[发明专利]测量温度和热处理的方法及系统

说明书

本申请是2002年12月23日提交的申请号为02825960.2、名称为“测量温度和热处理的方法及系统”的中国专利申请的分案申请。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。该方法包括测量来自工件第一表面发出的热辐射的当前强度。该方法还包括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。在这样的例子中，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。