温度。在本实施例中，这一预热阶段通过用弧光灯152照射晶片的背面或衬底侧124来实现，以便将晶片按例如100℃/秒-400℃/秒的升温速度加热到中间温度，例如500℃-1100℃。在预热阶段后，晶片的上面或器件侧122被快速加热到明显更高的退火温度，加热速度远高于通过晶片的热传导时间，因此只有晶片的上面表面区域被加热到最终退火温度，而晶片的本体保持接近较冷的中间温度。在该实施例中，该第二阶段通过将上面表面暴露于来自照射系统180的高功率闪光较短的时间来实现，所述较短的时间例如为1毫秒数量级。晶片的较冷本体然后作为散射器，以促进上面表面的快速冷却。

为了保证这些晶片的充足的热处理，和为了获得在腔室130中相继处理的类似晶片的一致性热处理，希望的是在第二阶段过程中，也就是在快速照射闪光过程中，实时监测器件侧的温度，如本文更详细讨论的。在某些情况下，如果照射系统180的物理参数往往随时间而变化，则通过使用这种实时的器件侧温度值来控制照射闪光发生时的功率，可以增强热处理的一致性。因此，在本实施例中，配置至少一种处理器电路，以便根据工件106的第一表面104的当前温度控制照射闪光的功率，如以下更详细讨论的。

衬底侧预热装置

在本实施例中，弧光灯152是500kW双水壁氩等离子体弧光灯，可以得自Vortek Industries Ltd.of Vancouver，British Columbia，Canada。这种弧光灯的一个实例公开在共同所有的PCT申请公开WO 01/54166中，其并入本文作为参考。与钨丝灯光源相比，这样的弧光灯为半导体退火提供许多优点，如上述PCT公开中所讨论的。对于更大的温度升高，多个弧光灯可以替代单个弧光灯152。但是，作为一种替代的方案，其它类型的预热装置，包括闪光灯，甚至例如钨丝灯光源或这样的灯源阵列可以作为替代。

诊断照明光源

在本实施例中，诊断照明光源160可以运行以产生诊断波长为1450nm的诊断闪光，用于照射晶片120和对比工件142。为此，诊断照明光源160包括短弧氙弧灯190，其具有用于使弧光灯190作为闪光灯的脉冲放电供电单元(未示出)和绕过腔室130下壁134的水冷窗156的不相干光纤束192。来自弧光灯190的辐射通过不相干光纤束192，绕过滤光器水冷窗156，因此当测量目的要求时，允许诊断波长的辐射用诊断波长的闪光照射晶片120和对比工件142的衬底侧。但是，作为替代的方案，用于产生这种诊断闪光的任何其它合适的构造可以进行替代。例如，连续的照射光源，如一个或多个钨丝灯，可以与机械快门(未示出)一起使用，其所述机械快门可以操作迅速打开和关闭，以照射晶片和对比工件。如果这样，快门优选是辐射吸收性的并且被冷却。作为进一步的举例说明的实例，处于1450nm诊断波长的一个或多个光电二极管或激光二极管可以替代弧光灯190。

成像装置

一般来说，在本实施例中，测量装置117，更具体的是成像装置162，与至少一个处理器电路相连，该处理器电路配置用于与成像装置配合来测量工件106的第二表面118的半球反射率。更具体地，在本实施例中，成像装置作为辐射检测器，其配置用于接收第二表面118反射的辐射，该检测器位置距第二表面足够远，以避免使第二表面与系统其它装置的视场阻隔，所述其它装置例如快速辐射计164和诊断照明光源160。为此，在本实施例中，成像装置距第二表面118中心的距离至少等于工件106的最大尺寸的一半。成像装置被配置用来测量第二表面的定向反射率，至少一个处理器电路被配置用于对该定向反射率进行散射校正，以获得半球反射率，如下文更详细讨论的。因此，与测量半球反射率的传统装置相比，成像装置162是有优势的，测量反射率的传统装置必需放置得非常靠近被测目标，例如积分半球(integrating hemisphere)。

在本实施例中，成像装置162包括红外照相机，其可以操作用来产生工件106和对比工件142的图像，工件106和对比工件142都在成像装置162的视场内。在本实施例中，红外照相机包括二极管阵列，更具体的是光电二极管焦平面阵列。仍然更具体地，在本实施例中，红外照相机包括320×256像素的铟-镓-砷化物(InGaAs)二极管阵列，其具有12bit的灵敏度。所述照相机还包括聚焦光学系统(未示出)，并且还包括中心在1450nm的窄带滤光器，因此，该照相机仅对1450nm的诊断波长及其附近非常窄的带宽(例如±15nm)敏感。因此，在本实施例中，配置成像装置162来测量在照射波段中工件的第二表面118的定向反射率，在照射波段中，入射在第二表面上的加热照射光谱具有可以忽略不计的强度。在这方面，应该回想系统100有效地包括过滤装置，配置过滤装置以便从加热照射光谱中去除照射波段(更具体地，在本实施例中，过滤装置包括夹在第二表面118和加热照射光谱源如弧光灯之间的水冷窗156，因为水冷窗阻断成像装置162敏感的1450±15nm的整个诊断波段。作为替代方案，其它成像装置，例如其它的二维或一维二极管阵列，或电荷耦合装置(CCD)例如可以用来进行替代。

参见图1和2，在本实施例中，成像装置162与RTP系统计算机(RSC)112的数字桢接收器卡200相连，用于将代表工件162和对比工件142的图像的数字数据传输到RSC 112的处理器电路110。作为替代方案，如果希望，可以放置成像装置与距离RSC 112远程并与其相连的单独的处理器电路连通。

如果希望，除了使用这样的数字图像数据，以便为了测量其温度而确定工件106的半球反射率以外，这样的图像数据还可以用来产生工件106的第二表面118的实时二维温度图。这些温度图用于确定在整个热过程中工件的加热均匀性。例如，在前述共同所有的美国专利6,303,411中更详细地讨论了空间分辨的温度图。

在本实施例中，成像装置和诊断照射源160还与同步模块202连通。

同步模块

参见图1和2，在本实施例中，同步模块202用来使成像装置162与诊断照明源160同步，以便在用诊断闪光照射时(以及如果希望，则在诊断闪光之前和/或之后)，使成像装置162能产生工件106和对比工件142的图像。

为此，同步模块202从成像装置162接收视频图像同步信号，根据该信号，产生具有可调节的延迟的脉冲信号，以便在希望的时刻启动诊断照明光源160。如果希望，可以选择不同类型的视频图像同步信号，如复合模拟视频、标准TTL视频和LVDS差示数字视频。

为了根据来自成像装置162的视频图像同步信号产生可调节延迟的脉冲信号来启动诊断照明源160，同步组件202包括内部时钟204，其在本实施例中是48MHz时钟，并且能够产生“开”和“关”延迟信号，且可调节的延迟范围为0-99,999微秒，分辨率为1微秒，延迟精确度优于40纳秒。在该实施例中，同步组件202产生“开”脉冲信号，以便刚好在成像装置162的积分期间开始之前启动诊断照明源160，以保证当诊断照明源以其最大强度照射工件和对比工件时，成像装置162捕捉来自工件和对比工件的反射辐射，从而使所得数字反射率图像的信噪比最大。

RTP系统计算机(RSC)

参见图1和2，在图2中在112处更详细表示了RTP系统计算机(RSC)。在本实施例中，RSC包括处理器电路110，其在本实施例中包括微处理器210。但是，更一般地说，在本说明书中，术语“处理器电路”意欲广义地包括能够执行本文所述功能的任何类型的装置或装置的组合，例如包括(没有限制)其它类型的微处理器、微控制器、其它集成电路、其他类型电路或电路组合、逻辑门或门阵列、或者任何种类的可编程装置，这些可以单独使用或者与其它这类装置组合，它们可以处于相连位置或者相互处于远程。在仔细阅读本说明书时，附加类型的处理器电路对本领域技术人员将是显而易见的，任何这些其它类型的处理器电路的替代都被认为不脱离所附权利要求限定的本发明范围。

在本实施例中，微处理器210与储存装置220相通，其在本实施例中包括硬盘驱动器。储存装置220用来储存多个程序，其配置微处理器210或为微处理器220编程，以实现本文所述的各种功能，包括标准辐射程序222、半球反射率方案224、温度检测和控制方案226、网络同步算法228。一般来说，处理器电路110采用网络同步算法228来调节在RSC112与系统100的各种其它装置之间的网络通讯，以保证非决定性等待时间小于50μs。其余方案在下文更详细讨论。

在本实施例中，储存装置220还用来储存微处理器210接收或使用的各种数据。更具体地，在本实施例中，储存装置220包括图像桢储存器242、温度历史储存器244和查表表格储存器246，图像桢储存器用于储存数字数据，该数字数据表示由成像装置162接收的工件106和对比工件142的图像，温度历史储存器244用于储存由快速辐射计164接收的工件温度值，查表表格储存器用于储存微处理器210所用的查表表格，以便根据第二表面118的温度和工件的温度历史确定工件第一表面104的温度，第二表面118的温度不等于第一表面的温度。

在本实施例中，微处理器210还与存储器装置260相连，该存储器装置在本实施例中包括随机存取存储器(RAM)。微处理器210使用存储器260储存表示各种物理性质的值，所述各种物理性质由微处理器在执行存储装置220储存的各种程序过程中使用。更具体地，在本实施例中，这样的程序指示微处理器在RAM中确定多个寄存器，包括标准反射率寄存器264、标准辐射寄存器266、工件比例寄存器270、定向反射率寄存器272、散射值寄存器274、散射校正寄存器276、半球反射率寄存器278、衬底温度寄存器280、升温速度寄存器282、以及器件侧温度寄存器284，这些将在下文中详细讨论。

在本实施例中，微处理器210与数字桢接收器卡200相连，用于接收数字数据，该数字数据代表由成像装置162产生的工件106和对比工件142的红外图像。

本实施例的微处理器210进一步与输入/输出(I/O)端口290相连，用于与图1中所示的系统100的各种装置相通，包括快速辐射计164、测量装置102、辐射装置180、预热装置150、用户输入装置(未示出)，如键盘和/或鼠标，以及同步组件202，用来控制诊断照射光源160和成像装置162。在本实施例中，I/O界面290包括光电转换器，用于通过纤维光学网络192与这些装置中的至少一些(例如快速辐射计164和测量装置102)相通。在这方面，将会理解的是，这样的光学相通避免了由电磁干扰和电噪音造成的困难，所述电磁干扰和电噪音由预热装置150和发光系统180所需的大电流和突然放电产生。

快速辐射计

参见图1和3，在图3中的164处一般表示了测量装置116，或者更具体地快速辐射计。一般来说，在本实施例中，快速辐射计164接收由工件106的第二表面118在1450nm的诊断波长热发射的电磁辐射，并产生相应的发射率补偿的温度值，该值代表工件第二表面的温度。

为了实现这一点，在本实施例中，快速辐射计164包括中心大约为诊断波长1450nm的窄带滤波器302，用于阻断诊断波长以外的波长。快速辐射计进一步包括光学组件304，用于将工件的第二表面118的中心区域170发出的电磁辐射聚焦在光电二极管306的有源元件上，光电二极管306在本实施例中包括高速、低噪音InGaAs PIN二极管。在本实施例中，中心区域170包括晶片120的衬底侧124中心处直径约2cm的区域。

光电二极管306与放大器308相连，放大器308在本实施例中包括差动转移阻抗放大器，其具有约2.5kHz的3dB电带宽。放大器308调节和放大来自发光二极管的输出信号，将放大后的信号提供到模数(A/D)转换器310。在本实施例中，A/D转换器310以25kHz的过取样速度(over-sampling rate)产生放大后的光电二极管信号的20比特(bit)样品。

A/D转换器310与快速辐射计164的处理器电路114相连。处理器电路114与第一和第二储存装置相连，第一和第二储存装置在本实施例中包括程序存储器314和工作存储器316。程序存储器储存指令码或程序，后者配置处理器电路114以执行各种功能，包括衬底温度程序318，其指示处理器电路114确定晶片120的衬底侧124的温度，如下文更详细讨论的。衬底温度程序318指示处理器电路114在工作存储器316中确定多个寄存器，包括半球反射率寄存器320和衬底温度寄存器322。程序存储器314可以包括任何合适类型的存储器装置，但是优选的是非易失存储器，如ROM、EPROM、EEPROM或FLASH存储器。类似地，工作存储器316可以包括任何合适类型的存储器装置，如RAM。

处理器电路114与输入/输出(I/O)接口330，用于与图1中所示的RSC112的处理器电路110。在本实施例中，I/O接口330包括光-电转换器，用于通过光纤网络292与RSC相连。如下所讨论的，在本实施例中，快速辐射计164每毫秒有效地测量晶片120的衬底侧124的温度，并将升级的衬底温度值以1kHz的速度提供到RSC。快速辐射计164还周期性地接收来自RSC的升级的半球反射率值，其与衬底侧热发射强度值结合，以产生衬底温度值。

器件侧照射系统

返回来参见图1，一般来说，照射系统180可以操作来照射晶片120的器件侧122。测量装置102和至少一个处理器电路配置用来测量当前的强度并确定器件侧的当前温度，此时器件侧正被照射系统180照射。

在本实施例中，照射系统180包括图1中所示的闪光灯182(或者根据需要有多个这样的闪光灯)和反射器系统184。更具体地，在本实施例中，闪光灯182包括高强度弧光灯，与上述共同所有的PCT申请公开WO 01/54166中所公开的类似。

在本实施例中，照射系统180可以操作以便将器件侧122暴露于照射闪光，照射时间小于晶片120的导热时间。在本实施例中，晶片的导热时间在10-15ms数量级。因此，在本实施例中，照射系统180可以操作以便产生持续时间在10毫秒或更小数量级的照射闪光。更具体地，在本实施例中，照射系统可以操作以产生持续时间为1毫秒数量级的照射闪光。

为了实现这一点，在本实施例中，照射系统180进一步包括图1中所示的功率控制系统188。更具体地，在本实施例中，功率控制系统188作为功率供给系统，并且包括脉冲的放电单元，该单元可以预充电，然后突然放电，以便向闪光灯182提供输入功率的“峰值”，来产生系统的照射闪光。更具体地，在本实施例中，脉冲放电单元包括功率供给模块编号VT-20脉冲放电单元，其由Rapp OptoElectronic of Hamburg，Germany制造，其可以运行在约0.5-5ms范围的放电时间内，例如1毫秒放电时间，产生最高60kJ的脉冲。对于这样的放电，闪光灯182可以运行以产生功率输出为4-6MW、持续时间为0.5-5ms的电磁辐射的加热闪光。另外，可以替代使用远远更高的功率供给，例如其可以运行放电300kJ。更一般地，如果希望，其它加热装置可以替代照射系统180。

在本实施例中，功率控制系统188包括插在脉冲放电单元与闪光灯182之间的功率控制电路，用于脉冲放电的反馈控制，如下所讨论的。

超快速辐射计

参见图1和4，测量装置一般性地表示在图4中的102处。在本实施例中，测量装置102包括超快速辐射计400。一般来说，超快速辐射计作为测量装置，其配置用于测量由工件106的第一表面104发射的热辐射的当前强度。超快速辐射计还包括与测量装置相连的处理器电路，其配置用于根据所述当前强度和第一表面104的至少一种先前热性能来确定第一表面104的当前温度，如本文更详细讨论的。更具体地，在本实施例中，配置超快速辐射计400以便与至少一个处理器电路配合，以便在由照射系统180产生的快速照射闪光期间确定晶片120的器件侧温度。例如，这样的闪光可以具有1毫秒数量级的持续时间，并且可以例如将器件侧温度提高数百摄氏度。因此，设计超快速辐射计400以具有宽动态范围和超快速时间响应。

参见图1、3和4，在本实施例中，超快速辐射计400在某些方面(但不是全部)类似于图3中所示的快速辐射计164。因此，超快速辐射计400包括1450nm的窄带滤波器402、光学组件404和高速InGaAs PIN光电二极管406，它们在本实施例中类似于快速辐射计的相应元件302、304和306。但是，在本实施例中，光电二极管406包括集成的热电冷却器408，用于控制光电二极管406的温度在20毫开尔文内。

将来自光电二极管406的输出信号供给到放大器410。在本实施例中，放大器410包括非常低噪音的、高速度差示转移阻抗放大器，其具有500kHz的3dB电带宽(electrical bandwidth)。放大器410调节和放大光电二极管输出信号，并且将放大后的信号供给到模数(A/D)转换器412。A/D转换器412以1MHz的取样速度产生放大的光电二激光信号的16bit样品。

A/D转换器412与超快速辐射计400的处理器电路108相连。处理器电路108与第一和第二存储装置相连，其在本实施例中包括程序存储器416和存储器装置418。程序存储器416储存配置处理器电路108执行各种功能的程序，包括实时器件侧温度程序420和动态校正程序422。实时器件侧温度程序指示处理器电路108在存储器装置418中确定多个寄存器和/或储存，包括器件侧热发射强度储存430、初始器件侧温度寄存器432、初始器件侧热强度寄存器434、器件侧温度寄存器436和器件侧温度值储存438。

在本实施例中，处理器电路108与内部参比装置450相连。在本实施例中，内部参比装置被热控制并且高度稳定，用来产生校正和参比信号。动态校正程序422指示处理器电路108根据从内部参比装置450收到的校正和参比信号，调节从A/D转换器412收到的16bit样品，以便动态补偿在超快速辐射计的各种电子元件中可能发生的任何无法预测的漂移。

在本实施例中，处理器电路108还与输入/输出端口460相连，用于与RSC 112的处理器电路110相连，以及与图1中所示的系统100的其他元件相连。具体地，在本实施例中，处理器电路108与照射系统180的功率控制系统188直接相连，以便能使处理器电路108根据闪光期间由处理器电路108获得的实时器件侧温度值来控制照射系统所产生的照射闪光的功率。在本实施例中，I/O端口460包括光电转换器，其能使这样的连通信号在光纤网络292上被传输和接收，从而避免电磁干扰和电噪音的不利影响，这些不利影响在闪光的瞬间附近可能是显著的。

在本实施例中，超快速辐射计400进一步包括屏蔽470，以减小这种干扰对超快速辐射计的各种内部元件的影响。

再参见图1，在本实施例中，测量装置，或更具体地超快速辐射计400，其配置用来测量在入射到第一表面上的照射光谱具有可忽略不计的强度的波带内，来自工件106的第一表面104的热发射的当前强度。为了实现这一点，在本实施例中，系统100有效地包括滤光装置，其配置用来从入射到第一表面上的照射光谱中除去该波带。更具体地，在本实施例中，滤光装置包括插在第一表面104与照射光谱源之间的水冷窗186，照射光谱源在本实施例中是照射系统180。在这方面，可以回忆起水冷窗186用来传输由闪光灯182产生的大部分辐射到晶片120的器件侧122，以加热器件侧，并且同时吸收处于1450nm的诊断波长的辐射。

相反，由于1450nm窄带滤波器402的作用，超快速辐射计仅对1450nm附近的辐射有响应。所以，超快速辐射计仅检测来自器件侧122的热发射，并且不检测由辐射系统产生的和由器件侧反射的任何辐射。水冷窗186还用来吸收由器件侧122热发射的波长(通常为1400nm和更长)处的大部分辐射，从而放置这样的波长被反射回到晶片上，这种反射往往在希望冷却的不合适的时间导致产生器件的不希望的且不均匀的加热。(但是，超快速辐射计可能检测少量“腔室反射”，即由器件侧在诊断波长热发射的辐射的一小部分被窗186的下石英片反射回到器件侧，其可能将这种反射的热发射的一小部分再反射到辐射计。如果希望，腔室反射可能要考虑在动态校正程序422内)。

操作

标准辐射程序

参见图1、2和5，标准辐射程序表示在图5中的222处。一般来说，标准辐射程序222配置RSC 112的处理器电路110来计算值RATIO_STD，其随后在半球反射率程序224过程中由处理器电路110用来确定晶片120的衬底侧124的半球反射率。

在执行标准辐射程序之前，把晶片120从腔室130中取出，并用具有已知反射率R_STD的标样代替。这样，对于该内部测量，工件106包括标样，而不是半导体晶片。在本实施例中，标样是铝晶片，但是，可以替代使用具有已知反射率的任何合适的标样。一旦标样被放在腔室130中，就可以执行标准辐射程序。

标准辐射程序222包括各程序块的指令码，其配置处理器电路110来确定和储存希望的值RATIO_STD。标准辐射程序222用编码的第一程序块500开始，其指示处理器电路有效获得标样和参比工件142的照射后图像。为了实现这一点，程序块500指示处理器电路110根据同步模块接收来自如上所述的成像装置162的视频同步信号，向图2中所示的同步模块202发出信号。同步模块产生电脉冲信号，以便刚好在成像装置162的积分器件开始之前激活诊断照明源160，因此该成像装置捕获工件106(在这种情况下是标样)和参比工件142的图像，而这些目标被诊断照射闪光用最大强度照射。成像装置162将代表所捕获的标样和参比工件的图像的信号传输到数字桢接收器卡200。处理器电路110接收代表所捕获图像的来自桢接收器卡的数据，并将所接收的数据储存在存储装置220中的图像桢储存242中。

程序段510然后指示处理器电路110来计算值RATIO_STD。在这方面，将会理解的是如果入射在参比工件上的诊断闪光的强度是I₀，则入射在工件106上的诊断闪光的强度是αI₀，这里α是由系统100的计和结构确定的常数。因此，对比工件反射强度为I₀R_REF的诊断闪光，其中R_REF是参比工件的反射率，类似地，在该情况下为标样的工件106反射强度为αI₀R_STD的诊断闪光。由成像装置162产生的，或更具体地由与工件106的中心区域170相对应的InGaAs光电二极管阵列的各个光电二极管和与参比工件142对应的光电二极管产生的(或者如果CCD替代光电二极管阵列，则由相应的像素产生)，在程序块500储存在图像桢储存242中的数据值，用来计算和储存由工件(在该情况下为标样)反射的强度与由参比工件反射的强度之比，即RATIO_STD＝αI₀R_STD/I₀R_REF＝αR_STD/R_REF。程序段510然后指示处理器电路将所得的值RATIO_STD储存在存储器装置260中的标准辐射寄存器266中。然后结束标准辐射程序。

Ratio_STD的上述计算进行一次，并且对于施加于类似晶片的给定组的热循环，通常不需要重新计算，除非系统100的物理参数改变(例如在照射表面上的灰尘)。为了确定是否应当重新计算Ratio_STD，“校正晶片”或“诊断晶片”(例如，一个没有器件并具有均匀掺杂剂浓度的半导体晶片)可以在系统100中周期性进行热循环，并且可以测量所产生的掺杂剂活化(例如通过测量晶片的表面电阻)。另外，其它因素可能表明需要Ratio_STD的重新计算，例如晶片图像的移动，或者与前一个周期相比，在一个周期中温度测量的剧烈变化。

温度检测和控制程序

其余程序利用直接或间接得自晶片反射率测量的至少某些信息。由于晶片120在低于约700℃下对1450nm的诊断波长不透明性不足以使这样的反射率测量对于许多目的是可靠地精确，因此仅在进行中的热循环范围内描述其余程序，这里晶片达到或超过阈值温度，在该阈值温度，晶片是足够不透明的，使得在诊断波长可以精确进行这样的测量。另外，如果希望，晶片反射率测量可以在更短的波长获得，或者如果希望，为了低温测量的目的，可以预测晶片反射率测量。

参见图1、2和6，温度检测和控制程序表示在图6的226处。一般来说，温度检测和控制程序226配置RSC 112的处理器电路110，以控制预加热装置150来照射晶片120的衬底侧124，将晶片预热到希望的中间温度，与晶片的热传导时间相比，升温速度慢(作为一个任意的说明性实例，这样的升温循环可以将晶片从室温加热到800℃，升温速度为250℃/秒)。在达到中间温度时，温度检测与控制程序指示处理器电路控制照射系统180启动闪光循环，将晶片120的器件侧122加热到希望的退火温度，加热速度远高于晶片的热传导时间(作为另一个任意的说明性实例，器件侧可以暴露于1毫秒的闪光，将器件侧加热到1300℃的温度，而晶片的本体保持接近中间温度)。一旦启动闪光循环，闪光循环的其余部分就直接由超快速辐射计400在实时器件侧温度程序420的指示下进行控制。

温度检测和控制程序226起始于编码的第一程序块600，其指示处理器电路110控制预热装置150，或更具体地控制弧光灯152，以希望的升温速度开始预热工件106。通常来说，对于硅半导体晶片，希望的升温速度在100℃/秒至400℃/秒范围内，尽管在该范围之外的其他升温速度也可以根据要求替代使用。在本实施例中，由于在约700℃以下硅对1450nm的辐射不是不透明的，预热循环以开路温度循环方式开始，这基于预测的晶片温度，该预测晶片温度预期是由向弧光灯152供给预定量的能量而得出的。

程序块602然后引导处理器电路110确定工件106的预测温度是否已经达到预定的阈值温度。在本实施例中，当工件是半导体晶片120时，预定温度约为600℃，尽管对于1450nm的诊断波长还不是完全不透明的，但是高于该温度，对于测量温度和控制程序的使用，晶片是足够不透明的，以提供适当的信号。(当晶片温度升高超过700℃时，它对诊断波长变得完全不透明，从而改善系统的精确度)。

如果在程序块602预测已经达到阈值温度，程序块604指示处理器电路110开始执行半球反射率程序224(下文结合图7更详细讨论)，以便周期性地确定晶片的半球反射率，其又可以由快速辐射计164使用以产生晶片的发射补偿温度测量。

程序块606然后指示处理器电路110开始连续接收和储存来自快速辐射计164的温度值，代表在连续的各个时刻工件106的第二表面118(在本实施例中为晶片120的衬底侧124)的连续温度值。每个这样的温度值由快速辐射计164的处理器电路114产生，如以下结合图8更详细讨论的。程序块606指示处理器电路110在温度历史存储244中储存每个这样的接收的衬底温度值以及当前时刻，作为数据对(T_衬底，t)，以便有效地产生晶片的温度历史纪录。尽管为了容易说明而将程序块606以单一程序块指令码的形式表示在图6中，但是在本实施例中，程序块606继续指示处理器电路在预热循环的整个过程中以及以后的照射冷却阶段接收和储存这些衬底温度值。

程序块608然后指示处理器电路110转换到闭路预热循环。更具体地，程序块608指示处理器电路110对于热循环中每个相应的时间点，开始将由快速辐射计接收的衬底温度值与预测的或希望的衬底温度比较，并增大或减小供给到弧光灯的功率，因此减小或消除实际(测量的)衬底温度与希望的或预测的温度的任何偏差。如果要求，闭路预热循环可以包括空间上分辨的照射控制，例如在上述共同所有的美国专利6,303,411中所公开的方法的任一种。

在程序块606和608继续执行时，程序块610指示处理器电路110将最近接收的衬底温度值与闪光循环开始时的预定中间温度进行比较。

如果在程序块610确定已经达到中间温度，则程序块612指示处理器电路110在衬底温度寄存器280中储存最近接收的衬底温度值T_器件(t₀)(如果希望，也可以储存相应的时间值t₀)。程序块612然后指示处理器电路110确定工件106的第一表面104的热性能，或者更具体地，在照射闪光的前述开始时晶片120的器件侧122的温度。在本实施例中，根据工件的第二表面118的温度，确定第一表面104的温度，第二表面118的温度不等于第一表面104的温度。更具体地，根据第二表面118的温度和工件106的温度历史确定第一表面104的温度。更具体地，程序块612指示处理器电路110使用第二表面118的温度和温度历史，在查表表格储存246中访问查表表格记录，以确定第一表面104的温度。

在本实施例中，使用热模型程序(未示出)，已经预先计算和储存了储存在查表表格储存246中的查表表格，热模型程序在本实施例中包括TAS热分析系统软件，得自Harvard Thermal，Inc.of Harvard，Massachusetts，USA.为了产生查表表格，为TAS程序提供输入数据，在本实施例中包括工件106的热性能(例如导热率、热容、热辐射系数)和物理性质(例如厚度)，还提供示例组的温度历史值T_历史，后者以如上所讨论的一组温度和时间数据点[T_衬底(t)，t]提供。在本实施例中，原始提供到TAS程序的热辐射系数值首先由实验获得，即加热工件并使其冷却，测量工件冷却时的温度。用TAS程序分析冷却速度，并进行参数拟合(用热辐射系数作为参数)，以确定辐射能损失与温度的函数关系，由此获得工件的热辐射系数。另外，工件的热辐射系数可以用其它方式获得或预测，或者可以是事先已知的。一旦获得了工件的热辐射系数，则向TAS程序提供热辐射系数以及其它输入值(上述的工件的热属性和厚度，以及示例性温度历史值)。

根据这样的输入值，TAS程序的执行在与最终衬底侧温度数据点的时间相同的点产生代表最终瞬时器件侧温度T_器件的值。从同时的器件侧温度T_器件中减去相应的瞬时衬底侧温度T_衬底，以确定温度校正ΔT，其通常是负值并且通常在小数至若干摄氏度数量级(例如，如果通过仅照射晶片的衬底侧，将通常的晶片以150℃/秒的升温速度加热到800℃的中间温度，则ΔT值为约-4.7°，意味着在衬底侧达到中间温度时，器件侧比衬底侧温度低约5°)。

对于与不同的各种模型热循环相应的显著数量的不同排列的典型温度历史输入数据，然后重复该过程，以产生不同的各种ΔT值。例如，在本实施例中，具有50℃/s-400℃/s的升温速度(与储存的温度历史值中T_衬底(t)的增大速度对应)、600℃-1450℃的最终瞬时衬底温度T_衬底、和0.5-1.0mm的晶片厚度的输入数据排列，用来产生查表表格，因此对于在这些范围内的任何值的排列，可以迅速获得相应的温度校正ΔT。另外，可以替代使用其它范围的输入数据。

因此，在本实施例中，在查表表格储存246中储存的查表表格有四列(未示出)：第一列为平均升温速度、第二列为刚好在加热闪光之前的最终瞬间衬底侧温度T_衬底(t₀)、第三列为工件厚度、第四列为器件侧温度校正ΔT，其将被加和到最终瞬间衬底侧温度T_衬底(t₀)，以产生相应的同时的器件侧温度T_器件(t0)，(另外，如果希望，可以为相应的同时器件侧温度本身提供一列，而不是将温度校正加和到衬底侧温度来产生器件侧温度)。

所以，为了在操作中使用预先计算的查表表格，程序块612指示处理器电路110分析储存在温度历史储存244中的衬底温度和时间值对[T_衬底(t)，t]，并计算平均升温速度(例如设定等于分别在y和x轴上的T_衬底(t)与t的曲线的线性最佳拟合曲线的平均升温速度)，代表晶片的衬底侧124升高到中间温度的平均速度。程序块612指示处理器电路将平均升温速度储存在升温速度寄存器282中。程序块612然后指示处理器电路使用在升温速度寄存器282中储存的平均升温速度、储存在衬底温度寄存器280中的衬底温度值T_衬底(t₀)、工件的厚度，访问查表表格，以确定在其前三列中具有匹配值的相应条目或记录的位置。(工件的厚度可以使温度检测和控制程序226的指定参数，或者如果希望，可以由系统100的用户指定并储存在存储器装置260中未示出的单独寄存器中)。在确定这样的匹配记录的位置时，程序块612指示处理器电路110从所确定的记录的第四列阅读相应的温度校正值ΔT。程序块612指示处理器电路将所确定的ΔT值(其在本实施例中通常为负值)与衬底温度寄存器280中储存的最终衬底侧温度T_衬底(t₀)相加，以产生相应的同时瞬间器件侧温度T_器件(t₀)。指示处理器电路在器件侧温度寄存器284中储存该值。

程序块614然后指示处理器电路110将瞬间器件侧温度T_器件(t₀)传输到超快速辐射计400。程序块614还指示处理器电路110关闭弧光灯152来结束预热循环，同时，给照射系统180发信号，以开始产生照射闪光，来快速加热晶片120的器件侧122至希望的退火温度。

(作为一种替代方案，如果希望，可以指示处理器电路来控制照射系统180，以便在达到中间温度之前开始向闪光灯182供给低电流几分之一秒，使闪光灯准备闪光。但是，与单侧照射预热相比，这样的方法往往减小在查表表格中储存的ΔT值的大小，因此，应当调节查表表格来适应这种替代方法)。

然后有效地结束温度监测和控制程序226，随后的器件侧温度监测和闪光强度有超快速辐射计400在实时器件侧温度程序420的指示下进行控制，如下所讨论的。但是，在本实施例中，处理器电路110在以上程序块606指示下连续接收和储存衬底侧温度值此后继续进行预定的时间，以便在闪光循环过程中和在闪光循环之后、在晶片冷却时产生和储存连续的衬底温度值。

半球反射率程序

参见图1、2和7，半球反射率程序表示在图7中的224处。一般来说，半球反射率程序224配置RSC 112的处理器电路110与测量装置117配合，或者更具体地与诊断照射光源160配合，以测量工件106的第二表面118的半球反射率。这样的半球反射率值然后有效地输送到快速辐射计164，其使用这些值产生晶片120的衬底侧124的热辐射率补偿的温度测量。

半球反射率程序的起始步骤有些类似于以上与图5所示的标样辐射程序222结合讨论的那些。但是，在执行半球反射率程序之前，从腔室130中取出与标样辐射程序结合的以上讨论的标样，并用半导体晶片120代替。当晶片处于合适位置时，执行图6中所示的温度监测和控制程序226，导致一旦晶片达到对1450nm的诊断波长不透明的足够高的温度，就执行在以上程序块604处开始的半球反射率程序。

在本实施例中，半球反射率程序224开始于编码的第一程序块700，其指示处理器电路110在晶片和参比工件用诊断照射光源160照射时，有效地获得晶片120和参比工件142的衬底侧124的图像，其方式类似于以上结合标样辐射程序的程序块500所讨论的方式。但是，由于晶片现在是热的，超过约700℃，因此在诊断照射闪光过程中有成像装置162捕获的图像将不仅包括由诊断照射光源产生的反射辐射，而且包括由晶片和参比工件发射的热辐射。因此，为了测量工件的半球反射率，希望的是能够忽略这些热辐射的影响。这可以用许多方法实现。例如，诊断照射光源可以产生足够强大的诊断闪光，使得来自工件的热辐射与所反射的闪光相比，可以忽略不计。在本实施例中，但是，程序块700指示处理器电路向同步模块202发出信号，以便有效地获得工件和参比工件的一组三个图像。第一个图像直接在开始诊断照射闪光开始之前捕获，第二个图像在诊断照射闪光正在用最大强度照射晶片120和参比工件142时捕获，第三个图像直接在诊断照射闪光已经停止之后捕获。因此，第一个图像和第三个图像有效地是热辐射强度图像，第二个图像代表热辐射强度加上所反射的诊断照射闪光的强度。一旦一组三个这样的图像已经被处理器电路通过数字桢接收器卡200接收到，对于成像装置的光电二极管阵列中的每个光电二极管，就指示处理器电路计算在诊断照射光源关闭时捕获的第一和第三个图像中该光电二极管的数据值的平均值。该平均值代表在捕获第二个图像时热辐射的晶片相应位置处的热辐射的近似强度。所以，从第二个图像中该光电二极管的强度值中减去该平均值，产生晶片120和参比工件142的校正反射率图像，迄今表示所反射的诊断照射闪光的强度，没有任何热辐射分量。所校正的反射率图像然后储存在图像桢存储242中。

程序块710然后指示处理器电路110计算比值，方式类似于与标样比值程序的程序块510结合讨论的方式。在这方面，将会回忆起入射到参比工件上的诊断照射闪光的强度为I₀，因此入射在工件106上的诊断闪光的强度是αI₀，这里α是与程序块500结合提及的相同常数，并且由系统100的几何结构决定。因此，参比工件142反射强度为I₀R_REF的诊断闪光，其中R_REF是参比工件的反射率，类似地，在该情况下为晶片120的工件106反射强度为αI₀R_WAF的诊断闪光。由成像装置162产生的，或更具体地由与工件106的中心区域170相对应的InGaAs光电二极管阵列的各个光电二极管和与参比工件142对应的光电二极管产生的校正后反射率图像的数据值，用来计算和储存由工件(在该情况下为晶片)反射的强度与由参比工件反射的强度之比，即RATIO_WAF＝αI₀R_WAF/I₀R_REF＝αR_WAF/R_REF。所得的比值然后储存在工件比值寄存器270中。

程序段710然后指示处理器电路确定晶片120的定向反射率R_WAF。在这方面，由于Ratio_WAF/Ratio_STD＝R_WAF/R_STD，然后从所储存的比值(即分别为标样比值寄存器266和工件比值寄存器270的内容RATIO_STD和RATIO_WAF)和已知的标样反射率解出晶片的定向反射率R_WAF，即R_WAF＝Ratio_WAFR_STD/Ratio_STD。程序块710指示处理器电路110将工件的定向反射率R_WAF储存在定向反射率寄存器272中。

程序块720然后指示处理器电路110产生散射校正，并将散射校正应用于定向反射率R_WAF，以获得晶片120的衬底侧124的半球反射率。

在这方面，可以由系统110的几何结构和晶片120的衬底侧124的性质确定或预先确定散射校正。由于衬底侧124通常不是理想的镜面反射器，以角度θ入射在衬底侧上的辐射将不会完全以角度θ反射，而是以θ±Δθ的角度反射，其中Δθ是镜面反射与实际反射之间的差值。

在本实施例中，衬底侧124中所关注的基本区域是中心区域170，其将被映像到成像装置162得一组Γ二极管上。但是，由于散射，由该中心区域所反射的诊断闪光通常映像到略大的一组Π二极管上，对应于晶片120的更大的周围中心区域172，对于与该更大的周围中心区域172相对应的二极管Π中的每一个，由系统110的已知几何结构，包括诊断照射光源160与成像装置162的相对角度，计算唯一的Δθ。对于这些二极管的每一个的这种Δθ值可以通过应用标准散射理论获得。

例如，当晶片120的衬底侧124的被照射图像以晶使用诊断照射光源160和成像装置162获得时(例如以上与程序块700结合所述的校正的反射率图像)，二极管Π的第i个的Δθ值可以计算如下：

{Δθ}_{i} = \arctan (\frac{d_{i}}{r})

这里，d_i是从图像中最亮的二极管到第1个二极管的距离，用“晶片单位”(即实际晶片120的尺寸)测量，r是从晶片到成像装置162的有效中心的距离。为了正确计算d_i，必须将图像尺寸校正到成像区域的正确的x和y尺寸。因此，如果希望，这样的Δθ值可以预先计算并储存，或者作为替代方案可以由处理器电路110在半球反射率程序的程序块720的指示下产生。在任一种情况下，在本实施例中，Δθ暂时储存在散射值寄存器274中。

程序块720指示处理器电路110根据该Δθ值和以上在程序块700获得的校正的反射率图像，来产生散射校正。更具体地，当与第i个二极管相对应的校正后反射强度数据值标记为I_i时，程序块720指示处理器电路110计算散射校正S如下：

S = \frac{\underset{i &Element; Π}{Σ} (\frac{I_{i}}{\cos^{3} {Δθ}_{i}})}{\underset{i &Element; Π}{Σ} I_{i}}, S &GreaterEqual; 1

上述散射校正是对于弱散射的经验公式。作为替代方案，可以替代使用其它类型的散射校正。如果其它类型的晶片或工件代替晶片120，这样的替代方案是特别希望的。

散射校正S然后储存在散射校正寄存器276中。程序块进一步指示处理器电路110将散射校正应用于定向反射率R_WAF，以获得晶片120的衬底侧124的半球反射率R_H，因为R_H＝SR_WAF。程序块720指示处理器电路110将半球反射率R_H储存在半球反射率寄存器278中。

程序块730然后指示处理器电路110将半球反射率值RH传输到快速辐射计164，用于产生晶片120的衬底侧124的热辐射率补偿的温度测量，如下结合衬底温度程序318所讨论的。但是，尽管快速辐射计163的较快取样速度，其每毫秒产生一个新的衬底温度值，半球反射率程序224使处理器电路110以这样高的速度更新半球反射率值是不必要的。在这方面，将会理解的是，热辐射率(和因此的反射率)随着温度变化稍弱。因此，根据特定用途所要求的精确度，在连续的半球反射率值之间的间隔明显超过在由快速辐射计产生的连续温度值之间的间隔可能是足够的。因此，对于某些用途，以10Hz或甚至1Hz的速度更新半球反射率值可能是足够的。

因此，在执行程序块730之后，程序块740指示处理器电路110确定热循环是否已经结束，如果没有结束，则指示处理器电路等待可接受的更新间隔，例如100ms或1s，然后指示处理器电路返回程序块700至730，以产生新的半球反射率值，如上所述。这样的处理继续进行，直至热循环已经结束并且晶片已经冷却到低于阈值温度(在本实施例中大约为700℃)，因此对于1450nm的诊断波长不再是不透明的。

衬底温度程序

参见图1、3和8，衬底温度程序表示在图8中的318处。一般来说，衬底温度程序配置快速辐射计164的处理器电路114，来确定工件106的第二表面118的温度。更具体地，配置处理器电路114根据第二表面的半球反射率和由第二表面发射的热辐射来确定第二表面118的温度。

衬底温度程序开始于编码的第一程序块800，其指示处理器电路114等待接收来自处理器电路110的初始半球反射率值R_H，如上结合半球反射率程序所讨论的。

在接受该初始半球反射率值之后，程序块802指示处理器电路114将所接收的R_H值储存在半球反射率寄存器320中。

程序块804然后指示处理器电路114测量由晶片120的衬底侧124发射的热辐射的强度。更具体地，程序块804指示处理器电路114测量由衬底侧124的中心区域以1450nm的诊断波长发射的热辐射的强度I_THERMAL(t)。与以上为了散射目的产生的图像不同，使该测量同步，以便在衬底侧124不被诊断闪光照射时进行，因此被辐射计164可检测的唯一辐射是由热晶片120发射的热辐射。(将会回忆的是，由于水冷窗156的作用，由预热装置150产生的照射不包括处于诊断波长的波长，因此即使预热装置150有效地照射晶片120，这些照射的任何反射将不会被辐射计164检测到)。为了实现这一点，指示处理器电路114检测从A/D转换器310接收的信号，代表光电二极管306的放大输出的20bit样品，除非由网络292接收的同步信号表明诊断照射光源160当前在闪光，在这种情况下，这样的热发射的辐射的测量被延迟，直至诊断照明光源被关闭。

程序块806然后指示处理器电路114根据在程序块804测量的热辐射强度值和从处理器电路110接收的半球反射率值来确定晶片120的衬底侧124的温度。更具体地，所测量的热辐射强度值I_THERMAL(t)用来计算晶片120的衬底侧124的中心区域的瞬间温度如下：

T_{Substrate} (t) = \frac{hc}{λ k \ln (1 + \frac{{2 πc}^{2} h {Δλϵ}_{H}}{I_{thermal} λ^{5}})}

其中：

T_衬底(t)＝在时间t时在中心区域170处衬底侧124的瞬时温度；

I_热(t)＝所测量的在时刻t时在中心区域170处衬底侧124发射的热辐射的强度；

ε_H＝在诊断闪光的方向上衬底侧124的热辐射率，等于κ(1-R_H)，其中：

R_H是衬底侧的半球反射率，如上所讨论的(可以回忆的是，在执行该程序的所有温度下，晶片对诊断波长是不透明的，因此透射率为零，并且在由半球反射率值获得热辐射率过程中可以忽略不计)；和

κ是系统常数，说明在快速辐射计和成像装置之间的腔室反射的差值，对于理想的系统，κ＝1，尽管在本实施例中，其中工件包括300mm直径的抛光硅晶片，测量装置是其中所述的那些，κ≈0.9。

λ＝测量I_热(t)的诊断波长(在本实施例中λ＝1450nm)；

Δλ＝快速辐射计164的通带(在本实施例中为±15nm)；和

c、h、k、e＝分别为光速、普朗克常数、波尔兹曼常数、Euler准数。

程序块806然后指示处理器电路114将衬底侧温度值T_衬底(t)传送到RSC 112的处理器电路，用于如上文讨论的储存在温度历史储存244中。

程序块808然后指示处理器电路114确定是否已经从处理器电路110通过网络接收到新的半球反射率值，如果已经接收到，则指示处理器回到程序块802，将新的反射率值储存在半球反射率寄存器320中，并且使用新接收的反射率值继续获得衬底温度值。如果没有接收到新的反射率值，则程序块810指示处理器电路114确定热循环是否已经结束，如果没有结束，则指示处理器电路回到程序块804，使用以前接收并储存的半球反射率值继续获得衬底温度值。无论在程序块808是否已经接收到新的半球反射率值，在本实施例中，处理器电路114每毫秒再执行一次程序块806，以获得和传输新的衬底温度值。因此，配置处理器电路114以便在连续的各个时刻重复不断地确定工件106的第二表面118的连续的温度值，并将这些值传输到处理器电路110，后者储存这些值以产生工件的温度历史。这样的衬底温度测量继续进行直至在热处理循环(包括预热循环、闪光循环和随后的冷却阶段)结束之后，并且晶片已经冷却到足够冷的温度，因此它对于1450nm的诊断波长不再是不透明的。

实时器件侧温度监测和控制程序

参见图1、4和9，实时器件侧温度程序表示在图9中的420处。一般来说，该程序配置超快速辐射计400的处理器电路108，以便根据从第一表面104发射的热辐射的当前强度和在各个先前时刻第一表面的至少一种先前热属性，来确定工件106的第一表面104的当前温度(在本实施例中为T_器件(t))。更具体地，在本实施例中，所述至少一种先前热属性包括第一表面104的先前温度、以在第一表面处于该先前温度时由该第一表面发射的热辐射的先前强度。更具体地，在本实施例中，所述至少一种先前热属性包括刚好在照射闪光开始之前晶片120的器件侧122的先前温度T_器件(t₀)，和刚好在照射闪光开始之前从器件侧发出的热辐射的相应先前强度I_器件(t₀)。

在本实施例中，指示处理器电路108在照射闪光期间以比闪光持续时间快的速度确定这样的当前温度值T_器件(t)。因此，在本实施例中，由于A/D转换器412以1MHz的速度对来自光电二极管406的放大的信号取样，例如在1毫秒闪光过程中可以产生最多1000个连续的温度值，每个连续的温度值表示在闪光过程中再下一个连续的1毫秒间隔器件侧的温度。如果希望，这样的实时温度值可以用于闪光本身的反馈控制。另外，即使这些实时温度值不用于闪光的反馈控制，它们也可以用于在闪光完成后进行分析，以便能使系统的使用者检测晶片加工过程中任何明显的不一致性。

实时器件侧温度程序420开始于编码的第一程序块900，其指示处理器电路108连续测量和储存热强度值I_器件(t)，其表示在连续的时间瞬间，晶片120的器件侧122的中心区域170所发射的热辐射的强度。而且，在本实施例中，由于A/D转换器以1MHz的速度对来自光电二极管406的放大的信号取样，如果希望，美妙可以储存最多1百万个这样的值。指示处理器电路108将这样的热强度值和它们的相应时间储存在器件侧热发射强度储存430中。

程序块910指示处理器电路108从RSC112的处理器电路110接受初始的器件侧温度值T_器件(t₀)，并在初始器件侧温度寄存器432中储存所接收的值。回头参见图4，可以回想起这个值T_器件(t₀)代表刚好由照射系统产生的加热闪光开始之前的器件侧温度，并与闪光循环开始几乎同时被发送到处理器电路108。一旦收到和储存初始器件侧温度值T_器件(t₀)，程序块910还指示处理器电路108在初始器件侧热强度寄存器434中储存相应的同时器件侧热发射强度值。

因此，几乎与由处理器电路108进行的这些初始温度和强度值的储存同时，照射系统开始闪光循环，使晶片120的器件侧122暴露到具有1毫秒数量级持续时间的高能闪光中，由此以比晶片中的热传导速率快得多的速率迅速加热晶片的器件侧122，使得仅仅在器件侧122附近的浅层被加热到最后的退火温度，而晶片120的主体保持接近中间温度。

程序块920和930然后指示处理器电路108在下一个连续的瞬间(在本实施例中，下一个连续的1毫秒间隔)在闪光循环中测量器件侧的温度。

为此，程序块920指示处理器电路108测量和储存实时强度值I_器件(t)，其代表由晶片120的器件侧122的中心区域热170发射的热辐射强度。为此，处理器电路108从A/D转换器412接收来自光电二极管406的放大信号的16bit样品，并如上所述将其储存在器件侧热发射强度储存器中。(如果是可应用的，同时运转动态校准程序422可以指示处理器电路108根据从内部参比装置450接收的信号在储存前调节所接收的样品值)。

程序块930然后指示处理器电路108根据器件侧的先前热属性，确定器件侧122的中心区域170的当前实时温度。更特别地，程序块930指示处理器电路108按如下公式计算当前实时器件侧温度：

I_{DEVICE} (t) = \frac{hc}{λk [\frac{I_{DEVICE} (t 0)}{I_{DEVICE} (t)} (e^{hc / {λkT}_{Device} (t_{0})} - 1)]}

其中，

T_器件(t)＝在工件的中心区域170处器件侧122的实时温度；

I_器件(t)＝在工件的中心区域170处由器件侧122的热发射强度的超快速辐射计400产生的实时测量值；

T_器件(t₀)＝刚好在照射系统180产生的加热闪光开始之前，在中心区域170处器件侧122的瞬时温度；

I_器件(t₀)＝刚刚在加热闪光开始之前，中心区域170处器件侧122热发射的瞬间强度；和

剩余变量和常数是如上定义的。

在程序块930处的前述计算中，假设在闪光循环中器件侧122的热辐射系数保持不变。虽然这个假设不十分精确，但是相似的晶片的热辐射系数在经过相似的热循环时将相似地变化。因此，即使恒定的热辐射系数的假设在热处理温度附近的器件侧温度测量中引入微小的测量误差，这样的误差对于在相似的循环中的相似晶片将会一致地重现。因此，任何这样的误差将不影响最终热循环的重复性。

在本实施例中，在由照射系统180产生的照射闪光过程中重复程序块920和930的执行。更特别地，在本实施例中，辐照闪光具有毫秒数量级的持续时间，并且每毫秒重复一次程序块920和930，由此在1毫秒闪光循环过程中产生1000个连续的实时器件侧温度值。因此，在本实施例中，当第一表面受到辐照，或更特别地，当第一表面暴露于持续时间小于工件热传导时间的辐照闪光时，实时器件侧温度程序配置处理器电路108，以便根据由第一表面发射的热辐射当前强度的连续的各个值来重复确定第一表面104的当前温度的连续值。

如果希望，实时器件侧温度程序420可以包括用于指示超快速辐射计400的处理器电路108的指令代码，以便根据实时温度值控制照射系统产生的辐照闪光的功率。

例如，在本实施例中，实时器件侧温度程序420包括编码的另一个程序块940，其指示处理器电路108控制供给到照射系统180的功率以控制辐照闪光的功率。更具体地，在本实施例中，程序块940指示处理器电路108以测定是否满足了至少一个预定条件。更具体地，程序块940指示处理器电路108测定闪光过程中最近获得的实时器件侧温度值是否大于或等于器件侧122的预定最高希望温度。如果这样的话，程序块940指示处理器电路108向照射系统180的功率控制系统188发出信号，以便立即停止从功率控制系统到闪光灯182的其余电能脉冲放电。

例如，参见图10，在960处一般性表示了根据本发明一个实施例的功率控制系统188的功率控制电路。要供给到闪光灯182以产生照射闪光的储存电荷被储存在大的电容器组中，为了便于说明，其由图10中的单一电容器962表示。在闪光灯182的一个电极和电容器的一个极板之间串联插入开关964和电感966，并将闪光灯的另一个电极与电容器的另一个极板连接。在其中不需要闪光的闭环反馈控制的实施例中，开关964不必容易地从其导电状态恢复到其开路或非导电状态。因此，在这样的实施例中，在闪光过程中维持电流小于希望放电电流的硅控整流器可以用作开关964。然而，作为替代方案，如果反馈控制希望具有这样的回路，那末开关964优选包括的开关类型是当其从电容器962传导大的希望放电电流过程中容易从导电状态恢复到其非导电状态的开关。在这样的实施例中，如果在程序块940处，处理器电路108确定器件侧温度T_器件(t)大于或等于预定最大希望温度，则指示处理器电路108打开开关964以停止从电容器962放电。

同样，如果希望，程序块964可以指示处理器电路108以便对于闪光循环过程中的相同时刻t，周期性地将实时器件侧温度值与希望的或预定的器件侧温度进行比较，并且可以增大或减少功率控制系统188提供给闪光灯182的能量，因此减小实际的与希望的器件侧温度的差异。

例如，参见图11，在970处一般性地表示了根据本发明第二实施例的功率控制系统188的功率控制电路。为了便于说明，放电产生辐照闪光的电容器组再一次表示为单一电容器962。沿着连接电容器962的一个极板与闪光灯的一个电极的第一电路972，串联插入开关974和电感976。第二电路972连接电容器的另一极板与闪光灯的另一电极。电阻980和第二开关串联连接在第一电路972与第二电路978之间，电阻与第一电路972在第一开关984和电感976之间的点984处连接，并且第二开关986在点986处与第二电路978连接。第二开关982可以包括门控开关，例如硅控整流器。更一般地，任何合适类型的开关可以用作开关974和982。当第一开关974由RSC 112的处理器电路110最初闭合以便开始闪光时，第二开关982保持打开。如果在程序块940，超快速辐射计400的处理器电路108确定器件侧温度T_器件(t)高于闪光过程中在给定点处及时大于希望温度，那么程序块940指示处理器电路108向第二开关982施加门信号以闭合第二开关，并且造成电容器962放出的一些电流流过电感980，从而减少电容器962供给闪光灯182的电流。

类似地，参见图12，根据本发明的第三实施例的功率控制系统188的功率控制电路一般地表示在990处。为了容易说明，要放电以产生照射闪光的电容器组再一次示意性表示为单一电容器962。沿着连接电容器962的第一极板和闪光灯182的第一电极的电路991，串联插入第一开关992、第一电感993、和与第二开关995并联的第二电感994。在这方面，第二开关995沿着第一电路991的分电路996插入。分电路996的一端连接到在第一电感993与第二电感994之间插入的一点997。分电路996的另一端连接到第二电感994与闪光灯182的第一极板之间插入的一点998。第二开关995可以包括门控制开关，如硅控整流器。更一般地，任何合适的开关类型可以用作开关992和995。第二电路999连接电容器962的第二极板到闪光灯182的第二电极上。当第一开关被RSC112的处理器电路110最初闭合以开始闪光时，第二开光保持打开。如果在程序块940，超快速辐射计400的处理器电路1 08确定器件侧温度T_器件(t)低于闪光过程中在时间上给定一点的希望温度，则程序块指示处理器电路108将门信号施加到第二开关995的门上，以闭合第二开关，从而增大电容器962供给到闪光灯182的电流。

在本实施例中，无论是否提供反馈控制程序块940，程序块950都指示处理器电路确定热循环(包括预热循环、闪光循环和随后的冷却阶段)是否已经结束，并且晶片已经冷却到足够冷的温度使其对于1450nm的诊断波长不再是不透明的。如果热循环没有结束，则指示处理器电路返回到程序块920和930，其被处理器电路108重复地在此执行，在照射闪光期间以及以后的冷却阶段，以1μs间隔继续重复确定实时器件侧温度。

其它示例性替代方案

参见图1、4、6、9和13，根据本发明的第四个实施例的用于温度测量和热处理工件的系统一般性地表示在图13中的1000处。系统1000一般性地类似与图1中所示的系统100，但是替代的照射系统1010已经替代了照射系统180。

在本实施例中，照射系统1010包括多个照射源，一般性地表示在1020处，或者更具体地是多个与图1中所示的弧光灯182类似的弧光灯。配置所述至少一个处理器电路(或更具体地是超快速辐射计400的处理器电路108)，以便浸在第一表面的当前温度低于预定阈值时激活多个照射光源之一。

更具体地，在本实施例中，照射系统1010包括至少两个独立的功率控制系统1030和1040，其每一个类似于图1中所示的功率控制系统188的脉冲放电供电单元。第一功率控制系统向第一、第二和第三弧光灯1032、1034和1036提供能量，而第二功率控制系统1040向第四弧光灯1042提供能量。在该实施例中，第一功率控制系统1030在RSC 112的处理器电路110的指示下被激活，如上结合图6中所示的温度监测与控制程序226的程序块616所讨论的。

但是，在本实施例中，第二功率控制系统不受RSC 112控制。相反，在该实施例中，第二功率控制系统由图9中所示的超快速辐射计400在实时器件侧温度程序420的程序块940指示下激活。更具体地，在该实施例中，程序块940指示处理器电路108只有在闪光循环开始后预定间隔之后，当前的器件侧温度T器件(t)小于预定的希望温度时，激活第二功率控制系统1040。因此，在该实施例中，放电到第四弧光灯的能量将被调节以导致晶片的器件侧122达到希望的温度。

作为替代方案，如果希望，在处理器电路108控制下的闪光灯或其它照射光源的数量可以变化。

更一般地，虽然已经描述和说明了本发明的具体实施例，但是这样的实施例应当被认为仅仅是本发明的说明，而不限制权利要求书所限定的本发明。

Claims

1.一种测量温度的方法，其含有：

a)测量从工件的第一表面热发射的当前辐射强度；和

b)根据该当前强度和在各个先前时刻第一表面的至少一种先前热属性，确定第一表面的当前温度。

2.根据权利要求1的方法，其中，所述的工件含有半导体晶片，并且所述第一表面含有晶片的器件侧。

3.根据权利要求2的方法，其中，所述的确定含有在所述器件侧受到照射时确定所述器件侧的当前温度。

4.根据权利要求2的方法，其中，所述的确定含有在所述器件侧暴露于持续时间小于晶片热传导时间的照射闪光时器件侧的当前温度。

5.根据权利要求4的方法，其中，所述照射闪光的持续时间小于10毫秒。

6.根据权利要求4的方法，还含有确定在先前时刻所述第一表面的至少一种先前热属性，其中，所述的至少一种先前热属性含有在辐照闪光的先前刚开始时晶片器件侧的先前温度。

7.根据权利要求6的方法，其中，所述的至少一种先前热属性还含有所述辐照闪光先前刚开始时从器件侧热发射的辐射强度。

8.根据权利要求1的方法，其中，所述的确定含有根据当前强度、所述第一表面的先前温度、在先前时刻从所述第一表面热发射的辐射强度。

9.根据权利要求1的方法，它还含有在先前时刻确定所述第一表面的至少一个热属性，其中所述的至少一个先前热属性含有第一表面的先前温度。

10.根据权利要求9的方法，其中，确定所述第一表面的先前温度含有根据所述工件第二表面的先前温度确定该先前温度，所述工件第二表面的先前温度不等于所述第一表面的先前温度。

11.根据权利要求10的方法，其中，确定所述第一表面的先前温度含有根据所述第二表面的先前温度和所述工件的温度历史确定第一表面的先前温度。

12.根据权利要求11的方法，其中，所述工件含有半导体晶片、所述第一表面含有所述晶片的器件侧，和所述第二表面含有所述晶片的衬底侧面。

13.根据权利要求11的方法，其中，确定所述第一表面的先前温度含有使用第二表面的先前温度和温度历史以访问查表表格记录。

14.根据权利要求11的方法，它还含有在先前时刻确定所述第二表面的先前温度。

15.根据权利要求14的方法，其中，确定所述第二表面的先前温度含有根据所述第二表面的半球反射率确定所述第二表面的先前温度。

16.根据权利要求15的方法，它还含有测量所述半球反射率。

17.根据权利要求16的方法，其中，所述的测量所述半球反射率含有在足够远离第二表面处安置的检测器接收由第二表面反射的辐射，以避免阻挡第二表面与放置工件的系统中其它装置的视场。

18.根据权利要求16的方法，其中，所述的测量半球反射率含有安置在远离所述第二表面中心一定距离处的检测器接收由所述第二表面反射的辐射，所述距离是所述工件的最大尺寸的至少一半。

19.根据权利要求16的方法，其中，所述的测量半球反射率含有测量所述第二表面的定向反射率。

20.根据权利要求19的方法，其中，所述的测量半球反射率还含有将散射校正应用到定向反射率，以获得半球反射率。

21.根据权利要求16的方法，其中，所述的确定第二表面的先前温度含有根据所述第二表面的半球反射率和由第二表面热发射的辐射，测量所述第二表面的先前温度。

22.根据权利要求20的方法，其还含有产生散射校正。

23.根据权利要求14的方法，它还含有在连续的各个时刻重复确定和储存第二表面的先前温度的连续值，以便产生工件的温度历史。

24.根据权利要求1的方法，它还含有根据第一表面热发射的当前辐射强度的连续的各个值重复确定第一表面当前温度的连续值。

25.根据权利要求24的方法，其中，所述的重复确定含有在第一表面受到照射时，重复确定第一表面当前温度的连续值。

26.根据权利要求24的方法，其中，所述的重复确定含有当第一表面暴露于持续时间小于工件的热传导时间的辐照闪光时重复确定第一表面当前温度的连续值。

27.根据权利要求1的方法，其中，所述的测量含有用入射在第一表面的照射光谱的强度可忽略不计的波段测量当前强度。

28.根据权利要求27的方法，它还含有从入射到第一表面上照射光谱中去除所述波段。

29.根据权利要求19的方法，其中，所述的测量定向反射率含有用入射在第二表面上的加热照射光谱的强度可以忽略不计的照明波段测量反射强度。

30.根据权利要求29的方法，还含有从加热辐照谱中去除该照明波段。

31.一种热处理工件的方法，所述方法含有权利要求1的方法，还含有根据第一表面的当前温度，控制入射到工件第一表面上的辐照闪光能量。

32.根据权利要求31的方法，其中，所述的控制含有控制施加到至少一个照射源的能量，该照射源可以操作产生辐照闪光。

33.根据权利要求31的方法，其中，所述的控制含有仅当第一表面的当前温度小于预定阈值时激活多个照射源之一。

34.根据权利要求1、8～11和权利要求13～33中任意一项的方法，其中，所述的工件含有半导体晶片并且第一表面含有所述晶片的器件侧。

35.一种温度测量系统，其含有：

a)一个测量装置，其配置用于测量从工件的第一表面热发射的当前辐射强度；和

b)至少一个与测量装置通讯的处理器电路，至少一个处理器电路配置用于根据所述当前强度和各个先前时刻第一表面的至少一个热属性，来确定第一表面的温度。

36.根据权利要求35的系统，其中，联系工件含有半导体晶片，并且第一表面含有所述晶片的器件侧。

37.根据权利要求36的系统，其还含有照射系统，其对晶片的器件侧的辐照是可操作的，并且其中，当器件侧受到照射系统辐照时，所述的测量装置和至少一个处理器电路配置用于测量当前强度并确定所述器件侧的当前温度。

38.根据权利要求37的系统，其中，所述的照射系统可以操作将器件侧暴露于持续时间小于晶片热传导时间的辐照闪光，并且其中，所述的测量装置和至少一个处理器电路配置用于测量当前强度并确定在辐照闪光期间的当前温度。

39.根据权利要求38的系统，其中，所述的照射系统可以操作产生10毫秒数量级或更短持续时间的辐照闪光。

40.根据权利要求38的系统，其中，所述的照射系统可以操作产生1毫秒数量级持续时间的辐照闪光。

41.根据权利要求38的系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于在先前的时刻确定第一表面的至少一个先前热属性，其中所述的至少一个先前热属性含有就在辐照闪光开始之前晶片器件侧的先前温度。

42.根据权利要求41的系统，其中，所述的至少一个先前热属性还含有就在闪光开始之前由所述器件侧热发射的先前辐射强度。

43.根据权利要求35的系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于在先前时刻根据当前强度、第一表面的当前温度、第一表面在先前温度时热发射的先前辐射强度，确定第一表面的先前温度。

44.根据权利要求35的系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于在先前时刻确定第一表面的至少一个热属性，其中，所述的至少一个先前热属性含有第一表面的先前温度。

45.根据权利要求44的系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于根据工件第二表面的先前温度确定第一表面的先前温度，所述工件的第二表面的先前温度不同于第一表面的先前温度。

46.根据权利要求45的系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于根据工件的第二表面的先前温度和工件的温度历史确定第一表面的先前温度。

47.根据权利要求46的系统，其中，所述的工件含有半导体晶片、第一表面含有晶片的器件侧并且第二表面含有晶片的衬底侧。

48.根据权利要求46的系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于使用第二表面的先前温度和温度历史来访问查表表格记录，以确定第一表面的先前温度。

49.根据权利要求46的系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于在先前时刻确定第二表面的先前温度。

50.根据权利要求49的系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于根据第二表面的半球反射率确定第二表面的先前温度。

51.根据权利要求50的系统，还含有与至少一个处理器电路相连的第二测量装置，其中至少一个处理器电路配置用于与所述的第二测量装置配合以测量第二表面的半球反射率。

52.根据权利要求51的系统，其中，所述的第二测量装置含有配置用于接收由第二表面反射的辐射的辐射接收器，所述接收器安置在足够远离第二表面处以避免系统的其它装置的视场阻挡第二表面。

53.根据权利要求51的系统，其中，所述的第二测量装置含有配置用于接收由第二表面反射的辐射的辐射检测器，所述检测器定位于远离第二表面中心至少工件最大尺寸的一半处。

54.根据权利要求51的系统，其中，所述的第二测量装置含有配置用于测量第二表面的定向反射率的检测器。

55.根据权利要求54的系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于对定向反射率加散射校正以获得半球反射率。

56.根据权利要求51的系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于根据第二表面的半球反射率和由第二表面热发射的辐射确定第二表面的先前温度。

57.根据权利要求55的系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于产生散射校正。

58.根据权利要求49的系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于在连续的各个时刻重复地确定和储存第二表面的先前温度的连续值，以产生工件的温度历史。

59.根据权利要求35的系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于根据由第一表面热发射的当前辐射强度的连续的各个值重复地确定第一表面的先前温度的连续值。

60.根据权利要求59的系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于在第一表面受到辐射时重复地确定第一表面的先前温度的连续值。

61.根据权利要求59的系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于在第一表面暴露于持续时间小于工件热传导时间的辐照闪光时重复地确定第一表面的当前温度的连续值。

62.根据权利要求35的系统，其中，所述的测量装置配置用于用入射到第一表面的辐照光谱的强度可以忽略不计的波段测量所述目前强度。

63.根据权利要求62的系统，它还含有配置用于从入射到第一表面上的辐照光谱中去除所述波段的过滤装置。

64.根据权利要求63的系统，其中，所述的过滤装置含有插入到第一表面和辐照光谱源之间的水冷窗。

65.根据权利要求54的系统，其中，所述的第二测量装置配置用于测量在照明波段中的定向反射率，其中，入射到第二表面上的加热辐照光谱在照明波段中具有可忽略的强度。

66.根据权利要求65的系统，它还含有配置用于从加热光谱中除去照明波段的过滤装置。

67.根据权利要求66的系统，其中，所述的过滤装置含有插入到第二表面和加热辐照光谱源之间的水冷窗。

68.一个用于热处理工件的系统，所述系统含有权利要求35的系统，并且还含有可以操作使工件的第一表面暴露于其上入射的辐照闪光的照射系统，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于根据第一表面的当前温度控制辐照闪光的能量。

69.根据权利要求68的系统，其中，至少一个处理器电路配置用于控制施加到照射系统以控制辐照闪光的能量。

70.根据权利要求68的系统，其中，所述的照射系统含有多个照射源，其中，所述的至少一个处理器电路配置用于仅当第一表面的当前温度小于预定阈值时激活多个照射源之一。

71.根据权利要求35、43～46和48～70中任意一项的系统，其中，所述的工件含有半导体晶片并且所述的第一表面含有晶片的器件侧。

72.根据权利要求35～70中任意一项的系统，其中，所述的测量装置含有辐射计。

73.根据权利要求72的系统，其中，所述的辐射计含有高速InGaAs光电二极管。

74.根据权利要求51～57和65～67中任意一项的系统，其中，所述的第二测量装置含有成像装置。

75.根据权利要求74的系统，其中，所述的成像装置含有InGaAs光电二极管阵列。

76.一种温度测量系统，其含有：

a)用于测量从工件的第一表面热发射的辐射的当前强度的装置；和

b)用于根据所述当前强度和在各个先前时刻第一表面的至少一个先前热属性确定第一表面的当前温度的装置。

77.根据权利要求76的系统，它还含有用于在先前时刻确定第一表面的至少一个先前热属性的装置，其中，所述的至少一个先前热属性含有第一表面的先前温度。

78.根据权利要求77的系统，其中，所述的用于确定先前温度的装置含有用于根据工件第二表面的先前温度确定第一表面的先前温度的装置，第二表面的先前温度不同于第一表面的先前温度。

79.根据权利要求78的系统，其中，所述的用于确定第一表面先前温度的装置含有用于根据第二表面的先前温度和工件的温度历史确定第一表面的先前温度的装置。

80.根据权利要求79的系统，它还含有用于在先前时刻确定第二表面先前温度的装置。

81.根据权利要求80的系统，其中，所述的用于确定第二表面先前温度的装置含有用于根据第二表面的半球反射率确定第二表面的先前温度的装置。

82.根据权利要求81的系统，它还含有用于测量所述的半球反射率的装置。

83.根据权利要求76～82中任意一项的系统，其中，所述的工件含有半导体晶片并且第一表面含有晶片的器件侧。

84.一种用于热处理工件的系统，它含有权利要求76的系统，并且还含有根据所述的第一表面的当前温度控制入射到所述的工件第一表面上的辐照闪光的能量的装置。