TWI811401B - 在低溫狀態下工件之熱處理和溫度量測之系統和方法 - Google Patents

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Abstract

揭露低溫下用於熱處理工件的系統及方法。在一示例實施中，熱處理裝置包含具有工件支撐件的處理室。工件支撐件可配置用以支撐一工件。裝置可包含一或多個熱源，其配置用以發射在第一波長範圍的電磁輻射，以加熱工件至一處理溫度。處理溫度可在約50℃至約150℃的範圍。裝置可包含一或多個感測器，其可經配置用以在工件處於處理溫度時獲得在第二波長範圍之電磁輻射的量測大小。第二波長範圍可不同於第一波長範圍。

Description

在低溫狀態下工件之熱處理和溫度量測之系統和方法 【優先權主張】
本申請案主張2018年8月31日提申之發明名稱為「在低溫狀態下工件之熱處理和溫度量測之系統和方法(Systems and Methods for Thermal Processing and Temperature Measurement of a Workpiece at Low Temperatures)」之美國專利臨時申請案第62/725,414號的優先權，該案以參考案的方式合併於本文。本申請案主張2018年8月22日提申之發明名稱為「在低溫狀態下工件之熱處理和溫度量測之系統和方法(Systems and Methods for Thermal Processing and Temperature Measurement of a Workpiece at Low Temperatures)」之美國專利臨時申請案第62/720,967號的優先權，該案以參考案的方式合併於本文。
本發明一般關於工件(如半導體工件)的熱處理系統。
此處所使用的熱處理室是指可加熱一或多個工件 (例如半導體晶圓)的裝置。裝置可包含用於支撐工件的支撐板及用以加熱工件的能量源，例如加熱燈、雷射或其他熱源。在熱處理期間，工件可在受控條件下加熱到預設溫度範圍。舉例來說，工件可透過支撐板由一系列的燈加熱到例如約50℃至約150℃(例如約100℃)的溫度。在熱處理期間，主要目標可能是盡可能精確地量測工件溫度。
本發明的具體實施例的態樣及優點將在以下的描述中部份地提出、或可由該描述習得、或經由具體實施例的實行而習得。
本發明的一範例態樣係針對一熱處理裝置。裝置包含具有工件支撐件的處理室。工件支撐件可配置用以支撐一工件。裝置可包含一或多個熱源，其配置用以發射在第一波長範圍的電磁輻射，以將工件加熱至一處理溫度。處理溫度可在約50℃至約150℃的範圍。裝置可包含一或多個感測器，其配置用以在工件處於處理溫度時獲得在第二波長範圍的電磁輻射的量測大小。第二波長範圍可不同於第一波長範圍。
各種具體實施例的這些及其他的特徵、態樣、及優點，在參照下文描述及所附隨的申請專利範圍之下將得到更佳的瞭解。合併在說明書中並構成其一部份的附屬圖式，繪示了本發明的具體實施例，並連同說明書描述用來解釋相關原 理。
100:thermal processing apparatus 熱處理系統
105:processing chamber 處理室
110:workpiece 工件
115:support pin 支撐銷
120:workpiece support 工件支撐件
125:process gas 處理氣體
130:heat source 熱源
135:rotatable base 可旋轉底座
145:air bearing 空氣軸承
155:axis 軸
170A:heat source array 熱源陣列
170B:heat source array 熱源陣列
175:controller 控制器
176:processor 處理器
177:memory device 記憶體裝置
180:door 門
185:gas flow controller 氣流控制器
190:end plate 端板
200:thermal processing system 熱處理系統
210:sensor 感測器
215:window 窗口
220:additional radiation source 附加熱源
225:second wavelength range 第二波長範圍
230:sensor window 感測器窗口
300:graph of transmittance 透射率的示例圖
302:curve 曲線
310:cooled tubes and/or cooled apertures 冷卻管及/或冷卻孔
400:graph of transmittance change 透射率變化的示例圖
402:curve 曲線
404:curve 曲線
406:curve 曲線
408:curve 曲線
410:curve 曲線
412:curve 曲線
414:curve 曲線
500:thermal processing system 熱處理系統
600:emissivity spectrum 發射率光譜
602:curve 曲線
604:curve 曲線
606:curve 曲線
608:curve 曲線
612:local peak 局部峰值
614:local peak 局部峰值
700:curve 曲線
702:peak 峰值
800:process 程序
900:process 程序
1000:process 程序
說明書提出了針對此技術領域具通常知識者之具體實施例的詳細討論，其係參照附圖，其中：
第一圖繪示了根據本發明示例具體實施例的示例熱處理裝置；
第二圖繪示了根據本發明示例具體實施例的示例熱處理裝置；
第三圖繪示了根據本發明示例具體實施例的示例工件材料的示例透射光譜；
第四圖繪示了相關於根據本發明示例具體實施例的一示例工件材料溫度的示例透射率變化；
第五圖繪示了根據本發明示例具體實施例的示例熱處理裝置；
第六圖繪示了根據本發明示例具體實施例的示例工件的示例發射光譜；
第七圖繪示了根據本發明示例具體實施例的在示例溫度下的示例黑體輻射曲線；
第八圖繪示了根據本發明示例具體實施例之用於工件熱處理的示例方法；
第九圖繪示了根據本發明示例具體實施例的用以 決定工件溫度的示例方法；以及
第十圖繪示了根據本發明示例具體實施例的用以決定工件溫度的示例方法。
現在將詳細參照具體實施例，其一或多個示例已在圖式中加以圖解。所提出各個示例是要解釋該等具體實施例，並非要做為本發明的限制。事實上，此技術領域具通常知識者應能輕易看出，可對具體實施例做出各種修改及變化而不會偏離本發明的範疇及精神。舉例來說，繪出或描述為一具體實施例之某部分的特徵可配合另一具體實施例使用，以產生又更進一步的具體實施例。因此，本發明各態樣企圖涵蓋此等修改及變化。
本發明的示例態樣關於用於工件的熱處理的方法。更具體地，在一些具體實施例中，本發明的示例態樣關於在工件(例如半導體工件)上執行熱處理程序(例如摻雜、沉積、退火或任何其他合適的熱處理程序)。在一些具體實施例中，熱處理程序可包含快速熱處理(RTP)，例如摻雜活化、快速熱退火(RTA)、金屬回流或任何其他合適的快速熱處理。根據本發明的示例態樣，熱處理可包含在相對低的溫度下加熱工件，例如超低溫，例如低於約200℃(例如約100℃)的溫度。
為了說明和討論的目的，本文可參考處理例如半 導體基板、半導體晶圓等的工件來討論本發明的示例態樣。使用本文所提供的揭露內容，本技術領域中具有通常知識者將理解到，在不偏離本發明的範疇的情況下，本發明各態樣可與其他工件的處理結合使用。如本文所使用，術語「約」與數值結合使用可指所述數值的20%內。
工件的熱處理可包含將工件加熱到期望的溫度，及/或將工件保持在待執行處理的期望溫度。在一些應用中，可能希望在熱處理之前及/或在熱處理期間將工件加熱到相對低的溫度，例如低於約200℃的溫度，例如約50℃至約150℃的溫度，例如約100℃。
在相對低的溫度下，例如在低於約200℃的溫度下，工件的熱處理可能存在各種挑戰。舉例來說，可能希望在熱處理期間精確地量測工件的溫度。用於熱處理的各種系統可採用非接觸式的溫度量測技術(例如高溫測定(pyrometry))，以量測工件的溫度。這類非接觸式的溫度量測技術可牽涉到量測電磁輻射，例如由工件發射的電磁輻射。然而，所量測的電磁輻射有時可能會被來自用以加熱工件的熱源的電磁輻射污染。另外，工件對特定波長的電磁輻射的吸收可能隨溫度的變化而變化。這些挑戰可能因工件在低溫下的特性而惡化，例如與在低溫下的工件相關的低發射率。
舉例來說，若工件為在約100℃下的輕度摻雜矽晶圓，則工件可能無法吸收與紅外光源相關的電磁輻射，例如波 長在約1.1微米(μm)至約14微米範圍內的電磁輻射。紅外光的一種替代方案為紫外光(UV)輻射，其波長為約10奈米至約400奈米。然而，一些應用可能不利於UV光源，或者是禁用UV光源，例如寬帶UV光源。如本文所用，輕度摻雜矽是指電阻率大於1歐姆/厘米的矽。
作為另一示例，可採用諸如高溫測定的非接觸式溫度量測技術來量測工件的溫度，而不需要與工件直接接觸。舉例來說，這類非接觸式量測技術可量測由工件發射的熱輻射並基於所發射的熱輻射來決定溫度。在相對較低的溫度下，例如低於200℃的溫度，工件所發射的熱輻射有時可能不足以獲得精確的量測結果。這些挑戰可能因為用於加熱工件的熱源所發射的電磁輻射所造成的污染而惡化。
為了克服這些挑戰，一個用於工件熱處理的系統可包含具有工件支撐件的處理室。工件支撐件可配置用以支撐工件。系統可包含一或多個熱源，其配置用以發射在第一波長範圍的電磁輻射，以將工件加熱到處理溫度。處理溫度可為約50℃至約150℃(例如，約100℃)。系統可包含一或多個感測器，其配置用以在工件處於處理溫度時獲得在第二波長範圍的電磁輻射的量測大小。第二波長範圍可與第一波長範圍不同，且可與第一波長範圍不重疊。在一些具體實施例中，與來自在第二波長範圍之熱源的輻射相關聯的功率密度，可小於與第二波長範圍相關聯的峰值頻譜功率密度約5%，例如小於與第二波 長範圍相關聯的峰值頻譜功率密度約1%。根據本發明的示例具體實施例，可至少部分地基於由一或多個感測器所獲得的電磁輻射的量測來決定工件的溫度。
根據本發明的示例具體實施例，用於工件熱處理的系統可包含處理室。處理室可具有適合於處理工件的任何形狀、組態及/或架構。另外，處理室可包含一或多個附加元件，以協助工件的熱處理。
在一些具體實施例中，處理室可具有配置用以支撐工件的工件支撐件。工件支撐件可具有任何合適的形狀、組態及/或架構，以支撐工件。在一些具體實施例中，工件支撐件可配置用以支撐工件，同時對處理室中的電磁輻射具有有限的影響，例如穿過工件的電磁輻射或由工件發射的熱輻射。舉例來說，工件的至少一部分可鄰接工件支撐件中的孔洞，允許電磁輻射從工件的一側傳遞到另一側，而不受工件支撐件的干擾。在一些具體實施例中，工件支撐件可包含另外的合適組件，以協助工件的熱處理。在一些具體實施例中，工件支撐件可包含具有一或多個支撐銷(例如，石英支撐銷)的石英支撐板。
在一些具體實施例中，工件可為半導體工件，例如至少部分地由矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、鍺(Ge)、或其他合適的半導體、或其組合所構成的工件。根據本發明，工件可具有任何合適的形狀或尺寸。舉例來說，工件可為「晶圓」或具有 基本上為圓形或卵形表面的基板。
在一些具體實施例中，用於工件熱處理的系統可包含一或多個熱源，其配置用以發射在第一波長範圍的電磁輻射。舉例來說，一或多個熱源可為光源或其他輻射熱源。一或多個熱源可操作以加熱工件，而沒有熱源和工件之間的物理接觸。舉例來說，一或多個熱源可包含紅外光源、發光二極體(LED)、脈衝熱源、相干光源(例如雷射)、窄帶熱源、或其他合適的熱源、或其組合。舉例來說，一或多個熱源可為窄帶熱源，例如LED，以減少或限制第一波長範圍之外的電磁輻射的污染。
一或多個熱源可配置用以發射在第一波長範圍的電磁輻射，以加熱工件。第一波長範圍可選擇，使得工件對在第一波長範圍的電磁輻射具有合適的吸收率，例如適當高的吸收率。舉例來說，第一波長範圍可具有適當高的吸收率，使得工件能夠吸收在第一波長範圍的輻射，例如適合以有效方式加熱工件的輻射量。舉例來說，第一波長範圍可包含使工件具有約0.3或更高(例如約0.5或更高、例如0.7或更高)吸收率的波長。藉由吸收電磁輻射所承載的能量的合適部分，可因此加熱工件。然而，任何合適的波長範圍可用於第一波長範圍。在一些具體實施例中，工件可加熱至約50℃至150℃，例如加熱至約100℃。
補充地及/或替代地，可選擇第一波長範圍，以至 少部分地基於工件的溫度來提供合適的吸收率。舉例來說，工件的吸收率可隨溫度而變化，且可能希望選擇第一波長以在所需溫度下提供足夠的吸收率。舉例來說，可選擇第一波長範圍以在下列情況提供合適的吸收率：在工件的初始溫度(即，在工件由一或多個熱源加熱之前)、在處理溫度(即在熱處理過程中工件被加熱到及/或被維持的溫度)、在一溫度範圍內(例如，在從初始溫度到處理溫度的範圍內)、或在任何合適的一或多個溫度、或其組合。在一些具體實施例中，溫度可為約50℃至約150℃。在一些具體實施例中，溫度可為約100℃。
在將包含輕度摻雜矽晶圓的工件加熱到約100℃的處理溫度的一個示例應用中，一或多個熱源可包含高功率窄帶LED，其配置用以提供在約900奈米的電磁輻射。在100℃下，對於波長為約900奈米的電磁輻射，輕度摻雜矽晶圓可具有約0.7的吸收率。LED可為窄帶熱源，其帶寬小於約200奈米，例如小於約100奈米、例如小於約50奈米、例如小於約20奈米。如本文所使用，LED帶寬為半功率帶寬，其中每單位波長所輻射的功率下降到峰值功率/單位波長的50%。因此，900奈米LED可提供足夠的能力來加熱工件、提供對其他波長的有限干擾、並避免可能與具有較短波長的電磁輻射(例如UV光)相關的複雜性。然而，根據本發明各態樣，可使用具有任何合適波長範圍的任何合適的熱源。
在一些具體實施例中，用於工件熱處理的系統可 包含一或多個感測器，其配置用以獲得在第二波長範圍的電磁輻射的量測大小。在一些具體實施例中，工件對第二波長範圍可至少部分為透明。在一些具體實施例中，第二波長範圍可對應工件發射大量熱輻射的波長範圍。基於來自一或多個感測器的量測，可決定工件的溫度。一或多個感測器可包含(例如)光電二極體、高溫計或其他合適的感測器。
第二波長範圍可與第一波長範圍不同及/或可不與第一波長範圍重疊。舉例來說，可選擇第一波長範圍和第二波長範圍以減少或限制第一波長範圍和第二波長範圍之間的污染。作為示例，第二波長範圍可選擇為，由一或多個熱源所發射的輻射帶之外的波長範圍。舉例來說，第一波長範圍可包含約900奈米的波長，且第二波長範圍可包含約1100奈米的波長。作為另一示例，第二波長範圍可為具有與第一波長不同數量級的波長範圍。舉例來說，第一波長範圍可包含具有約1000奈米的數量級的波長，例如900奈米，且第二波長範圍可包含具有約10微米的數量級的波長，例如16微米。在一些具體實施例中，與來自在第二波長範圍的熱源的輻射相關聯的頻譜功率密度可小於與第二波長範圍相關聯的峰值頻譜功率密度約5%，例如小於與第二波長範圍相關的峰值頻譜功率密度約1%。
在一些具體實施例中，一或多個感測器可在一或多個熱源不發射輻射期間，獲得在第二波長範圍的電磁輻射的量測大小。舉例來說，一或多個熱源可脈衝式開啟和斷開(例 如，在高頻率下)，且一或多個感測器可在一或多個熱源關閉期間獲得量測值。在此示例性具體實施例中，在第一波長範圍和第二波長範圍之間可能存在一些重疊。
除了獲得在不同於第一波長範圍的第二波長範圍內的量測值之外以及/或是作為另一種選擇，藉由對一或多個熱源施加脈衝，可降低來自一或多個熱源至由一或多個感測器所獲取之量測的汙損，允許由一或多個感測器進行精確量測，同時仍提供工件的有效加熱。
在一些具體實施例中，儘管獲得與自一或多個熱源所發射的第一波長範圍不同的第二波長範圍內的量測值，但一或多個感測器仍然可能對不想要的輻射敏感。舉例來說，來自工件之外的組件的熱輻射(例如來自處理室內的其他組件的熱輻射)，可能干擾由一或多個感測器所獲得的量測。舉例來說，來自組件(尤其是與工件溫度大致相同的組件)的熱輻射，可能至少部分地落在第二波長範圍內，或以其他方式污損由一或多個感測器所獲得的量測值。
在一些具體實施例中，一或多個感測器可包含通過一或多個窗口之工件至少一部分的視場。一或多個窗口對第二波長範圍可具通透性。在一些具體實施例中，一或多個窗口可配置用以限制第二波長範圍之外的波長。舉例來說，一或多個窗口可定位在工件以及一或多個感測器之間，用以限制除了該一或多個感測器配置用以量測之電磁輻射以外的電磁輻射 的干擾，或避免來自例如處理室中的碎片或熱條件對一或多感測器造成的損壞。舉例來說，一或多個窗口可配置用以至少部分地阻擋來自處理室中除工件之外的組件的熱輻射。在具有多於一個感測器的具體實施例中，每一感測器可包含單獨的窗口，或者可定位多於一個感測器以通過同一窗口觀察工件。在一些具體實施例中，一或多個窗口可在處理室壁內的孔中實現。在一些具體實施例中，一或多個窗口可包含合適的窗口材料，例如石英。
在一些具體實施例中，一或多個感測器的視場可由一或多個冷卻瞄準管及/或冷卻孔所限制。舉例來說，一或多個冷卻瞄準管及/或冷卻孔，可配置用以減少除了一或多個感測器配置用以量測之電磁輻射以外的電磁輻射的干擾，或是避免一或多個感測器受到例如處理室中的碎片或熱條件的損壞。舉例來說，一或多個冷卻瞄準管及/或冷卻孔，可將一或多個感測器的視場實質地導向工件，以防止來自不想要的電磁輻射的干擾。舉例來說，冷卻管及/或冷卻孔可配置用以至少部分地阻擋來自處理室中除工件之外的組件的熱輻射。作為另一示例，冷卻瞄準管及/或冷卻孔可防止對一或多個感測器造成損壞。
在一些具體實施例中，熱處理系統可包含一或多個附加的輻射源，其配置用以發射在第二波長範圍的電磁輻射。一或多個附加的輻射源可定位，使得所發射的輻射通常垂 直於(例如，在垂直線的約10°內)工件的表面，或相對於工件的表面具有任何其他合適的角度。在一些具體實施例中，一或多個附加的輻射源可實質地相對一或多個感測器定位。舉例來說，一或多個附加的輻射源中的每一個可定位在與一或多個感測器的每一個相對的處理室的一側上，並與一或多個感測器中的每一個形成線性定向。根據本發明，針對一或多個感測器及/或一或多個附加輻射源，可使用任何其他合適的定向。一或多個附加輻射源可包含例如雷射(例如雷射二極體)、紅外光源、紫外(UV)光源、發光二極體(LED)、脈衝輻射源、相干光源、窄帶輻射源、或其他合適的輻射源、或其組合。在一些具體實施例中，一或多個附加的輻射源可定位在一或多個窗口後面。
在一些具體實施例中，工件可對在第二波長範圍的電磁輻射為至少部分通透。舉例來說，工件在第二波長範圍內可具有大於約零的透射率。以此方式，在第二波長範圍的電磁輻射可以至少部分地穿過工件到達與一或多個附加輻射源相對的處理室的一側。
在一些具體實施例中，一或多個感測器可配置用以在其通過工件之後，獲取第二波長範圍之電磁輻射的量測值。以此方式，可藉由將由一或多個附加輻射源所發射的電磁輻射的強度與由一或多個感測器所量測的電磁輻射的強度進行比較，來決定工件的透射率。
在一些具體實施例中，由一或多個附加輻射源所發射的電磁輻射的強度可隨時間變化而改變，其中來自一或多個感測器的在第二波長範圍的電磁輻射的量測仍可用以決定透射率，並因此決定工件的溫度。舉例來說，可在由一或多個感測器所獲得的電磁輻射的量測中，補償一或多個附加輻射源的強度變化。
即使來自一或多個附加輻射源的輸出是固定的，由一或多個感測器所獲得在第二波長範圍的電磁輻射的量測值，也可能隨著工件的溫度而改變。以此方式，來自一或多個感測器的量測，可能與伴隨工件透射率而改變的工件的溫度直接相關(例如，因為初始溫度和當前溫度之間的溫度變化)。
在一些具體實施例中，可至少部分地基於工件的透射率來決定工件的溫度。舉例來說，工件的透射率可隨工件的溫度而變化。舉例來說，工件的透射率可至少根據工件的溫度而變化。可量測、或以其他方式知道、或決定與工件透射率相關的其他因素，其例如但不限於工件的形狀、工件的厚度、工件的成分等。在一些具體實施例中，可決定一參考透射光譜，且可量測熱處理期間的工件透射率。可至少部分地基於參考透射光譜與工件的透射率之間的比較，決定工件的溫度。
在一些具體實施例中，參考透射光譜可至少部分地基於工件的透射率來指示工件的溫度。舉例來說，在一些具體實施例中，參考透射光譜可至少部分地基於在複數溫度下針 對一或多個參考工件所測得的透射率。一或多個參考工件可與工件共享一或多個特性。在一些具體實施例中，一或多個參考工件中的一或多個，可為待熱處理的工件。在一些具體實施例中，量測的透射率可根據本發明在處理室中進行量測。在一些具體實施例中，可使用單獨的裝置來獲得量測的透射率。
在參考透射光譜係至少部分地以測得的透射率作為基礎的具體實施例中，參考透射光譜可包含模型或方程式、查詢表或任何其他合適的參考透射光譜。舉例來說，可利用所測得的透射率來推算至少隨著溫度而改變之透射率的數學模型或方程式。在一些具體實施例中，可至少部分地基於附加特性來校準模型或方程式，其例如但不限於工件的厚度、工件的成分、或任何其他合適的特性、或其組合。舉例來說，模型可基於工件的厚度進行調節，使得具有不同厚度(例如，在一厚度範圍內或誤差百分比內)的幾個實質相似的工件，可相關聯於相同的模型。在一些具體實施例中，可對每個厚度使用單獨的模型或方程式，且可將待處理的工件的厚度四捨五入到具有參考透射光譜的最接近的厚度。在一些具體實施例中，模型或方程式可與厚度無關。
作為另一示例，測得的透射率可作為資料，用以自動增加至工件透射率與工件溫度相關聯的查詢表中。舉例來說，可至少部分基於測得之工件的各種特性，自動增加資料至各種查詢表。在一些具體實施例中，可在基於各種特性進行擷 取之後，調處查詢表資料。舉例來說，如果在熱處理期間量測的工件的透射率落在查詢表中的兩個數值之間，則可藉由加權總和來平均這兩個數值。作為另一示例，可使用至少部分代表工件的某些特性(例如厚度)的乘法器來稍微調整查詢表，例如，不需基於該特徵自動增加完全不同的查詢表。
在一些具體實施例中，參考透射光譜可至少部分根據近似或模擬資料、或不是直接從工件量測的其他資料。舉例來說，可針對工件產生基於工件的物理及/或化學特性的方程式或模型。舉例來說，模型可基於電腦模擬，或基於包含工件的一或多種材料的透射率、或其他類似的模型。
在一些具體實施例中，可校準參考透射光譜，以便提供一給定工件之透射率和溫度間的精確相關性。舉例來說，可基於工件來調整模型或方程式的一或多個參數、變量等。作為另一示例，可從工件的複數個候選參考透射光譜中選擇一參考透射光譜。
在一些具體實施例中，可藉由將從工件量測的參考透射率與參考透射光譜相匹配，來校準參考透射光譜。舉例來說，可在已知的初始溫度下從工件量測參考透射率。在一具體實施例中，可將參考透射率與已知緊密對應於工件的透射率的候選參考透射光譜進行比較，以調整候選參考透射光譜，進而更精確地對應於工件。作為另一示例，可將參考透射率與複數候選參考透射光譜上的點進行比較，以選擇複數個候選參考 透射光譜中最準確代表工件的那一個，例如與量測參考透射率時的溫度相關聯的點。可根據本發明使用校準參考透射光譜的任何其他合適的方法。
藉由將量測的透射率與參考透射光譜相關聯，可決定工件的溫度。舉例來說，量測得的透射率可為輸入透射率和溫度相關聯模型或方程式的訊息。作為另一示例，量測得的透射率可映射到一軸為透射率(例如縱坐標)且另一軸為溫度(例如橫坐標)的X-Y圖表上的點。作為另一示例，量測得的透射率可為溫度查詢表的輸入訊息。因此，量測得的透射率可用以精確和間接地決定工件的溫度
作為另一示例，由於工件的透射率變化而在一或多個感測器處發生的信號變化，可用以決定工件的溫度。舉例來說，在工件的第一溫度下，一或多個感測器可量測在第二波長範圍的電磁輻射的第一強度。在工件的第二溫度下，一或多個感測器可量測在第二波長範圍的電磁輻射的第二強度。
作為示例，可至少部分地基於第一強度和第二強度之間的差來決定工件的溫度。舉例來說，第一溫度可為已知的，且第二溫度可為未知的，且第一溫度和第一強度可用以建立模型上的參考點，其中模型例如為方程式、曲線、資料集或關聯強度和溫度的其他合適的模型(例如針對給定的工件)。可基於模擬或估計的資料(例如，基於工件的一或多個特性)及/或量測的資料(例如，自工件及/或具有與工件類似特性的一或 多個其他工件量測而得)來決定模型。舉例來說，可由與前文所述的參考透射光譜類似的方式來決定模型。接著，可使用第二強度在模型上建立第二點，並可因此基於第二點來決定第二溫度。可使用本技術領域已知的任何其他合適的方法，基於由一或多個感測器所獲得的量測值來決定工件的溫度。
將參考使用透射率決定工件的溫度來討論本發明的各態樣。在不脫離本發明的範疇的情況下，其他光學特性(例如反射率)也可用以決定工件的溫度。舉例來說，在工件為半通透的情況下，反射率可用作透射率的替代，因為反射率包含來自工件背面的內反射而產生的成分，且該成分的大小受工件中吸收作用的影響。
在一些具體實施例中，一或多個感測器可配置用以獲得在第二波長範圍的電磁輻射的量測，且第二波長範圍可包含由工件發射的一系列熱輻射的至少一部分。工件發出的熱輻射可隨工件溫度而變化。因此，可對工件在第二波長範圍內所發射的熱輻射進行量測，並將其與在複數個溫度下工件在第二波長範圍所散發出的發射率及/或預期的熱輻射量進行比較，以決定工件溫度。
舉例來說，工件的熱輻射可以是在工件溫度下由理想黑體所發射的黑體輻射，以及工件的發射率兩者的結果。工件的發射率可為工件在特定波長和溫度下所發射的熱輻射量、與理想黑體在特定波長和溫度下所發射的熱輻射量之間的 比例。在一些情況下，工件的黑體曲線和發射率曲線的至少一部分可能為反向相關，導致在選擇發射適當大量熱輻射的第二波長範圍時的挑戰。
在一些具體實施例中，為了量測工件在特定溫度下所發射的熱輻射，可選擇用於量測的波長帶，該波長帶在該溫度下在黑體圖上具有相對高的幅度，同時對於工件也具有相對高的發射率常數。
在一些具體實施例中，可至少部分地基於與工件的發射率相關聯的一或多個局部特徵來選擇第二波長範圍。舉例來說，工件的發射率曲線可具有一或多個局部最大值，其在特定波長處比在周圍波長處提供相對更高的發射率。特別是在黑體曲線和發射率曲線係反向相關的情況下，若局部特徵係對應於本文所討論之其他考量下所期待的波長，則局部特徵可對應於可供熱輻射量測之相對的理想波長。舉例來說，工件在一或多個局部特徵處的波長下，相對於在一或多個局部特徵周圍處的波長下，可發射出更多量的熱輻射。
舉例來說，在工件包含在約100℃下的輕度摻雜矽晶圓的特定具體實施例中，工件可具有與在9微米及/或16微米的發射率相關聯的一或多個局部特徵。舉例來說，在9微米的局部特徵可為局部最大值，使得在9微米處的發射率係足夠高於，例如，在8微米或10微米處的發射率。因此，在9微米下獲得的量測值可能是令人期待的，因為除了具有相關聯於在 100℃下9微米的黑體曲線的顯著幅度之外，工件還在9微米處發射相對較高的熱輻射量。
在一些具體實施例中，工件的發射率特性可原位獲得，亦即不需從處理室移出工件。
在一些具體實施例中，工件的發射率可藉由以下來量測：使來自一或多個已知強度的量測輻射源的電磁輻射與工件相互作用，並量測由一或多個量測輻射源所發射的電磁輻射與工件相互作用後的強度。舉例來說，一或多個量測輻射源可為任何合適的輻射源，例如用於加熱工件的一或多個熱源、一或多個另外的輻射源、或任何其他合適的輻射源。在一些具體實施例中，工件可至少部分通透過由一或多個量測輻射源所發射的電磁輻射。以此方式，由一或多個量測輻射源所發射的電磁輻射的第一部分，可穿過工件到達與一或多個量測輻射源相對的處理室的一側，且電磁輻射的第二部分可從工件表面反射出來。
舉例來說，在工件包含在100℃下的輕度摻雜矽晶圓的示例具體實施例中，對於小於約25微米的波長，工件可能不是完全不通透的。如此，為了量測工件的發射率，可量測工件的透射率和工件的反射率。舉例來說，透射率可依已經通過工件的電磁輻射的第一部分的強度，相對於由一或多個量測輻射源所發射的電磁輻射強度的比例來加以測定。反射率可依由工件反射的電磁輻射的第二部分的強度，相對於由一或多個量 測輻射源所發射的電磁輻射強度的比例來測定。因此，任何透射率和反射率的總和所未考慮的電磁輻射，係對應於由工件所吸收的電磁輻射。在熱平衡下，工件所發射的能量可判定相同於工件吸收的能量。以此方式，可量測工件的發射率。
基於測得的工件溫度，可控制熱處理系統的一或多個程序參數。舉例來說，量測的溫度可用於反饋迴路中，且可控制一或多個熱源的強度以調整及/或維持工件溫度。舉例來說，可調整一或多個熱源的強度，將工件加熱到所需的處理溫度。
本發明的一示例性具體實施例關於一熱處理裝置。裝置可包含具有工件支撐件的處理室。工件支撐件可配置用以支撐工件。裝置可包含一或多個熱源，其配置用以發射在第一波長範圍的電磁輻射，以便將工件加熱到處理溫度。處理溫度可為約50℃至約150℃，例如約100℃。裝置可包含一或多個感測器，其配置用以在工件處於處理溫度時，獲取在第二波長範圍之電磁輻射的量測值。第二波長範圍可與第一波長範圍不同。
在一些具體實施例中，裝置可包含一或多個處理器，其配置用以至少部分地基於由一或多個感測器所獲得的電磁輻射的量測來決定工件的溫度。
在一些具體實施例中，一或多個熱源可配置用以發射在窄帶紅外線範圍內的電磁輻射。第一波長範圍可為約 850奈米至約950奈米，例如約900奈米。可選擇第一波長範圍，使得工件在第一波長範圍和處理溫度下具有大於約0.5的吸收率，例如在第一波長範圍和處理溫度下大於約0.7。第二波長範圍可包含長於約1000奈米的波長，例如大於約1100奈米。在一些具體實施例中，第二波長範圍可包含約13微米至約17微米的波長，例如約16微米。在一些具體實施例中，第二波長範圍可為約7微米至約12微米的波長，例如約9微米。在一些具體實施例中，第一波長範圍和第二波長範圍之間沒有重疊。
在一些具體實施例中，一或多個感測器可包含通過對第二波長範圍具通透性的一或多個窗口的工件至少一部分的視場。裝置可包含冷卻孔或冷卻管，以限制一或多個感測器的視場。
在一些具體實施例中，一或多個感測器經配置，用以在一或多個熱源在第一波長範圍不發射電磁輻射的期間，量測位在第二波長範圍的電磁輻射。
在一些具體實施例中，一或多個熱源包含一或多個發光二極體。工件可包含半導體。舉例來說，工件可包含矽及/或輕度摻雜的矽。
在一些具體實施例中，裝置可包含一或多個附加輻射源，其配置用以發射在第二波長範圍的電磁輻射。工件對在第二波長範圍的電磁輻射可為至少部分通透。在由一或多個感測器量測之前，在第二波長範圍的電磁輻射可穿過工件。
在一些具體實施例中，由一或多個感測器所獲得的量測值係指示工件的透射率。該一或多個處理器可經配置，用以至少部分地藉由比較獲自一或多個感測器之指示工件透射率的量測值，與具有已知初始溫度之樣品的參考透射光譜，來決定工件的溫度。
在一些具體實施例中，一或多個處理器配置用以至少部分地基於工件的發射率來決定工件的溫度。工件的發射率可原位地量測。可藉由向工件提供具有已知強度的電磁輻射，並量測在與工件相互作用之後的電磁輻射的強度，來量測工件的發射率。可至少部分地基於工件的反射率、工件的透射率或其組合來量測工件的發射率。
一種用於工件的熱處理的方法。方法可包含使用一或多個熱源將工件加熱到處理溫度。一或多個熱源可配置用以發射在第一波長範圍的電磁輻射。方法可包含在工件處於處理溫度時，在一或多個感測器處量測在第二波長範圍的電磁輻射。第二波長範圍可與第一波長範圍不同。方法可包含至少部分地基於由一或多個感測器所量測的在第二波長範圍中的電磁輻射來決定工件的溫度。在一些具體實施例中，方法可包含至少部分地基於工件的溫度來控制一或多個熱源，以調整或維持工件的溫度。
在一些具體實施例中，在一或多個感測器處量測位在第二波長範圍的電磁輻射，可包含藉由一或多個附加的輻 射源來發射位在第二波長範圍的電磁輻射；及在一或多個感測器處量測位在第二波長範圍的電磁輻射。位在第二波長範圍的電磁輻射，可在一或多個感測器處被接收之前通過工件。
在一些具體實施例中，測定(其至少部分地基於由一或多個感測器所量測的在第二波長範圍的電磁輻射)工件的溫度，可包含測定與工件相關聯的參考透射光譜；至少部分地基於由一或多個感測器所量測之位在第二波長範圍中的電磁輻射，來決定工件的透射率；以及至少部分地基於參考透射光譜和工件的透射率來決定工件的溫度。
在一些具體實施例中，測定(其至少部分地基於由一或多個感測器所量測的在第二波長範圍中的電磁輻射)工件的溫度，包含測定在一或多個參考溫度下，工件在第二波長範圍下的發射率；以及至少部分地基於在一或多個參考溫度下的工件在第二波長範圍下的發射率來決定工件的溫度。
本發明的另一示例具體實施例關於一熱處理裝置。裝置可包含具有工件支撐件的處理室。工件支撐件可配置用以支撐工件。裝置可包含一或多個熱源，其配置用以發射在第一波長範圍的電磁輻射，以將工件加熱到處理溫度。處理溫度可為約50℃至150℃。裝置可包含一或多個附加輻射源，其配置用以發射在第二波長範圍的電磁輻射。第二波長範圍可與第一波長範圍不同。工件對第二波長範圍內的電磁輻射可為至少部分通透。裝置可包含一或多個感測器，其配置用以在工件 處於處理溫度時獲得在第二波長範圍的電磁輻射的量測。在由一或多個感測器量測之前，在第二波長範圍的電磁輻射可通過工件。可至少部分地基於由一或多個感測器所獲得的電磁輻射的量測來決定工件的透射率。可至少部分地基於工件的透射率來決定工件的溫度。
本發明的另一示例具體實施例關於一熱處理裝置。裝置包含具有工件支撐件的處理室。工件支撐件可配置用以支撐工件。裝置可包含一或多個熱源，其配置用以發射在第一波長範圍的電磁輻射，以將工件加熱到處理溫度，其中處理溫度為約50℃至150℃。裝置可包含一或多個感測器，其配置用以當工件處於處理溫度時獲得在第二波長範圍的電磁輻射的量測，其中第二波長範圍不同於第一波長範圍。一或多個感測器至少部分地基於工件的發射率來決定工件的溫度。
現在參照附圖，現在將詳細討論本發明的示例具體實施例。第一圖繪示了可根據本發明的示例具體實施例使用的示例性熱處理系統100。如圖所示，熱處理系統100包含處理室105、工件110、工件支撐件120、熱源陣列170A和170B、空氣軸承145、控制器175、門180和氣流控制器185。
在一些具體實施例中，工件110可為半導體工件，例如至少部分由矽(Si)、鎵(Ga)(例如，GaAs)、鍺(Ge)(例如，SiGe)、或其他合適的半導體、或其組合所構成的工件。根據本發明，工件110可具有任何合適的形狀或尺寸。舉例來說， 工件110可為「晶圓」或具有大致圓形表面的基板。
根據本發明的示例性具體實施例，用於工件的熱處理系統100可包含處理室105。處理室可具有適於處理工件110的任何形狀、組態及/或構造。此外，處理室可包含一或多個附加元件(未示出)，以輔助工件110的熱處理。
在一些具體實施例中，處理室105可包含工件支撐件120。工件支撐件120可配置用以支撐工件110。根據本發明的示例態樣，工件支撐件120可具有任何合適的形狀、組態及/或構造以支撐工件110。在一些具體實施例中，工件支撐件120可配置用以支撐工件110，同時對處理室中的電磁輻射具有限的影響，例如穿過工件110的電磁輻射或工件110所發射的熱輻射。舉例來說，工件110的至少一部分可與工件支撐件120中的孔相鄰，允許電磁輻射從工件110的一側傳遞到另一側，而不受工件支撐件120的干擾。在一些具體實施例中，工件支撐件120可包含另外的合適組件(未顯示)，以輔助工件的熱處理。在一些具體實施例中，工件支撐件可包含具有一或多個支撐銷(例如，石英支撐銷)的石英支撐板。
可藉由工件支撐件120將待處理的工件110支撐於處理室105(例如，石英室)中。工件支撐件120可在熱處理期間支撐工件110。在一些具體實施例中，工件支撐件120可包含可旋轉底座135，及/或一或多個支撐銷115(僅示出一個)。支撐銷115和可旋轉底座135可傳遞來自熱源陣列170B的熱。支撐銷 可旋轉底座135可由石英製成。可旋轉底座135可在限定的旋轉方位及限定的旋轉速度下，旋轉工件110。可旋轉底座135可由空氣軸承145支撐。撞擊在可旋轉底座135上的氣流，可使可旋轉底座135繞著軸155旋轉。在一些具體實施例中，可旋轉底座135可不存在，且工件110可僅由一或多個支撐銷115及/或一固定支撐板支撐。
保護環(未示出)可用以減少來自工件110的一或多個邊緣的輻射的邊緣效應。端板190將處理室105密封，且門180可允許工件110進入，並在關閉時可允許處理室105被密封以及將處理氣體125從氣流控制器185引入處理室105。處理氣體125可包含不與工件110反應的惰性氣體，及/或處理氣體125可包含與工件110的材料(例如半導體晶圓等)反應以在工件110上形成層體的反應氣體。處理氣體125可為可包含矽化合物的氣體，該矽化合物在被處理的工件110的加熱表面上反應，以在加熱表面上形成層體，而不消耗來自工件110表面的任何材料。
在一些具體實施例中，用於工件的熱處理的系統可包含一或多個熱源130，其配置用以發射在第一波長範圍的電磁輻射。一或多個熱源130可為，例如，光源或其他輻射熱源。一或多個熱源130可操作以在熱源130和工件110之間沒有物理接觸的情況下加熱工件。舉例來說，一或多個熱源130可包含紅外光源、發光二極體(LED)、脈衝式熱源、相干光源、 窄帶熱源、或其他合適的熱源、或其組合。舉例來說，一或多個熱源130可為窄帶熱源(例如LED)，以減少或限制在第一波長範圍之外的電磁輻射的發射。
一或多個熱源130可配置用以發射在第一波長範圍的電磁輻射，以加熱工件110。可選擇第一波長範圍，使得工件對在第一波長範圍的電磁輻射具有合適的吸收率，例如適當的高吸收率。舉例來說，第一波長範圍可具有適當的高吸收率，使得工件能夠吸收在第一波長範圍的輻射，例如適合以有效方式加熱工件的輻射量。舉例來說，第一波長範圍可包含工件具有約0.3或更高(例如約0.7或更高)的吸收率的波長。藉由吸收電磁輻射所承載能量的合適部分，可因此而加熱工件110。然而，任何合適的波長範圍可用於第一波長範圍。在一些具體實施例中，工件110可加熱至約50℃至150℃，例如至約100℃。
補充地及/或替代地，可選擇第一波長範圍以至少部分地基於工件110的溫度來提供合適的吸收率。舉例來說，工件110的吸收率可隨溫度而變化，且有可能需要選擇第一波長以在所需溫度下提供足夠的吸收率。舉例來說，可選擇第一波長範圍以在以下的情況提供合適的吸收率：在工件110的初始溫度下(即，在工件110由一或多個熱源130加熱之前)、在處理溫度下(即，工件在熱處理過程中被加熱及/或保持的溫度)、在一溫度範圍內(例如，在從初始溫度到處理溫度的範圍內)、 或在任何合適的一或多個溫度下、或其組合。在一些具體實施例中，溫度可為在約50℃至約150℃的範圍中的處理溫度。在一些具體實施例中，處理溫度可為約100℃。
將包含輕度摻雜矽晶圓的工件110加熱到大約100℃的處理溫度的一個示例應用中，一或多個熱源130可包含高功率單色LED，其配置用以提供在約900奈米的光。在100℃下，對於波長為約900奈米的電磁輻射，輕度摻雜矽晶圓可具有約0.7的吸收率。如LED的熱源130可為窄帶熱源，因此可發射不同於約900奈米波長的可忽略輻射。如此，900奈米LED的熱源130可提供足夠的能力來加熱工件110、在其他波長上提供有限的干擾、並避免可能相關於較短波長電磁輻射(例如UV光)的複雜性。然而，根據本發明各態樣，可使用具有任何合適波長範圍的任何合適的熱源130。
兩個熱源陣列170A和170B顯示在工件110的兩側。每個熱源陣列可包含複數熱源130。熱源130的示例可包含燈(例如，白熾燈等)、發光二極體LED、雷射二極體或其他合適的單色熱源。每個熱源可為圓形、線形或其他形狀。在一些具體實施例中，熱源陣列170A和170B可具有相同的組態。在一些實施方式中，熱源陣列170A和170B可具有線性熱源，其可彼此平行地定位，其間具有開放空間。在一些實施方式中，熱源陣列170A和170B可具有圓形熱源，其可依緊密堆積(例如，蜂窩等)組態來安置，於其間具有物理屏障。在一些具體 實施例中，熱源陣列170A和170B可具有不同的組態。熱源陣列170A可具有線性熱源，而熱源陣列170B可具有圓形熱源，反之亦然。
在此討論的熱源陣列170A和170B具有複數個熱源。然而，可僅使用單一個熱源，而不偏離本發明的範疇。此外，在一些具體實施例中，熱處理系統100可僅包含熱源陣列170A。在一些具體實施例中，熱處理系統100可僅包含熱源陣列170B。在一些具體實施例中，熱處理系統100可包含熱源陣列170A和170B。
控制器175可配置用以執行本文所討論的一些或所有的方法。舉例來說，控制器可包含一或多個處理器176，其配置用以執行本文所討論的一些或所有方法。控制器175可包含儲存一或多個電腦可讀指令的一或多個記憶體裝置177，當執行此指令時(例如，藉由一或多個處理器176)，實行本文所揭露的任何方法。舉例來說，指令可使控制器175控制熱處理系統100的各態樣，例如一或多個熱源130的輸出強度。作為另一示例，指令可使本文所討論的任何組件(例如控制器175及/或一或多個感測器210(第二圖和第五圖中所示))執行根據本發明的工件110的溫度量測。
現在參照第二圖，討論依照本發明的示例性熱處理系統200。為了在本文進行討論，有些在第一圖討論的相關於熱處理系統100的組件，在相關於第二圖的熱處理系統200中將省略。然而，熱處理系統200的一些具體實施例可包含關 於第一圖所討論的一些或所有組件。
熱處理系統200可包含處理室105、具有一或多個熱源130的一或多個熱源陣列170A、170B、以及配置用以支撐工件110的工件支撐件120，如關於第一圖所討論的。
在一些具體實施例中，熱處理系統可包含一或多個附加熱源220，其配置用以發射在第二波長範圍225的電磁輻射。可定位一或多個附加熱源220，使得所發射的輻射通常垂直(例如，在垂直線的約10°內)於工件110的表面，或相對於工件110的表面具有任何其他合適的角度。在一些具體實施例中，一或多個附加的熱源220可實質相對一或多個感測器210來定位。舉例來說，可定位一或多個附加熱源220中的每一個在處理室中與一或多個感測器210的每一個相對的一側上，與一或多個感測器210中的每一個形成線性定向。根據本發明，可使用針對一或多個感測器及/或一或多個附加輻射源的任何其他合適定向。一或多個附加輻射源可包含(例如)雷射(例如雷射二極體)、紅外光源、紫外(UV)光源、發光二極體(LED)、脈衝輻射源、相干光源、窄帶輻射源、或其他合適的輻射源、或其組合。在一些具體實施例中，一或多個附加熱源220可定位在一或多個窗口215後面。
第二波長範圍可與第一波長範圍不同及/或可不與第一波長範圍重疊。舉例來說，可選擇第一波長範圍和第二波長範圍以減少或限制第一波長範圍和第二波長範圍之間的 污染。作為示例，第二波長範圍可選擇為一或多個熱源130所發射的輻射帶之外的波長範圍。舉例來說，第一波長範圍可包含約900奈米的波長且第二波長範圍可包含約1100奈米的波長。作為另一示例，第二波長範圍可為具有與第一波長不同數量級的波長範圍。舉例來說，第一波長範圍可包含具有約1000奈米的數量級的波長，例如900奈米。在一些具體實施例中，與來自在第二波長範圍的熱源的輻射相關聯的頻譜功率密度，可小於與第二波長範圍相關聯的峰值頻譜功率密度約5%，例如小於與第二波長範圍相關的峰值頻譜功率密度約1%。
第二波長範圍可包含具有約10微米的數量級的波長，例如在約13微米至約17微米的範圍內，例如約16微米。在一些具體實施例中，第二波長範圍可在約8微米至約12微米的範圍內，例如約9微米，其可以對應於Si-O鍵提供吸收/發射峰值的位置。
熱處理系統200可更包含一或多個感測器210，其配置用以獲得在第二波長範圍的電磁輻射的量測。在一些具體實施例中，工件110對於第二波長範圍的電磁輻射可為至少部分通透。基於來自一或多個感測器210的量測，可決定工件110的溫度。舉例來說，由一或多個感測器210所量測的熱輻射強度，可與溫度的曲線圖、圖表、查詢表等，針對在某一波長下的熱輻射強度，進行比較，以決定工件110的溫度。一或更多感測器210可包含(例如)光電二極體、高溫計、或其他合適的 感測器。
在一些具體實施例中，一或多個感測器210，可在一或多個熱源130不發射輻射期間，獲得在第二波長範圍的電磁輻射的量測。舉例來說，一或多個熱源130可脈衝式開啟和斷開(例如，以高頻率)，且一或多個感測器210可在一或多個熱源130關閉期間獲得量測。除了獲得在不同於第一波長範圍的第二波長範圍內的量測之外及/或作為另一種選擇，藉由對一或多個熱源130施以脈衝，可降低一或多個熱源130對一或多個感測器210所獲得量測的汙染，允許由一或多個感測器210進行精確量測，同時仍提供工件110的有效加熱。
在一些具體實施例中，一或多個感測器210可包含通過一或多個感測器窗口230之至少一部分工件110的視場。一或多個感測器窗口230可對第二波長範圍具通透性。在一些具體實施例中，一或多個感測器窗口230可配置用以限制第二波長範圍以外的波長。舉例來說，一或多個感測器窗口230可定位在工件和一或多個感測器210之間，以限制除了一或多個感測器210組態要量測的電磁輻射以外的電磁輻射的干擾，或防止來自例如處理室105中的碎片或熱條件對一或多個感測器210造成損害。舉例來說，一或多個感測器窗口230可經配置，用以至少部分地阻擋來自處理室105中除工件及/或一或多個附加熱源220以外的組件的熱輻射。舉例來說，一或多個感測器窗口230可經配置而對由一或多個熱源130所發射的電磁輻 射為至少部分地不通透。在具有多於一個熱源130的具體實施例中，每一感測器210可包含單獨的感測器窗口230，或多於一個感測器210可定位以通過相同的窗口230觀察工件110。在一些具體實施例中，一或多個感測器窗口230可實施於處理室105的壁中的孔洞中。
熱處理系統200可更包含一或多個窗口215(例如石英窗口)，其位於一或多個熱源陣列170A、170B與工件110之間。窗口215對處理室105中的電磁輻射的至少一部分可為至少部分通透。舉例來說，窗口215至少對第一波長範圍(例如由一或多個熱源130所發射的電磁輻射)及/或第二波長範圍(例如，由一或多個附加熱源220所發射及/或由工件110所發射的電磁輻射)的電磁輻射，可為至少部分地通透。
在一些具體實施例中，工件110對第二波長範圍225的電磁輻射可至少部分通透。以此方式，在第二波長範圍225中電磁輻射可至少部分地穿過工件110，到達處理室105中相對於一或多個附加熱源220的一側。
在一些具體實施例中，一或多個感測器可配置用以在第二波長範圍的電磁輻射通過工件之後獲得其量測值。以此方式，可藉由將由一或多個附加輻射源所發射的電磁輻射的強度，與由一或多個感測器所量測的電磁輻射的強度進行比較，來決定工件的透射率。舉例來說，可至少部分地基於由一或多個感測器210所量測的電磁輻射的強度，相對於由一或多 個附加熱源220所發射的電磁輻射的強度的比例，來決定透射率。
第三圖顯示了示例工件材料在一定波長範圍內的透射率的示例圖300。如曲線302所示，工件材料在一部分電磁波頻譜上可具有大於零的透射率。根據本發明的一些示例具體實施例，針對由透射率如第三圖所示的示例性工件材料所製成的工件，可能希望選擇在約1微米至約10微米範圍內的第二波長範圍。
在一些具體實施例中，由一或多個附加熱源220所發射的電磁輻射的強度可相對於時間改變，其中由一或多個感測器210對在第二波長範圍225的電磁輻射的量測，仍可用以決定透射率並因此決定工件110的溫度。舉例來說，可在量測由一或多個感測器210所獲得的電磁輻射時，補償一或多個附加熱源220的強度變化。
即使來自一或多個附加熱源220的輸出是固定的，由一或多個感測器210所獲得的在第二波長範圍的電磁輻射的量測，也可隨工件110的溫度而改變。工件110及/或熱處理系統200的其他性質(例如工件厚度、成分等)，在整個溫度變化期間，可判定是固定的。以此方式，來自一或多個感測器210的量測，可與導因於工件110透射率的工件110溫度(例如初始溫度和當前溫度之間的溫度變化)直接相關。
在一些具體實施例中，可至少部分地基於工件的 透射率來決定工件的溫度。舉例來說，工件的透射率可隨工件的溫度變化而變化。舉例來說，工件的透射率可至少根據工件溫度來變化。可能與工件的透射率相關的其他因素(例如但不限於工件的形狀、工件的厚度、工件的成分等)，可被量測或以其他方式得知或決定。
舉例來說，第四圖顯示了針對可至少部分地組成工件(例如工件110)的示例工件材料，在各種波長下隨溫度而變的透射率變化的示例圖400。特別地，曲線402-414中的每一個對應工件材料在一特定波長下的透射率。如在第四圖中所見，隨著材料溫度的變化，特定波長下的工件材料的透射率會略微變化。因此，量測通過材料傳輸的電磁輻射強度的感測器，將會因為溫度而經歷強度變化。因此，此強度變化可與溫度變化相關並用以決定溫度變化及/或工件的溫度。
在一些具體實施例中，可決定一參考透射光譜。在一些具體實施例中，可以至少部分地基於與複數不同波長相關聯的量測，來決定參考透射光譜。在熱處理期間，可量測工件的透射率。可至少部分地基於參考透射光譜與量測的工件透射率之間的比較，來決定工件的溫度。
在一些具體實施例中，參考透射光譜可至少部分地基於工件110的透射率來指示工件110的溫度。舉例來說，在一些具體實施例中，參考透射光譜，可至少部分地基於針對一或多個參考工件在複數個溫度下測得的透射率。一或多個參考 工件可與工件110共享一或多個特徵。在一些具體實施例中，參考工件可為待熱處理的工件110。在一些具體實施例中，可在根據本發明的處理室105中，量測所量測的透射率。在一些具體實施例中，可使用單獨的裝置來獲得量測的透射率。
在參考透射光譜至少部分地基於量測的透射率的具體實施例中，參考透射光譜可包含模型或方程式、查詢表、或任何其他合適的參考透射光譜。舉例來說，測得的透射率可用以推斷至少導因於溫度之透射率的數學模型或方程式(例如，曲線402-414的其中一者)。在一些具體實施例中，可至少部分地基於附加特徵來校準模型或方程式，其例如但不限於工件110的厚度、工件110的組成、或任何其他合適的特性、或其組合。舉例來說，模型可基於工件110的厚度進行調整，使得具有不同厚度(例如，在一厚度範圍內或誤差百分比內)的幾個基本相似的工件，可相關聯於同一模型。在一些具體實施例中，可對每一厚度使用單獨的模型或方程式，且可將待處理的工件的厚度四捨五入到具有參考透射光譜的最接近的厚度。在一些具體實施例中，模型或方程式可與厚度無關。
作為另一示例，測得的透射率可被作為資料，自動地增加至工件透射率與工件溫度相關聯的查詢表中。舉例來說，可至少部分基於從其獲得量測值之工件的各種特性，自動增加資料至各種查詢表。在一些具體實施例中，基於對各種特徵進行擷取之後，可調整查詢表資料。舉例來說，如果在熱處 理期間所量測的工件110的透射率(例如，藉由感測器210及/或附加熱源220)，落在查詢表中的兩個數值之間，則這兩個數值可藉由加權總和來平均。作為另一示例，可使用至少部分代表工件的某些特性(例如厚度)的乘法器來稍微調整查詢表，例如不需基於該特徵來自動增加完全不同的查詢表。
在一些具體實施例中，參考透射光譜可至少部分地基於近似或模擬資料、或不是直接從工件量測的其他資料。舉例來說，可針對工件產生基於工件的物理及/或化學特性的方程式或模型。舉例來說，模型可基於電腦模擬，或基於包含工件的一或多種材料的透射率、或其他類似模型。
在一些具體實施例中，可校準參考透射光譜，以針對給定的工件110，提供透射率和溫度之間的精確相關性。舉例來說，可根據工件110，對模型或方程式的一或多個參數、變量等進行調整。作為另一示例，可從工件110的複數個候選參考透射光譜中選擇參考透射光譜。
在一些具體實施例中，可藉由從工件110量測的參考透射率與參考透射光譜的比對，來校準參考透射光譜。舉例來說，可在已知的初始溫度下從工件量測參考透射率。在一具體實施例中，可將參考透射率與已知緊密對應於工件110的透射率的候選參考透射光譜進行比較，以將候選參考透射光譜調整為更精確地對應於工件。作為另一示例，可將參考透射率與複數個候選參考透射光譜上的點進行比較，以選擇複數個候選 參考透射光譜中的哪一個最準確地代表工件110，例如與量測參考透射率的溫度相關的點。可根據本發明來使用任何其他合適的參考透射光譜校準方法。
藉由將量測的透射率與參考透射光譜相關聯，可因此決定工件110的溫度。舉例來說，測得的透射率可作為透射率與溫度相關聯之模型或方程式的輸入訊息。作為另一示例，所測得的透射率可映射到一軸(例如垂直軸)為透射率且另一軸(例如水平軸)為溫度的X-Y曲線圖上的點，例如曲線402-414中的一或多個。作為另一示例，測得的透射率可作為溫度查詢表的輸入訊息。因此，可使用測得的透射率精確和間接地決定工件的溫度。
作為另一示例，因工件110透射率變化而在一或多個感測器210處發生的信號變化，可用以決定工件110的溫度。舉例來說，在工件的第一溫度下，一或多個感測器可量測在第二波長範圍225的電磁輻射的第一強度。在工件110的第二溫度下，一或多個感測器可量測在第二波長範圍225的電磁輻射的第二強度。
作為示例，可至少部分地基於第一強度和第二強度之間的差來決定工件110的溫度。舉例來說，第一溫度可為已知的，且第二溫度可為未知的，且第一溫度和第一強度可用以建立模型上的參考點，該模型像是方程式、曲線、資料集或其他將強度和溫度相關聯的合適模型(例如對於給定的工 件)。可基於模擬或估計的資料(例如，基於工件的一或多個性質)及/或量測的資料(例如，量測自工件110及/或具有與工件類似特徵的一或多個其他工件)來決定模型。舉例來說，可使用與上述參考透射光譜類似的方式來決定模型。接著，可使用第二強度來建立在模型上的第二點，且可因此基於第二點來決定第二溫度。可使用本技術領域中已知的任何其他合適的方法，基於由一或多個感測器210所獲得的量測，來決定工件110的溫度。
現在參照第五圖，其討論了參照本發明的示例性熱處理系統500。關於第一圖的熱處理系統100及/或第二圖的熱處理系統200所討論的一些組件，在第五圖的熱處理系統500中將省略，以便在此進行討論。然而，熱處理系統500的一些具體實施例可包含關於第一圖及/或第二圖所討論的一些或所有組件。
第五圖顯示了熱處理系統500，其具有與第一圖的熱處理系統100及/或第二圖的熱處理系統200實質相似的組件。舉例來說，熱處理系統500可包含工件110、工件支撐件120、一或多個熱源陣列170A、170B(分別具有一或多個熱源130)、一或多個感測器210、一或多個窗口215、及/或一或多個感測器窗口230。
在一些具體實施例中，一或多個感測器210的視場可由一或多個冷卻管及/或冷卻孔310限制。舉例來說，一或多 個冷卻管及/或冷卻孔310，可配置用以減少除了一或多個感測器210配置用以量測之電磁輻射以外的電磁輻射的干擾，或是避免一或多個感測器210受到(例如)處理室中的碎片或熱條件的損壞。舉例來說，一或多個冷卻管及/或冷卻孔310可將一或多個感測器210的視場實質地導向工件，以防止來自不想要的電磁輻射的干擾。舉例來說，一或多個冷卻管及/或冷卻孔310可配置用以至少部分地阻擋來自處理室105中除工件110之外的組件的熱輻射。作為另一示例，一或多個冷卻瞄準管及/或冷卻孔可防止對一或多個感測器210造成損壞。
在一些具體實施例中，一或多個感測器窗口230可定位在一或多個冷卻管及/或冷卻孔310附近及/或內部。一或多個感測器窗口230對第二波長範圍可具通透性。在一些具體實施例中，一或多個感測器窗口230可配置以限制除第二波長範圍之外的波長。舉例來說，一或多個感測器窗口230可定位在工件和一或多個感測器210之間，以限制除了一或多個感測器210配置用以量測的電磁輻射以外的電磁輻射的干擾，或者避免一或多個感測器210受到例如像是處理室150中的碎片或熱條件的損壞。舉例來說，一或多個感測器窗口230可加以配置，用以至少部分地阻擋來自處理室105中除工件及/或一或多個附加熱源220以外的組件的熱輻射。舉例來說，一或多個感測器窗口230可可加以配置，使其對一或多個熱源130所發射的電磁輻射為至少部分不通透性。在具有多於一個感測器210的具 體實施例中，每一感測器210可包含單獨的感測器窗口230，或者可定位多於一個感測器2100以通過相同的窗口230來觀察工件110。
在一些具體實施例中，一或多個感測器210可配置用以獲得在第二波長範圍的電磁輻射的量測值，且第二波長範圍可包含由工件110所發射的一系列熱輻射的至少一部分。工件110所發出的熱輻射可隨著工件110的溫度而變化。因此，可獲得由工件110所發射在第二波長範圍的熱輻射的量測，並將其與在複數個溫度下由工件110所發射在第二波長範圍的發射率、及/或預期的熱輻射量進行比較，以決定工件110溫度。
舉例來說，工件的熱輻射可以是在工件110的溫度下由理想黑體所發射的黑體輻射以及工件110的發射率兩者導致的結果。工件110的發射率可表示為：工件110在特定波長和溫度下所發射的熱輻射量，與理想黑體在特定波長和溫度下所發射的熱輻射量之間的比例。在一些情況下，工件(例如工件110)的黑體曲線和發射率曲線的至少一部分可能為反向相關，導致在選擇發射適當大量熱輻射的第二波長範圍時的挑戰。
在一些具體實施例中，為了量測工件110在特定溫度下所發射的熱輻射，在此溫度下於黑體圖上具有相對較高量的測值，同時對於工件110有相對較高發射率常數者，可選擇作為量測用的波長帶。
在一些具體實施例中，可至少部分地基於與工件 110的發射率相關聯的一或多個局部特徵，來選擇第二波長範圍。舉例來說，工件110的發射率曲線可具有一或多個局部最大值，其在特定波長處比在周圍波長處，提供相對更高的發射率。特別是在黑體曲線和發射率曲線反向相關的情況下，倘若局部特徵對應於考量到本文所討論之其他條件因素而令人期盼的波長，則局部特徵可對應於用於熱輻射量測的相對較期望的波長。舉例來說，工件110在一或多個局部特徵處的波長下，比在一或多個局部特徵周圍處的波長下，可發射出更大量的熱輻射。
第六圖顯示了可至少部分地組成工件(例如工件110)的示例工件材料的示例發射率光譜600。曲線602-608說明了不同溫度下的發射率。舉例來說，曲線602可表示在相對低溫(例如，小於300℃)下的發射率，且曲線608可表示在相對高溫(例如，大於700℃)下的發射率。如在曲線602和604中可看出，發射率可具有對應於發射率曲線的不均勻性的一或多個局部特徵(例如，局部峰值612和614)。舉例來說，局部峰值612和614代表一些波長，其相對於周圍波長有較高的發射率，導致在此波長處有相對較高的熱輻射發射。
第七圖顯示了在示例溫度(例如工件110的溫度)下的示例黑體曲線700。從曲線700可看出，在一溫度下的黑體輻射可具有峰值702，其對應於理想黑體在示例溫度下發射最多熱輻射的波長。此外，藉由曲線700與第六圖中所示曲線 602-608中的任一曲線的比較可看出，一物體在一溫度下的發射率和黑體係數，有些部分在某些情況下可反向相關、或在其他情況下完全不相關。
在一些具體實施例中，可在原位獲得工件(例如工件110)的發射率特性(例如，曲線602-608中的至少一個的至少一部分)，亦即不從處理室移除工件110。
在一些具體實施例中，工件110的發射率可藉由以下來量測：使來自一或多個已知強度的量測輻射源(未示出)的電磁輻射與工件110相互作用、以及量測由一或多個量測輻射源所發射的電磁輻射在與工件110相互作用之後的強度。舉例來說，一或多個量測輻射源可為任何合適的輻射源，例如用於加熱工件110的一或多個熱源130、一或多個附加熱源220、或任何其他合適的輻射源。在一些具體實施例中，對於一或多個量測輻射源所發射的電磁輻射，工件110可為至少部分具通透性。以此方式，由一或多個量測輻射源所發射的電磁輻射的第一部分可穿過工件110，到達與一或多個量測輻射源相對之處理室105的一側，且電磁輻射的第二部分可從工件110的表面反射。
舉例來說，在工件110包含在100℃下的輕度摻雜矽晶圓的示例性實施例中，工件110對小於約25微米的波長可能不是完全不通透的。如此，為了量測工件110的發射率，可量測工件110的透射率和工件110的反射率。舉例來說，透射率 可決定為已通過工件110的電磁輻射的第一部分的強度、與由一或多個量測輻射源所發射的電磁輻射的強度的比率。反射率可決定為由工件110反射的電磁輻射的第二部分的強度、與由一或多個量測輻射源所發射的電磁輻射的強度的比例。因此，任何透射率和反射率的總和所未考慮的電磁輻射，係對應於由工件所吸收的電磁輻射。在熱平衡中，工件110所發射的總能量可與工件110所吸收的總能量相同。以此方式，可量測工件110的發射率。
基於工件110的量測溫度，可控制熱處理系統100、200、500的一或多個處理參數(例如，藉由控制器175、處理器176及/或記憶體裝置177)。舉例來說，量測的溫度可用於反饋迴路中，且可控制一或多個熱源130的強度來調整及/或保持工件110的溫度。舉例來說，可調整一或多個熱源130的強度，將工件110加熱到所需的處理溫度。
第八圖繪示了根據本發明的示例具體實施例的用以量測在熱處理室中的工件的溫度的程序(800)的流程圖。程序(800)可使用第一圖的熱處理系統100、第二圖的熱處理系統200、及/或第五圖的熱處理系統500來實現。然而，如下文將詳細討論的，可使用其他熱處理系統來實現根據本發明的示例態樣的程序(800)，而不會偏離本發明的範疇。第八圖出於說明和討論的目的而繪示了以特定順序執行的步驟。使用本文所提供的揭露內容，本技術領域中具有通常知識者將理解到，可 以各種方式省略、擴展、同時執行、重新配置及/或修改本文所述的任何方法的各種步驟，而不偏離本發明的範疇。此外，在不偏離本發明範疇的情況下，可執行各種附加步驟(未示出)。
在(802)處，程序可包含將工件放置在處理室中的工件支撐件上。舉例來說，工件可為根據本發明所描述的工件，例如工件110。工件支撐件可例如為工件支撐件120。熱處理室可例如為處理室105。工件可具有任何合適的形狀、組成、及/或其他特性。工件支撐件可具有任何合適的形狀、組態及/或其他特性。處理室可具有任何合適的形狀、組態及/或其他特性。
在(804)處，程序可包含使用一或多個熱源將工件加熱到處理溫度，該一或多個熱源係配置用以發射在第一波長範圍的電磁輻射。舉例來說，一或多個熱源可為熱源130。一或多個熱源可(例如)為光源或其他輻射熱源。一或多個熱源可操作以加熱工件，而無熱源和工件之間的物理接觸。舉例來說，一或多個熱源可包含紅外光源、發光二極體(LED)、脈衝式熱源、相干光源、窄帶熱源、或其他合適的熱源、或其組合。舉例來說，一或多個熱源可為窄帶熱源，例如LED，以減少或限制第一波長範圍之外的電磁輻射的污染。
一或多個熱源可配置用以發射在第一波長範圍的電磁輻射，以加熱工件。可選擇第一波長範圍，使得工件對在 第一波長範圍的電磁輻射具有合適的吸收率，例如適當高的吸收率。舉例來說，第一波長範圍可具有適當高的吸收率，使得工件能夠吸收在第一波長範圍的輻射，例如適合以有效方式加熱工件的輻射量。舉例來說，第一波長範圍可包含使工件具有約0.5或更高(例如約0.7或更高)的吸收率的波長。藉由吸收電磁輻射所承載能量的合適部分，可因此加熱工件。然而，任何合適的波長範圍可用於第一波長範圍。在一些具體實施例中，工件可加熱至約50℃至150℃，例如加熱至約100℃。
補充地及/或替代地，可選擇第一波長範圍，以至少部分地基於工件的溫度來提供合適的吸收率。舉例來說，工件的吸收率可隨溫度而變化，且可能希望選擇第一波長以在所需溫度下提供足夠的吸收率。舉例來說，可選擇第一波長範圍以在以下的情況提供合適的吸收率：在工件的初始溫度下(即，在工件由一或多個熱源加熱之前)、在處理溫度下(即，工件在熱處理過程中被加熱及/或保持的溫度)、在一溫度範圍內(例如，在從初始溫度到處理溫度的範圍內)、或在任何合適的一或多個溫度下、或其組合。在一些具體實施例中，溫度可從約50℃至約150℃。在一些具體實施例中，處理溫度可為約100℃。
在將包含輕度摻雜矽晶圓加熱至約100℃的處理溫度的一個示例應用中，一或多個熱源可包含高功率單色LED，其配置用以提供約900奈米的電磁輻射。在100℃下，對 於波長為約900奈米的電磁輻射，輕度摻雜矽晶圓可具有約0.7的吸收率。LED可為窄帶熱源，因此除了約900奈米波長外，在其他波長下發射的輻射可忽略不計。因此，900奈米的LED可提供足夠的能力來加熱工件、在其他波長提供有限的干擾、並避免可能與具有較短波長之電磁輻射(例如UV光)有關的複雜性。然而，根據本發明各態樣，可使用具有任何合適波長範圍的任何合適的熱源。
在(806)，程序可包含在工件處於處理溫度時，在一或多個感測器處量測在第二波長範圍的電磁輻射，第二波長範圍不同於第一波長範圍及/或不與第一波長範圍重疊。舉例來說，一或多個感測器可為一或多個感測器210。在一些具體實施例中，工件可對第二波長範圍為至少部分通透。在一些具體實施例中，第二波長範圍可對應於工件發射實質熱輻射量的波長範圍。基於來自一或多個感測器的量測，可決定工件的溫度。一或多個感測器可包含例如光電二極體、高溫計、或任何其他合適的感測器。
第二波長範圍可與第一波長範圍不同及/或可不與第一波長範圍重疊。舉例來說，可選擇第一波長範圍和第二波長範圍，以減少或限制第一波長範圍和第二波長範圍之間的污染。作為示例，第二波長範圍可選擇為：由一或多個熱源所發射的輻射帶之外的波長範圍。舉例來說，第一波長範圍可包含約900奈米的波長，且第二波長範圍可包含約1100奈米的波 長。在一些具體實施例中，與來自第二波長範圍的熱源的輻射相關聯的頻譜功率密度可小於與第二波長範圍相關聯的峰值頻譜功率密度約5%，例如小於與第二波長範圍相關的峰值光譜功率密度約1%。
作為另一示例，第二波長範圍可為具有與第一波長不同數量級的波長範圍。舉例來說，第一波長範圍可包含具有大約1000奈米的數量級的波長，例如900奈米，且第二波長範圍可包含具有大約10微米的數量級的波長，例如在約13微米至約17微米的範圍中，例如約16微米。在一些具體實施例中，第二波長範圍可在約8微米至約12微米的範圍內，例如約9微米，其可對應於在Si-O鍵上提供吸收/發射峰的位置。
在一些具體實施例中，一或多個感測器可在一或多個熱源不發射輻射的期間，獲得在第二波長範圍的電磁輻射的量測。舉例來說，一或多個熱源可脈衝式開啟和斷開(例如，以高頻率)，且一或多個感測器可在一或多個熱源關閉的期間獲得量測。除了獲得在不同於第一波長範圍的第二波長範圍內的量測之外及/或作為另一種選擇，藉由對一或多個熱源形成脈衝，可降低一或多個熱源對由一或多個感測器所進行的量測的汙染，允許由一或多個感測器進行精確量測，同時仍然提供工件的有效加熱。
在一些具體實施例中，儘管獲得一或多個熱源在不同於第一波長範圍的第二波長範圍內所發射的量測值，該一 或多個感測器仍然可能對不想要的輻射敏感。舉例來說，來自工件之外組件的熱輻射(例如來自處理室內其他組件的熱輻射)可能干擾由一或多個感測器所獲得的量測。舉例來說，來自組件(尤其是與工件溫度大致相同的組件)的熱輻射，可能至少部分地落在第二波長範圍內，或者則污損獲自一或多個感測器的量測值。
在一些具體實施例中，一或多個感測器可包含通過一或多個窗口的工件的至少一部分的視場。一或多個窗口對第二波長範圍可為通透。在一些具體實施例中，一或多個窗口可配置用以限制第二波長範圍之外的波長。舉例來說，一或多個窗口可定位在工件以及一或多個感測器之間，以限制除了一或多個感測器組態要量測之外的電磁輻射的干擾，或避免來自例如處理室中的碎片或熱條件對一或多感測器的損壞。舉例來說，一或多個窗口可配置用以至少部分地阻擋來自處理室中除工件之外組件的熱輻射。在具有多於一個感測器的具體實施例中，每一感測器可包含單獨的窗口，或者可定位多於一個感測器以通過同一窗口觀察工件。在一些具體實施例中，一或多個窗口可實施於處理室壁上的孔中。
在一些具體實施例中，一或多個感測器的視場可由一或多個冷卻瞄準管及/或冷卻孔限制。舉例來說，一或多個冷卻瞄準管及/或冷卻孔可配置用以減少除了一或多個感測器配置用來量測的電磁輻射之外的電磁輻射的干擾，或是避免 一或多個感測器受到例如處理室中的碎片或熱條件的損壞。舉例來說，一或多個冷卻瞄準管及/或冷卻孔可將一或多個感測器的視場實質地導向工件，以防止來自不想要的電磁輻射的干擾。舉例來說，冷卻管及/或冷卻孔可配置用以至少部分地阻擋來自處理室中除工件外組件的熱輻射。作為另一示例，冷卻瞄準管及/或冷卻孔可防止對一或多個感測器的損壞。
在(808)，程序可包含：至少部分地基於由一或多個感測器所量測在第二波長範圍的電磁輻射，來決定工件的溫度。舉例來說，在第二波長範圍的電磁輻射可指示工件的透射率，且可至少部分地基於工件的透射率來決定工件溫度。作為另一示例，在第二波長範圍的電磁輻射可指示工件所發射的熱輻射，且可至少部分地基於工件所發射的熱輻射來決定工件溫度。
第九圖繪示了根據本發明的示例具體實施例的用以至少部分地基於電磁輻射的量測來決定熱處理室中的工件溫度的程序(900)的流程圖。可使用第一圖的熱處理系統100、第二圖的熱處理系統200、及/或第五圖的熱處理系統500來實現程序(900)。然而，如下文將詳細討論的，根據本發明的示例態樣的程序(900)可使用其他熱處理系統來實現，而不偏離本發明的範疇。第九圖出於說明和討論的目的而繪示了以特定順序執行的步驟。使用本文所提供的揭露內容，本技術領域中具有通常知識者將理解到，可以各種方式來省略、擴展、同時 執行、重新配置及/或修改本文所述的任何方法的各種步驟，而不偏離本發明的範疇。此外，在不偏離本發明範疇的情況下，可執行各種附加步驟(未示出)。
在(902)，程序可包含藉由一或多個附加輻射源發射在第二波長範圍的電磁輻射。舉例來說，一或多個另外的輻射源可為一或多個附加熱源220。舉例來說，一或多個附加輻射源可配置用以發射在第二波長範圍的電磁輻射。一或多個附加輻射源可被加以定位，如此使得所發射的輻射通常垂直於(例如在垂直線約10°內)工件的表面、或具有相對於工件表面的任何其他合適的角度。在一些具體實施例中，一或多個附加輻射源可實質相對一或多個感測器來定位。舉例來說，一或多個附加輻射源中的每一個，可定位在處理室內與一或多個感測器的每一個相對的一側上，並與一或多個感測器中的每一個形成線性定向。根據本發明，可使用對於一或多個感測器及/或一或多個附加輻射源的任何其他合適的定向。一或多個附加輻射源可包含例如雷射(例如雷射二極體)、紅外光源、紫外(UV)光源、發光二極體(LED)、脈衝式輻射源、相干光源、窄帶輻射源、或其他合適的輻射源、或其組合。在一些具體實施例中，一或多個附加的輻射源可定位在一或多個窗口後面。
在(904)，由一或多個附加輻射源發射的在第二波長範圍的電磁輻射可穿過工件。舉例來說，工件可為工件110。舉例來說，在一些具體實施例中，工件可對在第二波長範圍的 電磁輻射為至少部分通透。舉例來說，工件在第二波長範圍內可具有大於約零的透射率。以此方式，在第二波長範圍的電磁輻射可至少部分地穿過工件，到達處理室內與一或多個附加輻射源相對的一側。
在(906)，程序可包含在一或多個感測器處量測在第二波長範圍的電磁輻射。舉例來說，一或多個感測器可為一或多個感測器210。舉例來說，在一些具體實施例中，一或多個感測器可配置用以獲得在第二波長範圍的電磁輻射在通過工件之後的量測。以此方式，可藉由一或多個附加輻射源所發射的電磁輻射的強度、與一或多個感測器所量測的電磁輻射的強度進行比較，來決定工件的透射率。
在(908)，程序可包含決定與工件相關聯的參考透射光譜。舉例來說，在一些具體實施例中，參考透射光譜可至少部分地基於工件的透射率來指示工件的溫度。在一些具體實施例中，可校準參考透射光譜，以針對一給定工件提供透射率和溫度之間的精確相關性。舉例來說，可以工件作為基礎來調整模型或方程式的一或多個參數、變量等。作為另一示例，可從工件的複數個候選參考透射光譜中選擇一參考透射光譜。
在(910)，程序可包含：至少部分地基於由一或多個感測器所量測的在第二波長範圍的電磁輻射來決定工件的透射率。舉例來說，工件的透射率可隨工件的溫度而變化。舉例來說，工件的透射率可至少依工件溫度的作用而變化。其他 可能與工件的透射率有關的因素(例如但不限於工件的形狀、工件的厚度、工件的成分等)，係可量測的、或已知的、或已決定的。在一些具體實施例中，一參考透射光譜可被測定，且在熱處理期間的工件的透射率可被加以量測。
在(912)，程序可包含至少部分地基於參考透射光譜和工件的透射率來決定工件的溫度。舉例來說，即使來自一或多個附加輻射源的輸出是固定的，由一或多個感測器所獲得的在第二波長範圍的電磁輻射的量測也可隨工件的溫度而改變。工件及/或熱處理系統的其他性質(例如工件厚度、成分等)可被決定為在整個溫度變化期間是固定的。以此方式，由於工件透射率的關係，來自一或多個感測器的量測可與工件的溫度直接相關(例如，作為初始溫度和當前溫度之間的溫度變化)。
第十圖繪示了根據本發明示例具體實施例的用以至少部分地基於電磁輻射的量測來決定在熱處理室中的工件的溫度的程序(1000)的流程圖。程序(1000)可使用第一圖的熱處理系統100、第二圖的熱處理系統200、及/或第五圖的熱處理系統500來實現。然而，如下文將詳細討論的，可使用其他熱處理系統來實現根據本發明的示例態樣的程序(1000)，而不會偏離本發明的範疇。第十圖出於說明和討論的目的而繪示了以特定順序執行的步驟。使用本文所提供的揭露內容，本技術領域中具有通常知識者將理解到，可以各種方式省略、擴展、同時執行、重新配置及/或修改本文所述的任何方法的各種步 驟，而不偏離本發明的範疇。此外，在不偏離本發明範疇的情況下，可執行各種附加步驟(未示出)。
在(1002)，程序可包含在一或多個參考溫度下決定在第二波長範圍的工件的發射率。舉例來說，工件可為工件110。舉例來說，在一些具體實施例中，工件的發射率可藉由以下來量測：使來自一或多個已知強度的量測輻射源的電磁輻射與工件相互作用、並量測由一或多個量測輻射源所發射的電磁輻射在與工件相互作用之後的強度。舉例來說，一或多個量測輻射源可為任何合適的輻射源，例如用於加熱工件的一或多個熱源、一或多個附加輻射源、或任何其他合適的輻射源。在一些具體實施例中，工件可對由一或多個量測輻射源所發射的電磁輻射為至少部分通透。以此方式，由一或多個量測輻射源所發射的電磁輻射的第一部分可穿過工件，到達與一或多個量測輻射源相對的處理室的一側，且電磁輻射的第二部分可從工件的表面反射。可量測第一部分和第二部分並使用其來決定工件的發射率。這可在一或多個參考溫度上重複，以決定工件在一或多個參考溫度下的發射率。
在(1004)，程序可包含：將工件所發射的在第二波長範圍的電磁輻射與在一或多個參考溫度下的發射率進行比較，以決定工件的溫度。舉例來說，在一些具體實施例中，第二波長範圍可對應於工件發射實質熱輻射量的波長範圍。基於來自一或多個感測器的量測，可決定工件的溫度。舉例來說， 可將一或多個感測器所量測的熱輻射強度，與對應於一波長下熱輻射強度的繪圖、圖表、查詢表等進行比對，進而決定工件的溫度。
基於量測的工件溫度，可控制熱處理系統的一或多個處理參數。舉例來說，量測的溫度可用於反饋迴路中，且可控制一或多個熱源的強度以調整及/或保持工件的溫度。舉例來說，可調整一或多個熱源的強度以將工件加熱到所需的處理溫度。
雖然本發明標的已相對於其特定示範性具體實施例詳細描述，但將了解到，熟悉此項技術者一旦瞭解前文的解說，可輕易產生這些具體實施例的替換、變化以及均等物。因此，本說明書的範疇係舉例而非設限，且該標的揭露並不排除納入針對本發明標的的這類修改、變化及/或增添，正如本技術領域中具通常知識者可輕易瞭解者。
105:processing chamber 處理室
110:workpiece 工件
120:workpiece support 工件支撐件
130:heat source 熱源
170A:heat source array 熱源陣列
170B:heat source array 熱源陣列
200:thermal processing system 熱處理系統
210:sensor 感測器
215:window 窗口
220:additional radiation source 附加熱源
225:second wavelength range 第二波長範圍
230:sensor window 感測器窗口

Claims (19)

  1. 一種熱處理裝置，其包含：一處理室，其具有一工件支撐件，該工件支撐件配置用以支撐一工件；一或多個熱源，其配置用以發射在一第一波長範圍的電磁輻射，以將該工件加熱至一處理溫度，其中該處理溫度為約50℃至約150℃；以及一或多個感測器，其配置用以在該工件處於該處理溫度時獲得在一第二波長範圍的電磁輻射的一量測，其中該第二波長範圍不同於該第一波長範圍；且其中該一或多個感測器包含通過對該第二波長範圍具通透性的一或多個感測器窗口的該工件的至少一部分的一視場。
  2. 如申請專利範圍第1項的熱處理裝置，包含一或多個處理器，其配置用以至少部分地基於由該一或多個感測器所獲得的電磁輻射的該量測來決定該工件的一溫度。
  3. 如申請專利範圍第1項的熱處理裝置，其中該一或多個熱源發射在一窄帶紅外線範圍內的電磁輻射。
  4. 如申請專利範圍第1項的熱處理裝置，其中該第一波長範圍在約850奈米至約950奈米的一範圍內。
  5. 如申請專利範圍第1項的熱處理裝置，其中該第一波長範圍使得該工件在該第一波長範圍及在該處理溫度下具有 大於約0.5的一吸收率。
  6. 如申請專利範圍第1項的熱處理裝置，其中該裝置包含一冷卻孔或一冷卻管，以限制該一或多個感測器的一視場。
  7. 如申請專利範圍第1項的熱處理裝置，其中該一或多個感測器經配置用以在該一或多個熱源不發射在該第一波長範圍的電磁輻射的一時段期間，量測在該第二波長範圍的電磁輻射。
  8. 如申請專利範圍第1項的熱處理裝置，其中該一或多個熱源包含一或多個發光二極體。
  9. 如申請專利範圍第1項的熱處理裝置，其中該工件包含輕度摻雜的矽。
  10. 如申請專利範圍第1項的熱處理裝置，其中在該第一波長範圍和該第二波長範圍之間沒有重疊。
  11. 如申請專利範圍第1項的熱處理裝置，更包含一或多個附加輻射源，其配置用以發射在該第二波長範圍的電磁輻射，其中該工件對在該第二波長範圍的該電磁輻射係至少部分通透，且其中在該第二波長範圍的該電磁輻射在由該一或多個感測器量測之前穿過該工件。
  12. 如申請專利範圍第11項的熱處理裝置，其中該第二波長範圍包含長於約1000奈米的一波長。
  13. 如申請專利範圍第1項的熱處理裝置，其中由該一或多個感測器所獲得的該量測係指示該工件的一透射率，其中該裝置包含一或多個處理器，其配置用以至少部分地藉由比較由 該一或多個感測器所獲得的指示該工件的該透射率的該量測，與具有一已知初始溫度的一樣品的一參考透射光譜，來決定該工件的該溫度。
  14. 如申請專利範圍第1項的熱處理裝置，其中該第二波長範圍包含約7微米至約17微米的一波長。
  15. 如申請專利範圍第1項的熱處理裝置，其中該裝置包含一或多個處理器，其配置用以至少部分地基於該工件的一發射率來決定該工件的該溫度，其中該工件的該發射率是原位量測的。
  16. 一種用於一工件的熱處理的方法，該方法包含：使用一或多個熱源將該工件加熱至一處理溫度，該一或多個熱源配置用以發射在一第一波長範圍的電磁輻射；當該工件處於該處理溫度時，在一或多個感測器處量測在一第二波長範圍的電磁輻射，該第二波長範圍不同於該第一波長範圍；以及至少部分地基於由該一或多個感測器所量測的在該第二波長範圍的該電磁輻射來決定該工件的一溫度，其中該一或多個感測器包含通過對該第二波長範圍具通透性的一或多個感測器窗口的該工件的至少一部分的一視場；以及至少部分地基於該工件的該溫度來控制該一或多個熱源，以調整或保持該工件的該溫度。
  17. 如申請專利範圍第16項的方法，其中在該一或多個感 測器處量測在該第二波長範圍的該電磁輻射，包含：藉由一或多個附加輻射源發射在該第二波長範圍的電磁輻射；以及在該一或多個感測器處量測在該第二波長範圍的該電磁輻射；其中在該第二波長範圍的該電磁輻射在一或多個感測器處被接收之前通過該工件。
  18. 如申請專利範圍第16項的方法，其中至少部分地基於由該一或多個感測器所量測的在該第二波長範圍的該電磁輻射，決定該工件的該溫度，其包含：決定與該工件相關的一參考透射光譜；至少部分地基於由該一或多個感測器所量測的在該第二波長範圍的該電磁輻射，決定該工件的一透射率；以及至少部分地基於該參考透射光譜和該工件的該透射率來決定該工件的該溫度。
  19. 如申請專利範圍第16項的方法，其中至少部分地基於由該一或多個感測器所量測的在該第二波長範圍的該電磁輻射，決定該工件的該溫度，其包含：決定在一或多個參考溫度下的該工件在該第二波長範圍的一發射率；以及至少部分地基於在該一或多個參考溫度下的該工件在該第二波長範圍的該發射率來決定該工件的該溫度。
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