温度測定および熱処理方法およびシステム
【課題】ワークピースの熱処理のための方法およびシステムを提供する。
【解決手段】１つの方法は、ワークピースの第１の表面から熱的に放射される放射の現在の強度を測定することと、現在の強度および第１の表面の少なくとも１つの先の熱特性に応答して、第１の表面の現在の温度を識別することと、を含む。ワークピースは半導体ウェハを含み、第１および第２の表面はそれぞれウェハの装置および基板側を含む、ことが望ましい。装置側の現在の温度は、装置側が、例えばウェハの熱伝導時間より短い持続時間を有する照射フラッシュによって照射されている間に識別されることが望ましい。装置側温度は、先の装置側温度に応答して識別してもよく、先の装置側温度とは異なる基板側の先の温度およびウェハの温度履歴に応答して識別してもよい。
【解決手段】１つの方法は、ワークピースの第１の表面から熱的に放射される放射の現在の強度を測定することと、現在の強度および第１の表面の少なくとも１つの先の熱特性に応答して、第１の表面の現在の温度を識別することと、を含む。ワークピースは半導体ウェハを含み、第１および第２の表面はそれぞれウェハの装置および基板側を含む、ことが望ましい。装置側の現在の温度は、装置側が、例えばウェハの熱伝導時間より短い持続時間を有する照射フラッシュによって照射されている間に識別されることが望ましい。装置側温度は、先の装置側温度に応答して識別してもよく、先の装置側温度とは異なる基板側の先の温度およびウェハの温度履歴に応答して識別してもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連する出願の参照）
本願の請求項は、２００１年１２月２６日出願の米国特許出願第６０／３４２，１１５号からの優先権を有し、先の出願は参照により本願に取り入れられる。
【０００２】
（本発明の分野）
本発明の態様は、温度測定のための方法およびシステムに関する。本発明のさらなる態様は、ワークピース（製作品）の熱処理のための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
（本発明の背景）
いくつかの応用においては、温度を直接測定することが難しいワークピースの温度を決定する必要がある。例えば、ワークピースが半導体ウェハである場合、ウェハの基板側の温度は、しばしば直接測定されるかもしれないが、ウェハの装置側の温度を正確に直接測定することは可能ではない。装置側における装置の一律でないパターンニングのため、装置側において場所により散乱および放射性の双方において重大な多様性が生じ、重大な温度測定エラーを招く結果となるからである。
【０００４】
過去において、このことは重大な問題とはならなかった。多くの高速熱処理サイクルは、ウェハを通しての熱伝導時間（通常１０−１５ミリ秒）と比較して遅い加熱速度あるいはランプ率において、ウェハの基板側を加熱することを含んでいたからである。装置側の所定の位置の温度が、基板側の対応する反対側の位置の温度と等しいと仮定することができるようにするためである。そして、このような仮定から生じる誤差は、当時適用可能であった性能要求（この要求は今や急速に廃れつつある）を達成する目的に対しては重要ではなかった。
【０００５】
しかし、これらの従来の技術では、現在および将来の産業の要求にかなう十分に浅い接合を製造することはできない。この困難に対処する新しい技術は、出願中の特許協力条約、出願公開番号第ＷＯ０２／４７１４３号（特許文献１）および第ＷＯ０２／４７１２３号（特許文献２）（これらは参照により本願に取り入れられる）に開示され、ウェハを通しての熱伝導率より遅いランプ率において、基板側を照射することによりウェハ全体を中間温度に予熱し、それから装置側を照射することにより、ウェハの装置側を熱伝導率よりかなり速い率で加熱することを含む。任意の例として、基板側をアーク灯で照射することにより、例えば４００℃／秒の率でウェハ全体を加熱し、例えばウェハを８００℃の中間温度に予熱してもよい。装置側はそれから、閃光灯からの、例えば１ミリ秒のフラッシュのような高輝度のフラッシュにさらされ、装置側だけを、例えば１３００℃のアニーリング温度に加熱してもよい。フラッシュの間の装置側の加熱率が速いので（１０５℃／秒のオーダ）、ウェハの大部分は中間温度に保たれ、フラッシュに続いて装置側を冷却するためのヒート・シンクとして機能する。
【０００６】
ウェハ間の性能のばらつきを最少にするために、可能な限りウェハ間の同一な処理に近づくように、各ウェハが一貫して再生可能な熱処理を受けるよう保証することが重要である。この目的のために、フラッシュの間のウェハの装置側の温度を正確に測定し、この温度測定をフラッシュの強度のフィードバック制御のために使用することが望ましい。しかし、明白なように、従来の方法は、この目的のために装置側の温度を正確に測定するには適していない。
【０００７】
従って、ワークピースの温度を測定する改良された方法、およびワークピースの熱処理の改良された方法が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】出願公開番号第ＷＯ０２／４７１４３号
【特許文献２】出願公開番号第ＷＯ０２／４７１２３号
【特許文献３】米国特許第６，３０３，４１１号
【特許文献４】出願公開番号第ＷＯ０１／５４１６６号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、本発明の第１の態様により温度測定方法を提供することにより、上記の必要性に対処する。本方法は、ワークピースの第１の表面から熱的に放射される放射の現在の強度を測定することを含む。本方法はさらに、現在の強度および各先の時間における第１の表面の少なくとも１つの先の熱特性に応答して、第１の表面の現在の温度を識別することを含む。
【００１０】
ワークピースは、半導体ウェハを含んでもよい。この場合、第１の表面はウェハの装置側を含み、第２の表面はウェハの基板側を含んでもよい。このような実施例において、識別は、装置側が照射されている間に、特に装置側がウェハの熱伝導時間より短い持続時間を有する照射フラッシュにさらされている間に、装置側の現在の温度を識別することを含んでもよい。照射フラッシュは、例えば１ミリ秒のオーダの持続時間のような、１０ミリ秒より短い持続時間を有してもよい。
【００１１】
本方法は、先の時間において、第１の表面の少なくとも１つの先の熱特性を識別することを含んでもよい。少なくとも１つの先の熱特性は、例えば、照射フラッシュの開始直前のウェハの装置側の先の温度のような、第１の表面の先の温度を含んでもよい。少なくとも１つの先の熱特性はさらに、照射フラッシュの開始直前の装置側から熱的に放射される放射の先の強度を含んでもよい。
【００１２】
従って、識別は、現在の強度、第１の表面の先の温度、および、先の時間における第１の表面から熱的に放射される放射の先の強度に応答して、第１の表面の現在の温度を識別することを含んでもよい。
【００１３】
第１の表面の先の温度は、第１の表面の先の温度は異なる、ワークピースの第２の表面の先の温度に応答して識別してもよい。この場合、第１の表面の温度は、先の第２の表面の温度およびワークピースの温度履歴に応答して識別してもよい。例えば、第２の表面の先の温度および温度履歴は、参照用テーブル・レコードをアドレス指定するのに使用してもよい。
【００１４】
本方法はさらに、先の時間において、第２の表面の先の温度を識別することを含んでもよい。例えば、第２の表面の先の温度は、第２の表面の半球反射率に応答して識別してもよい。
【００１５】
本方法はさらに、半球反射率を測定することを含んでもよい。このことは、ワークピースが置かれているシステムの他の装置の視野から第２の表面を遮るのを防ぐために、第２の表面から十分に離れて置かれた検出器において、第２の表面によって反射された放射を受け取ることを含んでもよい。同様に、このことは、第２の表面の中心から離れて置かれた検出器において、第２の表面によって反射された放射を受けることを含んでもよい。検出器の第２の表面の中心からの距離は、少なくともワークピースの最大寸法の２分の１と等しい。
【００１６】
第２の表面の半球反射率を測定することは、第２の表面の方向反射率を測定することを含んでもよく、そして方向反射率に散乱補正を適用して半球反射率を得ることを含んでもよい。本方法はさらに、散乱補正を生成することを含んでもよい。
【００１７】
第２の表面の先の温度は、第２の表面の半球反射率および第２の表面によって熱的に放射される放射に応答して識別してもよい。
【００１８】
本方法は、連続する各時間における第２の表面の先の温度の連続する値を繰り返し識別し記憶し、ワークピースの温度履歴を生成することを含んでもよい。
【００１９】
本方法はまた、第１の表面によって熱的に放射される放射の現在の強度の連続する各値に応答して、第１の表面の現在の温度の連続する値を繰り返し識別することを含んでもよい。このような値は、第１の表面が照射されている間に、特に、第１の表面がワークピースの熱伝導時間より短い持続時間を有する照射フラッシュにさらされている間に、繰り返し識別してもよい。
【００２０】
第１の表面から熱的に放射される放射の現在の強度を測定することは、第１の表面上の照射スペクトル投射が無視してよい強度を有する波長帯域における測定を含んでもよい。本方法は、第１の表面上の照射スペクトル投射からその波長帯域を除去することを含んでもよい。
【００２１】
同様に、第２の表面の方向反射率を測定することは、第２の表面上の加熱照射スペクトル投射が無視してよい強度を有する照明波長帯域における反射された強度を測定することを含んでもよい。本方法はさらに、加熱照射スペクトルからその照明波長帯域を除去することを含んでもよい。
【００２２】
本発明の他の態様により、ワークピースの熱処理方法が提供される。本方法は、例えば、本発明の先の態様に関連して記述されたような温度測定方法を含む。本方法はさらに、第１の表面の現在の温度に応答して、ワークピースの第１の表面上の照射フラッシュ投射の電力を制御することを含む。このことは、照射フラッシュを生成するよう動作可能な少なくとも１つの照射源に供給される電力を制御することを含んでもよい。電力を制御することは、第１の表面の現在の温度が予め定義された閾値より小さい場合にのみ、複数の照射源の１つを起動することを含んでもよい。
【００２３】
本発明の他の態様により、温度測定システムが提供される。本システムは、ワークピースの第１の表面から熱的に放射される放射の現在の強度を測定するよう構成された測定装置を含む。本システムはさらに、測定装置と通信する少なくとも１つのプロセッサ回路を含み、少なくとも１つのプロセッサ回路は、現在の強度および第１の表面の少なくとも１つの先の熱特性に応答して、第１の表面の現在の温度を識別するよう構成されている。
【００２４】
本システムは、例えばここに詳細に記述されるような、イメージング装置およびラジオメータのような多様な測定装置を含んでもよい。このような装置は、例えば、高速インジウムヒ化ガリウム・フォトダイオードおよび／あるいはフォトダイオード・アレイを含んでもよい。少なくとも１つのプロセッサ回路は、ここに記述される方法を実行するために、システムの多様な装置と共に動作するよう構成されていてもよい。
【００２５】
本発明の他の態様により、ワークピースの熱処理のためのシステムが提供される。本システムは、上記のような温度測定システムを含み、さらに、ワークピースの第１の表面をその上の照射フラッシュ投射にさらすよう動作可能な照射システムを含む。少なくとも１つのプロセッサ回路は、第１の表面の現在の温度に応答して照射フラッシュの電力を制御するよう構成されている。
【００２６】
本発明の他の態様により、温度測定システムが提供される。本システムは、ワークピースの第１の表面から熱的に放射される放射の現在の強度を測定するための手段を含む。本システムはさらに、現在の強度および各先の時間における第１の表面の少なくとも１つの先の熱特性に応答して、第１の表面の現在の温度を識別するための手段を含む。
【００２７】
本システムはさらに、ここに開示される多様なそれぞれの機能を実行するための手段を含んでもよい。
【００２８】
本発明の他の態様により、ワークピースの熱処理のためのシステムが提供される。本システムは、上記のような手段を含み、さらに、第１の表面の現在の温度に応答して、ワークピースの第１の表面上の照射フラッシュ投射の電力を制御するための手段を含む。
【００２９】
本発明の特定の実施例は、フラッシュが照射している間のウェハの装置側の正確な温度測定を得るための方法を提供することができる。これらの正確な温度測定は、それから、望ましい場合にはウェハ間のフラッシュとその結果のアニーリング処理との整合性を保証するために、フラッシュの電力のフィードバック制御のために使用してもよい。あるいは、このような温度測定がフィードバック制御のために使用されない場合であっても、これらは、システム“ドリフト”あるいは同一であるはずの熱処理の連続する実行の間に発生する不整合を識別するのに有用であろう。このような不整合を早い段階で識別することにより、システムのユーザは、多数のウェハを処理して、熱処理サイクルの再生制御の質が悪いためにウェハ間の有害な性能の相違が生じたのだと発見するのではなく、発生しつつある不整合を訂正することができる。
【００３０】
本発明の他の態様および特徴は、以下の本発明の特定の実施例の記述および付随する図面を参照するにあたり、この分野の技術者には明白となるであろう。
図面には、本発明の実施例が図示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施例による、温度測定およびワークピースの熱処理のためのシステムの、２つの垂直な前面側の壁を取り除いた透視図である。
【図２】図１に示されるシステムの、高速熱処理システム・コンピュータ（ＲＳＣ）、診断照明源、イメージング装置、および同期モジュールのブロック図である。
【図３】図１に示されるシステムの高速ラジオメータのブロック図である。
【図４】図１に示されるシステムの超高速ラジオメータのブロック図である。
【図５】図２に示されるＲＳＣのプロセッサ回路によって実行される標準比ルーチンの流れ図である。
【図６】図２に示されるＲＳＣのプロセッサ回路によって実行される温度監視および制御ルーチンの流れ図である。
【図７】図２に示されるプロセッサ回路によって実行される半球反射率ルーチンの流れ図である。
【図８】図３に示される高速ラジオメータのプロセッサ回路によって実行される基板温度ルーチンの流れ図である。
【図９】図４に示される超高速ラジオメータのプロセッサ回路によって実行されるリアルタイム装置側温度ルーチンの流れ図である。
【図１０】図４に示されるプロセッサ回路によって制御される閃光灯電力制御回路の回路図である。
【図１１】本発明の第２の実施例による、図４に示されるプロセッサ回路によって制御される閃光灯電力制御回路の回路図である。
【図１２】本発明の第３の実施例による、図４に示されるプロセッサ回路によって制御される閃光灯電力制御回路の回路図である。
【図１３】本発明の第４の実施例による、温度測定およびワークピースの熱処理のためのシステムの、２つの垂直な前面側の壁を取り除いた透視図である。
【実施例１】
【００３２】
図１を参照すると、本発明の第１の実施例による温度測定システムが、１００において概略的に示されている。本実施例において、システム１００は、ワークピース１０６の第１の表面１０４から熱的に放射される放射の現在の強度を測定するよう構成されている測定装置１０２を含む。システム１００はさらに、測定装置１０２と通信する少なくとも１つのプロセッサ回路を含む。少なくとも１つのプロセッサ回路は、現在の強度および各先の時間における第１の表面の少なくとも１つの先の熱特性に応答して、第１の表面１０４の現在の温度を識別するよう構成されている。
【００３３】
本実施例において、少なくとも１つのプロセッサ回路は、プロセッサ回路１０８を含む。本実施例においては、プロセッサ回路１０８は測定装置１０２のハウジング内に置かれているが、代わりに、プロセッサ回路は望ましい場合、測定装置から離れて置かれてもよい。本実施例においては、少なくとも１つのプロセッサ回路はまた、高速熱処理システム・コンピュータ（ＲＳＣ）１１２内に置かれたプロセッサ回路１１０、および付加的測定装置１１６のハウジング内に置かれたプロセッサ回路１１４を含む。また、ここに記述される多様な機能は、望ましい場合１つのプロセッサ回路によって、あるいは、局所および／あるいは遠隔プロセッサ回路の他の組合せによって実行してもよい。
【００３４】
ここに詳細に説明されるように、本実施例においては、少なくとも１つのプロセッサ回路は、先の時間における、第１の表面１０４の少なくとも１つの先の熱特性を識別するよう構成されている。特に、本実施例においては、少なくとも１つの先の熱特性は、第１の表面の先の温度を含む。このことを実現するために、本実施例においては、少なくとも１つのプロセッサ回路は、第１の表面１０４の先の温度とは異なるワークピース１０６の第２の表面１１８の先の温度に応答して、第１の表面１０４の先の温度を識別するよう構成されている（あるいは、他の実施例においては、例えばワークピースがより遅い率で予熱されている場合、第２の表面の先の温度は第１の表面の温度とほぼ等しい場合もある）。特に、本実施例においては、少なくとも１つのプロセッサ回路は、第２の表面１１８の先の温度およびワークピース１０６の温度履歴に応答して、第１の表面１０４の先の温度を識別するよう構成されている。本発明においては、少なくとも１つのプロセッサ回路はまた、先の時間において、第２の表面の半球反射率に応答して、第２の表面１１８の先の温度を識別するよう構成されている。
【００３５】
高速熱処理チャンバ
本実施例において、システム１００はまた、ワークピース１０６を熱処理するために使用される。本実施例において、ワークピース１０６は半導体ウェハ１２０を含む。特に、本実施例において、ウェハ１２０は、例えば、マイクロプロセッサのような半導体チップの製造において使用するための、直径３００ｍｍのシリコン半導体ウェハである。本実施例において、ワークピース１０６の第１の表面１０４は、ウェハ１２０の表側、つまり装置側１２２を含む。同様に、本実施例において、ワークピースの第２の表面１１８は、ウェハ１２０の裏側つまり基板側１２４を含む。
【００３６】
本実施例において、ウェハ１２０のこのような熱処理を実行するために、ウェハは高速熱処理チャンバ１３０内で支えられている。高速熱処理チャンバ１３０は、選択的吸収チャンバとして効果的に機能する。本実施例において、チャンバ１３０は、所有者共通の米国特許第６，３０３，４１１号（特許文献３）（参照により本願に取り入れられる）に開示されているものにいくらか類似しているが、吸収および反射領域の組合せではなく、ワークピースの上と下の双方に放射吸収領域を含んでいる。選択的放射吸収チャンバ１３０は、上部および下部の選択的放射吸収壁１３２および１３４、および側壁を含む。側壁の２つは１３６および１３８に示されているが、他の２つの壁は図面の目的上省略されている。本実施例において、側壁１３６および１３８は（および図示されていない他の側壁も同様に）、鏡反射ダイアモンド形アルミニウム表面を含むが、これらは、選択的吸収水冷窓（以下により詳細に記述する）を含む上部および下部壁１３２および１３４と共に動作し、選択された波長における放射吸収領域として効果的に機能する。
【００３７】
本実施例において、チャンバ１３０はさらに、それぞれの空洞を有する内部壁１４０を含み、空洞にはワークピース１０６および参照ピース１４２が支えられている。本実施例において、ワークピースは空洞の中で複数の水晶ピン（図示されていない）によって支えられている。望ましい場合、水晶ピンは、ワークピースを支えるために、サポート・システム（図示されていない、本発明には無関係である）と共に提供されてもよい。この方法は、本願とほぼ同時に出願された、“ワークピースの支持およびワークピースの熱処理のための方法およびシステム”と題する、発明者カム、セムペール、カルジェルシック、スチュアート、バンバルビック、およびルドルフによる、所有者共通の米国仮特許出願に記載されている方法のようなものである。
【００３８】
内部壁１４０は、特定の応用により、放射吸収性あるいは反射性であってもよく、反射表面はよりエネルギ効率がよいが、放射吸収表面はより均一な加熱を実現する結果となる。あるいは、これらの両極端の間の妥協として、例えば、陽極酸化アルミニウムのような、部分的に反射性があり部分的に吸収性の表面のような壁を備えてもよい。同様に、望ましい場合、チャンバ１３０の複数の反射表面を、全面的なあるいは部分的な放射吸収表面に置き換えてもよい。チャンバの全ての表面は、冷却システム１４４を介して冷却されることが望ましく、冷却システム１４４は本実施例においては、循環水冷システムを含む。
【００３９】
本実施例において、参照ピース１４２は、小さいダイアモンド形鏡反射アルミニウム鏡である。あるいは、参照ピースは、ウェハ１２０の材料と類似するシリコン半導体材料からできていてもよいが、この場合、参照ピース１４２は比較的均質であることが望ましく、装置側を含まない。あるいは、他の型の参照ピースを代わりに使用してもよい。
【００４０】
本実施例において、システム１００はさらに、ウェハ１２０を予熱するための予熱装置１５０を含む。本実施例において、予熱装置１５０は、チャンバ１３０の底部壁１３４の下に置かれた、高輝度アーク灯１５２および反射体システム１５４を含む。本実施例において、底部壁１３４は効果的にフィルタを含み、予熱装置１５０のアーク灯１５２および反射体システム１５４は、そのフィルタを通してウェハ１２０を加熱するための電磁放射を放出するように動作することができる。特に、本実施例において、底部壁１３４は水冷窓１５６を含む。さらに特に、本実施例において、水冷窓１５６は、その間の冷却チャネルを画定する２つの並行な間隔の空いた水晶枠を含み、この冷却チャネルを通して水が冷却システム１４４によって送り込まれる。
【００４１】
水は、１４５０ｎｍにおける赤外線放射を吸収する傾向にあり、水晶もまたより長い波長の赤外線を吸収する傾向にあるので、水冷窓１５６は、２つの主な目的を果たす。第１に、水冷窓はフィルタとして機能し、予熱装置によって生成された照射スペクトルから、診断波長における全ての放射を除去する。本実施例では、診断波長は１４５０ｎｍである。言い換えると、水冷窓は、予熱装置によって生成された放射スペクトルを（あるいはワークピースによるそれらのどんな反射も）、診断波長における放射を検出するシステム１００における全ての測定装置にとって効果的に見えなくする。第２に、水冷窓は、ウェハ１２０が熱くなるにつれ熱的に放射する赤外線放射を吸収し、それにより、このような放射がウェハ１２０に反射して返され、そこで不適当な時間に、例えば冷却段階の間に、望ましくない（また均一でない）加熱を起こすことを防ぐ。（実際において、１４５０ｎｍ診断波長においてウェハ１２０によって熱的に放射される放射の少量（例えば３％）が、上部枠を通過し水晶枠の間に画定された水冷チャネルにおいて吸収されるのではなく、偶然窓の上部水晶枠によってウェハに反射して返されることが見出されている。この後記の効果は、チャンバ・リターンと称され、望ましい場合、システム１００に使用されている多様な測定装置の目盛調整において考慮されてもよい。）
【００４２】
本実施例において、システム１００はさらに、診断照明源１６０および放射検出器を含む複数の付加的測定装置を含む。特に、本実施例において、放射検出器は第２の測定装置１１６を含み、第２の測定装置１１６は本実施例においては、高速ラジオメータ１６４を含む。同様に、放射検出器はさらに、他の測定装置１１７を含み、これは本実施例においてはイメージング装置１６２を含む。一般に本実施例において、診断照明源１６０およびイメージング装置１６２は、ワークピース１０６の第２の表面１１８および参照ピース１４２のイメージを獲得し、ワークピースの半球反射率を決定するために使用され、高速ラジオメータ１６４は、ワークピースからの熱放射を測定するために使用される。熱放射および半球反射率の測定は、以下により詳細に説明するように、ワークピースの第２の表面１１８の温度を生成するために組み合わせてもよい。
【００４３】
本実施例において、参照ピース１４２は、ワークピース１０６の面に対して僅かに傾いており、診断照明源１６０およびイメージング装置１６２は、参照ピースおよびワークピースの双方が診断照明源からの投射照射を、イメージング装置１６２に向けて、最大反射強度の角度において反射するように、角度がつけられている。望ましい場合、診断照明源１６０、イメージング装置１６２およびラジオメータ１６４は、ウェハ１２０の中央領域１７０に対して等しい角度に置いてもよい。このような構成により、ワークピース１０６の第２の表面１１８が等方性に広がっていない（ランベルシャン（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ））、本実施例のような実施例において、測定エラーを少なくすることができる。あるいは装置１６０、１６２および１６４は異なる角度に置いてもよいが、ワークピースがその中央においてワークピースの垂直面について放射状に対称ではない任意の実施例において、測定誤差を増やすことになる。本実施例において、装置１６０、１６２および１６４は全て、水冷窓１５６が診断照明源１６０によって生成された照明放射をろ波しないように、そして、イメージング装置１６２あるいは高速ラジオメータ１６４によって受け取られた放射をろ波しないように、水冷窓１５６を迂回するように置かれている。
【００４４】
本実施例において、システム１００はさらに、ワークピース１０６の第１の表面１０４をその上の照射フラッシュ投射にさらすよう動作可能な照射システム１８０を含む。特に、本実施例において、照射システム１８０は、チャンバ１３０の上部壁１３２のすぐ上に置かれた閃光灯１８２および反射体システム１８４を含む。あるいは、望ましい場合複数の閃光灯を使用してもよく、あるいは、他の適する型の照射装置を閃光灯の代わりに使用してもよい。本実施例において、上部壁１３２は、上記の水冷窓１５６に類似する水冷窓１８６を含み、これは、閃光灯１８２によって生成された放射スペクトルから１４５０ｎｍの診断波長における放射を除去し、この波長におけるウェハからの熱放射を吸収するためのフィルタとして機能する。本実施例において、照射システム１８０はさらに、照射フラッシュを生成するために閃光灯１８２に電力を供給するための、電力制御システム１８８を含む。
【００４５】
本実施例において、ウェハ１２０をチェンバ１３０に挿入する前に、ウェハの装置側１２２はイオン打ち込み処理を受ける。イオン打ち込み処理により、ウェハの装置側の表面領域に不純原子つまりドーパントが導入される。イオン打ち込み処理は、ウェハの表面領域の結晶格子構造を損傷し、打ち込まれたドーパント原子を、それらが電気的に不活性である格子間の場所に残す。ドーパント原子を格子の内の代わりの場所に移動させそれらを電気的に活性化するため、そして、イオン打ち込みの間に起こる結晶格子構造への損傷を修復するために、高温に加熱することによって、ウェハの装置側の表面領域をアニールする必要がある。
【００４６】
本実施例において、このようなアニーリングは、上記の所有者共通のＰＣＴ公開番号第ＷＯ０２／４７１４３号（特許文献１）および第ＷＯ０２／４７１２３号（特許文献２）に開示されているような方法に従って実行される。例えば、このアニーリング方法の第１段階は、ウェハ全体が中間温度に比較的均一に加熱されるように、ウェハを通しての熱伝導時間より遅い率において、ウェハを中間温度に予熱することを含んでもよい。本実施例において、この予熱段階は、ウェハの裏側つまり基板側１２４をアーク灯１５２で照射し、ウェハを毎秒１００℃から毎秒４００℃のようなランプ率において、例えば５００℃から１１００℃の中間温度に加熱することによって達成される。予熱段階に続いて、ウェハの表側つまり装置側１２２が、ウェハの表側の表面領域のみが最終アニーリング温度にまで加熱され、ウェハの大部分が比較的により低い中間温度近くの温度に保たれるように、ウェハを通しての熱伝導時間よりもかなり速い率で、さらにより高いアニーリング温度に急速に加熱される。本実施例において、この第２の段階は、表側表面を、比較的短い持続時間の間、例えば１ミリ秒のオーダの間、照射システム１８０からの強力なフラッシュにさらすことによって達成される。ウェハのより冷たい大部分は、それから表側表面の急速冷却を容易にするためのヒート・シンクとして機能する。
【００４７】
このようなウェハの適当な熱処理を保証し、チャンバ１３０内で連続して処理される同様のウェハの一貫した熱処理を達成するために、第２段階の間、つまり高速照射フラッシュの間、ここにより詳細に説明するように、リアルタイムで装置側の温度を監視することが望ましい。ある場合において、照射システム１８０の物理的パラメータが時間と共に変化する傾向にある場合、熱処理の一貫性は、このようなリアルタイムの装置側温度の値を使用して、照射フラッシュが発生している間照射フラッシュの電力を制御することによって、向上させることができる。従って、本実施例において、少なくとも１つのプロセッサ回路は、以下により詳細に説明するように、ワークピース１０６の第１の表面１０４の現在の温度に応答して照射フラッシュの電力を制御するよう構成されている。
【００４８】
基板側予熱装置
本実施例において、アーク灯１５２は、カナダ、ブリティッシュコロンビア州、バンクーバのボルテク・インダストリス社製造の、５００ｋＷ二重水壁アルゴン・プラズマ・アーク灯である。このようなアーク灯の１例は、所有者共通の特許協力条約出願公開番号第ＷＯ０１／５４１６６号（特許文献４）に開示され、この出願は参照によりここに取り入れられる。このようなアーク灯は、上記のＰＣＴ公開出願に記載されているように、タングステン線条電球源と比較して、半導体アニーリングに対する多数の利点を提供する。より大きく温度が上昇するにつれ、１つのアーク灯１５２に代えて複数のアーク灯を使用してもよい。あるいは、例えば、閃光灯およびタングステン線条電球源、あるいはこのような電球の列をも含む他の型の予熱装置を代わりに使用してもよい。
【００４９】
診断照明源
本実施例において、診断照明源１６０は、ウェハ１２０および参照ピース１４２を照らすために、１４５０ｎｍの診断波長における診断フラッシュを生成するよう動作する。このことを達成するために、診断照明源１６０は、アーク灯１９０を閃光灯として機能させるためのパルス放電電力供給装置（図示されていない）を有する短アーク・キセノン・アーク灯１９０、および不整列光ファイバ束１９２を含む。光ファイバ束１９２は、チャンバ１３０の底部壁１３４の水冷窓１５６を迂回している。アーク灯１９０からの放射は、フィルタ水冷窓１５６を迂回して、不整列光ファイバ束１９２を通って溝を通される。従って、測定の目的のために必要とされる時はいつでも、診断波長における放射は、ウェハ１２０の基板側１２４および参照ピース１４２を、診断波長における診断フラッシュで照らすことができる。あるいは、しかし、このような診断フラッシュを生成するための任意の他の適当な構成を代わりに使用してもよい。例えば、連続する照明源、例えば１つあるいは複数のタングステン線条電球を、ウェハおよび参照ピースを照らすために高速で開閉するよう動作可能な機械的シャッタ（図示されていない）と共に使用してもよい。この場合、シャッタは、放射吸収性であり冷却されていることが望ましい。さらなる説明的例示として、１４５０ｎｍの診断波長において放射している、１つあるいは複数のフォトダイオードあるいはレーザ・ダイオードを、アーク灯１９０の代わりに使用してもよい。
【００５０】
イメージング装置
一般に、本実施例において、測定装置１１７、特にイメージング装置１６２は、少なくとも１つのプロセッサ回路と通信し、少なくとも１つのプロセッサ回路は、ワークピース１０６の第２の表面１１８の半球反射率を測定するために、イメージング装置と共に動作するよう構成されている。特に、本実施例において、イメージング装置１６２は、第２の表面１１８によって反射される放射を受け取るよう構成されている放射検出器として機能し、この検出器は、第２の表面をシステムの他の装置、例えば高速ラジオメータ１６４および診断照明源１６０の視野から遮るのを避けるために、第２の表面から十分に離れて置かれている。このことを達成するために、本実施例において、イメージング装置は、第２の表面１１８の中心から少なくともワークピース１０６の最大寸法の２分の１分、離れて置かれている。イメージング装置は、第２の表面の方向反射率を測定するよう構成され、少なくとも１つのプロセッサ回路は、以下により詳細に説明するように、方向反射率に散乱補正を適用して半球反射率を得るよう構成されている。従って、イメージング装置１６２は、通常、測定される対象、例えば集積半球、に極近接して置かなければならない、半球反射率を測定するための従来の装置に比べ利点が多い。
【００５１】
本実施例において、イメージング装置１６２は、ワークピース１０６および参照ピース１４２の双方のイメージを生成するよう動作可能な赤外線カメラを含み、ワークピース１０６および参照ピース１４２は共に、イメージング装置１６２の視野内にある。本実施例において、赤外線カメラは、ダイオード・アレイ、特にフォトダイオード焦点面アレイを含む。さらに特に、本実施例において、赤外線カメラは、３２０ｘ２５６画素、インジウムヒ化ガリウム（ＩｎＧａＡｓ）フォトダイオード・アレイを含み、このフォトダイオード・アレイは１２ビット感度を有する。このカメラはまた、焦点を合わせる光学素子（図示されていない）を含み、さらに、カメラが、１４５０ｎｍの診断波長およびそれを中心とする極狭い帯域（例えば、±１５ｎｍ）をのみ感知するように、１４５０ｎｍを中心とする狭帯域フィルタを含む。従って、本実施例において、イメージング装置１６２は、第２の表面上の加熱照射スペクトル投射が無視してよい強度を有する照明波長帯域における、ワークピースの第２の表面１１８の方向反射率を測定するよう構成されている。この点に関して、システム１００は、加熱照射スペクトルから照明波長を除去するよう構成されたフィルタリング装置を効果的に含むことが思い出されるであろう。（特に、本実施例において、水冷窓はイメージング装置１６２が感知する１４５０±１５ｎｍの全診断波長帯域を遮るので、フィルタリング装置は、第２の表面１１８と加熱照射スペクトルの源、つまりアーク灯１５２との間に置かれた水冷窓１５６を含む。）また、他のイメージング装置、例えば、他の２次元あるいは１次元ダイオード・アレイ、あるいは電荷結合素子（ＣＣＤ）を代わりに使用してもよい。
【００５２】
図１および図２を参照すると、本実施例においてイメージング装置１６２は、ワークピース１０６および参照ピース１４２のイメージを表すデジタル・データをＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０に通信するために、ＲＴＰシステム・コンピュータ（ＲＳＣ）１１２のデジタル・フレーム・グラバ・カード２００と通信している。あるいは、望ましい場合、イメージング装置は、ＲＳＣ１１２から離れているがＲＳＣ１１２と通信している個別のプロセッサ回路と通信するよう置いてもよい。
【００５３】
望ましい場合、ワークピース１０６の温度を測定するためにその半球反射率を決定するため、このようなデジタル・イメージ・データを使用するのに加えて、このようなイメージ・データは、ワークピース１０６の第２の表面１１８のリアルタイム２次元温度マップを作成するのにも使用することができる。これらの温度マップは、全熱処理の間のワークピースの加熱の均一性を決定するのに有用である。空間的に分解された温度マップは、例えば上記の所有者共通の米国特許第６，３０３，４１１号（特許文献３）により詳細に記述されている。
【００５４】
本実施例において、イメージング装置１６２および診断照明源１６０は、同期モジュール２０２とも通信している。
【００５５】
同期モジュール
図１および図２を参照すると、本実施例において、同期モジュール２０２は、イメージング装置１６２が、診断フラッシュによって照射された時の（望ましい場合、診断フラッシュに先立ちおよび／あるいはそれに続いても同様に）ワークピース１０６および参照ピース１４２のイメージを作成することができるように、イメージング装置１６２と診断照明源１６０の同期をとるのに使用される。
【００５６】
このことを達成するために、同期モジュール２０２は、イメージング装置１６２からビデオ・フレーム同期信号を受信し、それに応答して、望ましい時に診断照明源１６０を起動するために、調整可能な遅延を伴うパルス信号を生成する。望ましい場合、例えば、複合アナログ・ビデオ、標準ＴＴＬビデオおよびＬＶＤＳ差動デジタル・ビデオのような、異なる型のビデオ・フレーム同期信号を選択することができる。
【００５７】
イメージング装置１６２からのビデオ・フレーム同期信号に応答して診断照明源１６０を起動するため、調整可能に遅らせたパルス信号を生成するために、同期モジュール２０２は内部時計２０４を含む。本実施例において内部時計２０４は、４８ＭＨｚ時計であり、１マイクロ秒解像度の、０から９９，９９９マイクロ秒の範囲の調整可能な遅延と、４０ナノ秒よりよい遅延正確度を有する“オン”および“オフ”遅延信号を生成することができる。本実施例において、同期モジュール２０２は、診断照明源がワークピースおよび参照ピースをその最高強度において照らしている時に、イメージング装置１６２がワークピースおよび参照ピースからの反射放射を獲得することを保証するため、イメージング装置１６２の集積期間の開始の直前に診断照明源１６０を起動するための“オン”パルス信号を生成し、これにより、結果としてのデジタル反射率イメージの信号対雑音比を最大にする。
【００５８】
ＲＴＰシステム・コンピュータ（ＲＳＣ）
図１および図２を参照すると、ＲＴＰシステム・コンピュータ（ＲＳＣ）は、図２における１１２においてより詳細に示されている。本実施例において、ＲＳＣはプロセッサ回路１１０を含み、プロセッサ回路１１０は本実施例において、マイクロプロセッサ２１０を含む。さらに一般的には、しかし、本明細書において、用語“プロセッサ回路”は、ここに記述される機能を実行することのできる任意の型の装置あるいは装置の組合せを広く含み、他の型のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、他の集積回路、他の型の回路あるいは回路の組合せ、論理ゲートあるいはゲートアレイ、あるいは、例えば単一の、あるいは、例えば、同じ場所に置かれたあるいは互いに離れた他の同様の装置と組み合わせた任意の種類のプログラム可能な装置を、（制限無く）含む。付加的な型のプロセッサ回路は、本明細書を読むにあたりこの分野の技術者には明らかであろう。そして、任意のこのような他の型のプロセッサ回路の代用は、ここに付随する請求項によって定義される本発明の範囲から逸脱するものとはみなされない。
【００５９】
本実施例において、マイクロプロセッサ２１０は記憶装置２２０と通信し、記憶装置２２０は本実施例においてハード・ディスク・ドライブを含む。記憶装置２２０は、標準比ルーチン２２２、半球反射率ルーチン２２４、温度監視および制御ルーチン２２６、およびネットワーク同期アルゴリズム２２８を含む、ここに記述される多様な機能を実行するようマイクロプロセッサ２１０を構成あるいはプログラムする複数のルーチンを記憶するために使用される。一般に、ネットワーク同期アルゴリズム２２８は、ＲＳＣ１１２とシステム１００の多様な他の装置との間のネットワーク通信を調整し、非決定的待ち時間が５０マイクロ秒より小さくなるよう保証するために、プロセッサ回路１１０によって使用される。残りのルーチンは、以下により詳細に説明される。
【００６０】
本実施例において、記憶装置２２０はまた、マイクロプロセッサ２１０によって受信あるいは使用される多様な型のデータを記憶するために使用される。特に、本実施例において記憶装置２２０は、イメージング装置１６２から受信したワークピース１０６および参照ピース１４２のイメージを表すデジタル・データを記憶するためのイメージ・フレーム記憶２４２、高速ラジオメータ１６４から受信したワークピース温度値を記憶するための温度履歴記憶２４４、および第１の表面の温度とは異なる第２の表面１１８の温度およびワークピースの温度履歴に応答してワークピース１０６の第１の表面１０４の温度を識別するためにマイクロプロセッサ２１０によって使用される参照用テーブルを記憶するための参照用テーブル記憶２４６を含む。
【００６１】
本実施例において、マイクロプロセッサ２１０はまた、メモリ装置２６０と通信し、メモリ装置２６０は本実施例においては、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）を含む。メモリ装置２６０は、記憶装置２２０に記憶された多様なルーチンを実行する際にマイクロプロセッサによって識別あるいは使用される多様な物理的特性を表す値を記憶するために、マイクロプロセッサ２１０によって使用される。特に、本実施例においてこのようなルーチンは、ＲＡＭ内に、標準反射性レジスタ２６４、標準比レジスタ２６６、ワークピース比レジスタ２７０、方向反射率レジスタ２７２、散乱値レジスタ２７４、散乱補正レジスタ２７６、半球反射率レジスタ２７８、基板温度レジスタ２８０、ランプ率レジスタ２８２、および装置側温度レジスタ２８４を含む複数のレジスタを定義するよう、マイクロプロセッサ２１０に指示する。これらのレジスタは以下により詳細に説明される。
【００６２】
本実施例において、マイクロプロセッサ２１０は、イメージング装置１６２によって作成されたワークピース１０６および参照ピース１４２の赤外線イメージを表すデジタル・データを受信するために、デジタル・フレーム・グラバ・カード２００と通信している。
【００６３】
本実施例のマイクロプロセッサ２１０はさらに、高速ラジオメータ１６４、測定装置１０２、照射システム１８０、予熱装置１５０、例えばキーボードおよび／あるいはマウスのようなユーザ入力装置（図示されていない）、および、診断照明源１６０およびイメージング装置１６２を制御するための同期モジュール２０２を含む、図１に示されるシステム１００の多様な装置と通信するために、入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース２９０と通信している。本実施例において、入出力インタフェース２９０は、光ファイバ・ネットワーク２９２を介してこれらの装置の少なくともいくつか（例えば、高速ラジオメータ１６４および測定装置１０２）と通信するために、光電変換器を含む。この点に関して、このような光学通信により、大きな電流から生じる電磁妨害および電気雑音、および、予熱装置１５０および照射システム１８０によって要求される突然の放電によって起こされる問題が避けられることが理解されるであろう。
【００６４】
高速ラジオメータ
図１および図３を参照すると、測定装置１１６、特に高速ラジオメータが、図３における１６４において概略的に示されている。一般に、本実施例において、高速ラジオメータ１６４は、１４５０ｎｍの診断波長においてワークピース１０６の第２の表面１１８によって熱的に放射される電磁放射を受け取り、ワークピースの第２の表面の温度を表す、対応する放射率補償温度値を作成する。
【００６５】
このことを達成するために、本実施例において、高速ラジオメータ１６４は、診断波長ではない波長を遮るために、１４５０ｎｍの診断波長を中心とする狭帯域フィルタ３０２を含む。高速ラジオメータはさらに、ワークピースの第２の表面１１８の中央領域１７０から放射される電磁放射をフォトダイオード３０６の能動素子の上に集中させるために、光学スタック３０４を含む。フォトダイオード３０６は本実施例において、高速、低雑音のインジウムヒ化ガリウムＰＩＮフォトダイオードを含む。本実施例において、中央領域１７０は、ウェハ１２０の基板側１２４の中央における直径約２ｃｍの領域を含む。
【００６６】
フォトダイオード３０６は増幅器３０８と通信し、増幅器３０８は本実施例において、約２．５ｋＨｚの３ｄＢ電気帯域幅を有する差動トランスインピーダンス増幅器を含む。増幅器３０８は、フォトダイオードからの出力信号を調整して増幅し、増幅した信号をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３１０に供給する。本実施例において、Ａ／Ｄ変換器３１０は、２５ｋＨｚのオーバ・サンプリングレートにおいて、増幅されたフォトダイオード信号の２０ビットのサンプルを作成する。
【００６７】
Ａ／Ｄ変換器３１０は、高速ラジオメータ１６４のプロセッサ回路１１４と通信している。プロセッサ回路１１４は、第１および第２の記憶装置と通信し、第１および第２の記憶装置は本実施例において、プログラム・メモリ３１４および作業メモリ３１６を含む。プログラム・メモリは、基板温度ルーチン３１８を含む多様な機能を実行するようにプロセッサ回路１１４を構成する、命令コードあるいはルーチンを記憶する。基板温度ルーチン３１８は、以下により詳細に説明するように、ウェハ１２０の基板側１２４の温度を識別するようプロセッサ回路１１４に指示する。基板温度ルーチン３１８は、作業メモリ３１６において、半球反射率レジスタ３２０および基板温度レジスタ３２２を含む複数のレジスタを定義するよう、プロセッサ回路１１４に指示する。プログラム・メモリ３１４は、任意の適当な型のメモリ装置を含んでもよいが、例えば、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭあるいはＦＬＡＳＨメモリのような不揮発性メモリであることが望ましい。同様に、作業メモリ３１６は、例えばＲＡＭのような、任意の適当な型のメモリ装置を含んでもよい。
【００６８】
プロセッサ回路１１４は、図１に示されるＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０と通信するために、入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース３３０と通信している。本実施例において、Ｉ／Ｏインタフェース３３０は、光ファイバ・ネットワーク２９２を介してＲＳＣと通信するために、光電変換器を含む。以下に説明するように、本実施例において高速ラジオメータ１６４は、ウェハ１２０の基板側１２４の温度を毎ミリ秒効果的に測定し、１ｋＨｚの率において、更新された基板温度値をＲＳＣに供給する。高速ラジオメータ１６４はまた、ＲＳＣから更新された半球反射率値を周期的に受信し、この半球反射率値を基板側熱放射強度値と組み合わせて、基板温度値を作成する。
【００６９】
装置側照射システム
再び図１を参照すると、一般に、照射システム１８０は、ウェハ１２０の装置側１２２を照射するよう動作可能である。測定装置１０２および少なくとも１つのプロセッサ回路は、装置側が照射システム１８０によって照射されている間に、現在の強度を測定し装置側１２２の現在の温度を識別するよう構成されている。
【００７０】
本実施例において、照射システム１８０は、図１に示される、閃光灯１８２（あるいは、望ましい場合複数のこのような閃光灯）および反射体システム１８４を含む。特に、本実施例において閃光灯１８２は、上記の所有者共通の特許協力条約、出願公開番号第ＷＯ０１／５４１６６号（特許文献４）に開示されているものに類似する高輝度アーク灯を含む。
【００７１】
本実施例において、照射システム１８０は、装置側１２２をウェハ１２０の熱伝導時間より短い持続時間を有する照射フラッシュにさらすよう動作可能である。本実施例において、ウェハの熱伝導時間は、１０から１５ｍｓのオーダである。従って、本実施例において、照射システム１８０は、１０ミリ秒のオーダあるいはそれ以下の持続時間を有するように照射フラッシュを生成するよう動作可能である。特に、本実施例において、照射システムは、１ミリ秒のオーダの持続時間を有するように照射フラッシュを生成するよう動作可能である。
【００７２】
このことを達成するために、本実施例において、照射システム１８０はさらに図１に示される電力制御システム１８８を含む。特に、本実施例において電力制御システム１８８は、電力供給システムとして機能し、パルス放電装置を含む。パルス放電装置は、予め充電され、それから、閃光灯１８２に入力電力の“スパイク”を供給し望ましい照射フラッシュを生成するために、突然放電されてもよい。さらに特に、本実施例において、パルス放電装置は、ドイツ、ハンブルグのラップ・オプトエレクトロニック社製造の、例えば１ミリ秒の放電時間のような約０．５から５ｍｓの範囲の放電時間内で６０ｋＪまでのパルスを生成するよう動作可能な、電力供給モデル番号ＶＴ−２０パルス放電装置を含む。このような放電に応答して、閃光灯１８２は、持続時間が０．５から５ｍｓの範囲内で電力出力が４から６ＭＷの電磁放射の加熱フラッシュを生成するよう動作可能である。あるいは、例えば３００ｋＪを放電するよう動作可能な、より大きな電力供給を代わりに使用してもよい。さらに一般的には、望ましい場合には照射システム１８０に代えて、他の加熱装置を使用してもよい。
【００７３】
本実施例において、電力制御システム１８８は、以下に説明するように、パルス放電のフィードバック制御のために、パルス放電装置と閃光灯１８２との間に置かれた電力制御回路を含む。
【００７４】
超高速ラジオメータ
図１および図４を参照すると、測定装置が図４の１０２において概略的に示されている。本実施例において、測定装置１０２は、超高速ラジオメータ４００を含む。一般に、超高速ラジオメータは、ワークピース１０６の第１の表面１０４から熱的に放射される放射の現在の強度を測定するよう構成された測定装置として機能する。超高速ラジオメータはまた、ここにより詳細に説明されるように、測定装置と通信し、現在の強度および第１の表面１０４の少なくとも１つの先の熱特性に応答して第１の表面１０４の現在の温度を識別するよう構成された、プロセッサ回路を含む。特に、本実施例において、超高速ラジオメータ４００は、照射システム１８０によって生成された高速照射フラッシュの間にウェハ１２０の装置側１２２の温度を識別するために、少なくとも１つのプロセッサ回路と共に動作するよう構成されている。このようなフラッシュは、例えば１ミリ秒のオーダの持続時間を有してもよく、装置側の温度を、例えばセ氏数百度上昇させてもよい。従って、超高速ラジオメータ４００は、広い動的範囲および超高速時間応答を有するよう設計されている。
【００７５】
図１、図３および図４を参照すると、本実施例において超高速ラジオメータ４００は、図３に示される高速ラジオメータ１６４にいくつかの点において（しかし全ての点ではなく）類似している。従って、超高速ラジオメータ４００は、本実施例においては高速ラジオメータの対応する構成要素３０２、３０４、および３０６に類似する、１４５０ｎｍ狭帯域フィルタ４０２、光学スタック４０４、および高速インジウムヒ化ガリウムＰＩＮフォトダイオード４０６を含む。しかし、本実施例においてフォトダイオード４０６は、フォトダイオード４０６の温度を２０ミリケルビン内に制御するために、集積熱電冷却器４０８を含む。
【００７６】
フォトダイオード４０６からの出力信号は、増幅器４１０に供給される。本実施例において、増幅器４１０は、５００ｋＨｚの３ｄＢ電気帯域幅を有する、超低雑音で高速の差動トランスインピーダンス増幅器を含む。増幅器４１０は、フォトダイオード出力信号を調整して増幅し、増幅した信号をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器４１２に供給する。１ＭＨｚのサンプリングレートにおいて、Ａ／Ｄ変換器４１２は、増幅されたフォトダイオード信号の１６ビットのサンプルを作成する。
【００７７】
Ａ／Ｄ変換器４１２は、超高速ラジオメータ４００のプロセッサ回路１０８と通信している。プロセッサ回路１０８は第１および第２の記憶装置と通信し、第１および第２の記憶装置は、本実施例において、プログラム・メモリ４１６およびメモリ装置４１８を含む。プログラム・メモリ４１６は、リアルタイム装置側温度ルーチン４２０および動的目盛調整ルーチン４２２を含む多様な機能を実行するよう、プロセッサ回路１０８を構成するルーチンを記憶する。メモリ装置４１８において、リアルタイム装置側温度ルーチン４２０は、装置側熱放射強度記憶４３０、最初の装置側温度レジスタ４３２、最初の装置側熱強度レジスタ４３４、装置側温度レジスタ４３６、および装置側温度値記憶４３８を含む、複数のレジスタおよび／あるいは記憶を定義するようプロセッサ回路１０８に指示する。
【００７８】
本実施例において、プロセッサ回路１０８は、内部参照装置４５０と通信している。本実施例において、内部参照装置は、熱的に制御され高度に安定していて、目盛調整および参照信号を作成するために使用される。動的目盛調整ルーチン４２２は、超高速ラジオメータの多様な電子構成要素において発生する可能性のある予測不能なドリフトを動的に補償するために、内部参照装置４５０から受信した目盛調整および参照信号に応答して、Ａ／Ｄ変換器４１２から受信した１６ビットのサンプルを調整するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。
【００７９】
本実施例において、プロセッサ回路１０８はさらに、ＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０および図１に示されるシステム１００の他の構成要素と通信するために、入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース４６０と通信している。特に、本実施例においてプロセッサ回路１０８は、フラッシュの間にプロセッサ回路１０８によって得られたリアルタイム装置側温度値に応答し、照射システムによって生成された照射フラッシュの電力を制御することができるように、照射システム１８０の電力制御システム１８８と直接通信している。本実施例において、入出力インタフェース４６０は、光電変換器を含み、このような通信信号が光ファイバ・ネットワーク２９２を通して送受信されるようにし、これにより、フラッシュが一時的に近接する際に重大になるかもしれない、電磁妨害および電気雑音の有害な影響を防ぐことができる。
【００８０】
本実施例において、超高速ラジオメータ４００はさらに、このような妨害の超高速ラジオメータの多様な内部構成要素に対する影響を減少させるために、遮蔽４７０を含む。
【００８１】
再び図１を参照すると、本実施例において、測定装置１０２特に超高速ラジオメータ４００は、第１の表面上の照射スペクトル投射が無視してよい強度を有する波長帯域において、ワークピース１０６の第１の表面１０４からの熱放射の現在の強度を測定するよう構成されている。このことを達成するために、本実施例においてシステム１００は、第１の表面上の照射スペクトル投射からこの波長帯域を除去するよう構成されたフィルタリング装置を、効果的に含む。特に、本実施例においてフィルタリング装置は、第１の表面１０４と本実施例において照射システム１８０である照射スペクトル源との間に置かれた水冷窓１８６を、含む。この点に関して、水冷窓１８６は、閃光灯１８２によって生成された放射の大部分をウェハ１２０の装置側１２２を加熱するために装置側に伝導し、一方それと同時に１４５０ｎｍの診断波長における放射を吸収するよう機能することが思い出されるであろう。
【００８２】
逆に、１４５０ｎｍ狭帯域フィルタ４０２の効果により、超高速ラジオメータは、１４５０ｎｍの直近における放射にのみ応答する。従って、超高速ラジオメータは、装置側１２２からの熱放射のみ検出し、照射システムによって生成され、装置側によって反射されたいかなる放射も検出しない。水冷窓１８６はまた、装置側１２２によって熱的に放射された波長における放射の大部分を吸収するよう機能し（通常１４００ｎｍ以上）、これにより、このような波長がウェハに反射して返されることを防ぐ。波長がウェハに反射して返されると、冷却が望ましい不適当な時に、装置側の望ましくない不均一な加熱が引き起こされる傾向がある。（超高速ラジオメータは、しかし、少量の“チャンバ・リターン”を検出するかもしれない。つまり、診断波長において装置側によって熱的に放射された放射の少ないパーセンテージが、窓１８６の底部水晶枠によって反射されて装置側に返され、装置側はこのような反射された熱放射の僅かな部分をラジオメータに再び反射するかもしれない。チャンバ・リターンは、望ましい場合には、動的目盛調整ルーチン４２２の実行において考慮してもよい。）
【００８３】
動作
標準比ルーチン
図１、図２、および図５を参照すると、標準比ルーチンが図５における２２２において示されている。一般に、標準比ルーチン２２２は、ＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０を、ＲＡＴＩＯＳＴＤ値を計算するよう構成する。この値は以後、ウェハ１２０の基板側１２４の半球反射率を識別するために、半球反射率ルーチン２２４の間にプロセッサ回路１１０によって使用される。
【００８４】
標準比ルーチンの実行に先立ち、ウェハ１２０はチャンバ１３０から取り除かれ、既知の反射性ＲＳＴＤを有する標準と置き換えられる。従って、この最初の測定のためにワークピース１０６は、半導体ウェハではなく標準を含む。本実施例において、標準はアルミニウム・ウェハであるが、既知の反射性を有する任意の適する標準を代わりに使用してもよい。一旦標準がチャンバ１３０内に置かれると、標準比ルーチンを実行してもよい。
【００８５】
標準比ルーチン２２２は、望ましい値ＲＡＴＩＯＳＴＤを識別し記憶するようプロセッサ回路１１０を構成する命令コードの多様なブロックを含む。標準比ルーチン２２２は、コードの第１のブロック５００から開始し、第１のブロック５００は、標準および参照ピース１４２の照らされたイメージを効果的に得るよう、プロセッサ回路１１０に指示する。このことを達成するためにブロック５００は、図２に示される同期モジュール２０２に信号を送るようプロセッサ回路１１０に指示し、この信号に応答して同期モジュールは、上記のようにイメージング装置１６２からのビデオ同期信号を受信する。同期モジュールは、イメージング装置がワークピース１０６（この場合、標準）、および参照ピース１４２が診断照明フラッシュにその最大強度で照らされている間にこれらのイメージを獲得するように、イメージング装置１６２の集積期間の開始の直前に診断照明源１６０を起動するよう電気パルス信号を生成する。イメージング装置１６２は、標準および参照ピースの獲得したイメージを表す信号を、デジタル・フレーム・グラバ・カード２００に送信する。プロセッサ回路１１０は、フレーム・グラバ・カードから、獲得されたイメージを表すデータを受信し、受信したデータを記憶装置２２０内のイメージ・フレーム記憶２４２に記憶する。
【００８６】
ブロック５１０は、値ＲＡＴＩＯＳＴＤを計算するようプロセッサ回路１１０に指示する。この点に関して、参照ピース上の診断フラッシュ投射の強度がＩ０である場合、ワークピース１０６上の診断フラッシュ投射の強度はαＩ０であり、αはシステム１００のジオメトリによって決定される定数であることが理解されるであろう。従って、参照ピース１４２は、強度Ｉ０ＲＲＥＦで診断フラッシュを反射する。ここでＲＲＥＦは参照ピースの反射率である。同様に、この場合標準であるワークピース１０６は、強度αＩ０ＲＳＴＤで診断フラッシュを反射する。イメージング装置１６２によって生成され、特に、ワークピース１０６の中央領域１７０に対応するインジウムヒ化ガリウム・フォトダイオード・アレイの個々のフォトダイオードによって、および参照ピース１４２に対応するフォトダイオードによって、生成され（あるいは、フォトダイオード・アレイの代わりにＣＣＤが使用される場合、対応する画素によって生成され）、上記のブロック５００においてイメージ・フレーム記憶２４２に記憶されたデータ値は、ワークピース（この場合、標準）によって反射された強度の参照ピースによって反射された強度に対する比、つまりＲＡＴＩＯＳＴＤ＝αＩ０ＲＳＴＤ／Ｉ０ＲＲＥＦ＝αＲＳＴＤ／ＲＲＥＦを計算し記憶するために使用される。ブロック５１０はそれから、メモリ装置２６０内の標準比レジスタ２６６に、この結果の値ＲＡＴＩＯＳＴＤを記憶するようプロセッサ回路１１０に指示する。標準比ルーチンはそれから終了する。
【００８７】
上記のＲＡＴＩＯＳＴＤの計算は一度計算されると、システム１００の物理的パラメータが変化しない限り（例えば、照明源に埃がついた場合）、通常、同様なウェハに適用される所定の組の熱サイクルのために再計算する必要はない。ＲＡＴＩＯＳＴＤを再計算すべきかどうかを決定するために、“目盛調整ウェハ”あるいは“診断ウェハ”（例えば、何の素子も有せず均一なドーパント集中を有する半導体ウェハ）を、システム１００において周期的に熱サイクルし、結果としてのドーパント活動を（例えば、ウェハのシート抵抗を測定することによって）測定してもよい。あるいは、例えば、ウェハのイメージの動き、あるいは先のサイクルと比較して１つのサイクルにおける温度測定における急激な変化のような他の要因により、ＲＡＴＩＯＳＴＤの再計算が必要となるかもしれない。
【００８８】
温度監視および制御ルーチン
残りのルーチンは、少なくともいくつかのウェハ反射率測定から、直接あるいは間接的に得られた情報を使用する。このような反射率測定が多くの目的に対して信頼できるように正確であるためには、ウェハ１２０は約７００℃より低い温度において１４５０ｎｍ診断波長に対して十分に不伝導ではないので、残りのルーチンは、熱サイクルが進行している状況においてのみ記述される。この状況でウェハは、このような測定が診断波長において正確に行われるためにウェハが十分に不伝導な閾値温度に達しているか閾値温度を超えている。あるいは、望ましい場合、ウェハ反射率測定はより短い波長において獲得してもよく、また望ましい場合、低温測定のために予測してもよい。
【００８９】
図１、図２、および図６を参照すると、温度監視および制御ルーチンが図６の２２６において示されている。一般に温度監視および制御ルーチン２２６は、ウェハ１２０の基板側１２４を照射してウェハの熱伝導時間と比較して遅いランプ率においてウェハを望ましい中間温度に予熱装置１５０を予熱し、制御するように（任意の説明的例示として、このようなランプ・サイクルは、ウェハを、室温から８００℃の中間温度に２５０℃／秒のランプ率において加熱してもよい）、ＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０を構成する。中間温度に達すると、温度監視および制御ルーチンは、フラッシュ・サイクルを開始し、ウェハの熱伝導時間よりかなり速い率においてウェハ１２０の装置側１２２を望ましいアニーリング温度に加熱するよう照射システム１８０を制御するように、プロセッサ回路に指示する。（さらなる任意の説明的例示として、装置側は、ウェハの大部分が中間温度に近い温度に保たれる一方、装置側を１３００℃の温度に加熱するために１ミリ秒のフラッシュにさらされてもよい。）一旦フラッシュ・サイクルが開始されると、フラッシュ・サイクルの残りの処理は、リアルタイム装置側温度ルーチン４２０の指示の下に超高速ラジオメータ４００によって直接制御される。
【００９０】
温度監視および制御ルーチン２２６は、コードの第１のブロック６００から始まり、第１のブロック６００は、予熱装置１５０、特にアーク灯１５２を制御して、望ましいランプ率におけるワークピース１０６の予熱を開始させるよう、プロセッサ回路１１０に指示する。通常、シリコン半導体ウェハに対して、望ましいランプ率は１００℃／秒から４００℃／秒の範囲内であるが、望ましい場合にはこの範囲外の他のランプ率を代わりに使用してもよい。本実施例において、シリコンは約７００℃より低い場合に１４５０ｎｍ放射に対して不伝導ではないという事実により、既定の量のエネルギをアーク灯１５２に供給することから生じると期待される予測ウェハ温度に基づき、最初は開ループ温度サイクルとして予熱サイクルが開始される。
【００９１】
ブロック６０２はそれから、ワークピース１０６の予測温度が予め定義された閾値温度に達したかどうか決定するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。本実施例において、ワークピースは、半導体ウェハ１２０であり、予め定義された温度は約６００℃であり、この温度より高い場合、ウェハは、１４５０ｎｍ診断波長に対してまだ完全に不伝導ではないけれども、温度測定および制御ルーチンによって使用される適当な信号を提供するには十分不伝導である。（ウェハ温度が７００℃を超えて上昇するにつれ、ウェハは診断波長に対して完全に不伝導になり、これにより、システムの正確度が向上する。）
【００９２】
ブロック６０２において閾値温度に到達したと予測された場合、ブロック６０４は、ウェハの半球反射率を周期的に識別するために、半球反射率ルーチン２２４（以下に図７に関してより詳細に説明する）の実行を開始するようプロセッサ回路１１０に指示する。ウェハの半球反射率は、次に、ウェハの放射率補償温度測定を作成するために高速ラジオメータ１６４によって使用することができる。
【００９３】
ブロック６０６は、それから、連続する各時間においてワークピース１０６の第２の表面１１８（本実施例においては、ウェハ１２０の基板側１２４）の温度の連続する値を表す高速ラジオメータ１６４からの温度値を、連続的に受信し記憶し始めるよう、プロセッサ回路１１０に指示する。このような各温度値は、以下に図８に関してより詳細に説明するように、高速ラジオメータ１６４のプロセッサ回路１１４によって作成される。ブロック６０６は、このような各受信された基板温度値を、現在時間と共にデータ・ペア（ＴＳＵＢＳＴＲＡＴＥ，ｔ）として、ウェハの温度履歴レコードを効果的に生成するために温度履歴記憶２４４に記憶するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。ブロック６０６は、図示しやすくするために命令コードの単一のブロックとして図６に示されているが、本実施例において、ブロック６０６は、予熱サイクル、後続のフラッシュ・サイクル、およびその後の放射性冷却段階の間を通して、このような基板温度値を受信し記憶するよう、プロセッサ回路に指示し続ける。
【００９４】
ブロック６０８はそれから、閉ループ予熱サイクルに切り替えるようプロセッサ回路１１０に指示する。特に、ブロック６０８は、高速ラジオメータから受信した基板温度値と熱サイクルにおける各対応する時点に対する予測されたあるいは望ましい基板温度との比較を開始し、望ましいあるいは予測された温度からの実際の（測定された）基板温度のどんな偏向をも最少にするあるいは排除するために、アーク灯１５２に供給される電力を増加あるいは減少させるよう、プロセッサ回路１１０に指示する。望ましい場合、閉ループ予熱サイクルは、例えば、上記の所有者共通の米国特許第６，３０３，４１１号に開示される方法のうち、いずれかのような空間的に分解された照射制御を含んでもよい。
【００９５】
ブロック６０６および６０８が実行を続ける間、ブロック６１０は、最近の受信基板温度値をフラッシュ・サイクルが開始されるべき予め定義された中間温度と比較するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。
【００９６】
ブロック６１０において、中間温度に到達したと決定された場合にブロック６１２は、最近の受信基板温度値ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅ（ｔ０）を基板温度レジスタ２８０に記憶するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。（望ましい場合、対応する時間値ｔ０もまた記憶してもよい。）ブロック６１２はそれから、ワークピース１０６の第１の表面１０４の熱特性、特に、照射フラッシュの開始直前のウェハ１２０の装置側１２２の温度を識別するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。本実施例において、第１の表面１０４の温度は、第１の表面１０４の温度とは異なるワークピースの第２の表面１１８の温度に応答して、識別される。特に第１の表面１０４の温度は、第２の表面１１８の温度およびワークピース１０６の温度履歴に応答して、識別される。さらに特に、ブロック６１２は、第１の表面１０４の温度を識別するために、第２の表面１１８の温度および温度履歴を使用して、参照用テーブル記憶２４６における参照用テーブル・レコードをアドレス指定するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。
【００９７】
本実施例において、参照用テーブル記憶２４６に記憶された参照用テーブルは、熱モデリング・ルーチン（図示されていない）を使用して、前もって予め計算され記憶されている。熱モデリング・ルーチンは、本実施例において、米国、マサチューセッツ州、ハーバードのハーバード・サーマル社製造のＴＡＳ熱分析システム・ソフトウェアを含む。参照用テーブルを作成するために、ＴＡＳルーチンは、本実施例において、熱特性（例えば、熱伝導率、熱容量、放射率）およびワークピース１０６の物理的特性（例えば、厚さ）を含む入力データを提供され、また、温度履歴値ＴＨｉｓｔｏｒｙの例示的組を提供される。温度履歴値は、上記のように、温度と時間データポイントの組［ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅ（ｔ），ｔ］として提供される。本実施例において、ＴＡＳルーチンに最初に供給される放射率値は、ワークピースを加熱して冷まし、ワークピースが冷めるにつれその温度を測定することにより、最初は経験的に獲得される。冷却の速度はＴＡＳルーチンをもって分析され、パラメトリック適合（放射率をパラメータとして有する）が、放射エネルギの損失を温度の関数として決定するために実行される。これから、ワークピースの放射率が得られる。あるいは、ワークピースの放射率は、他の方法で獲得あるいは予測してもよく、あるいは、前もって知られていてもよい。一旦ワークピースの放射率が獲得されると、放射率はそれから、他の入力値（熱特性およびワークピースの厚さ、および上記の例示的温度履歴値）と共に、ＴＡＳルーチンに供給される。
【００９８】
このような入力値に応答して、ＴＡＳルーチンの実行により、最終基板側温度データポイントと同じ時点における最終瞬間装置側温度ＴＤｅｖｉｃｅを表す値が作成される。温度訂正ΔＴを決定するために、対応する瞬間基板側温度ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅが同時の装置側温度ＴＤｅｖｉｃｅから減算される。温度訂正ΔＴは通常負であり、通常セ氏１度から数度の小数部のオーダである。（例えば、通常のウェハがランプ率１５０℃／秒において８００℃の中間温度に加熱された場合、ウェハの基板側のみを照射することによりΔＴ値は約−４．７°となり、これは、基板側が中間温度に達した時に装置側は基板側より約５°冷たいことを意味する。）
【００９９】
この処理はそれから、異なる各ΔＴ値を生成するために、異なる各モデル熱サイクルに対応する例示的温度履歴入力データのかなり多くの異なる順列分、繰り返される。例えば、本実施例において、ランプ率（記憶された温度履歴値におけるＴＳｕｂｓｔｒａｔｅ（ｔ）の増加率に対応する）が５０℃／秒から４００℃／秒の範囲で、最終瞬間基板温度ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅが６００℃から１４５０℃の範囲で、ウェハの厚さが０．５から１．０ｍｍの範囲の入力データの順列が参照用テーブルを作成するために使用される。対応する温度訂正ΔＴを、このような範囲における値のどんな順列に対してもすばやく獲得することができるようにするためである。あるいは、他の範囲の入力データを代わりに使用してもよい。
【０１００】
従って、本実施例において、参照用テーブル記憶２４６に記憶された参照用テーブルは、４つの列（図示されていない）を有する。第１の列は平均ランプ率のためであり、第２の列は加熱フラッシュの直前の最終瞬間基板側温度ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅ（ｔ０）のためであり、第３の列はワークピースの厚さのためであり、そして第４の列は、対応する同時装置側温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）を生成するために最終瞬間基板側温度ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅ（ｔ０）に加算される、装置側温度訂正ΔＴのためである。（あるいは、望ましい場合、列は、装置側温度を生成するために基板側温度に加算される温度訂正ではなく、対応する同時装置側温度そのもののために提供されてもよい。）
【０１０１】
予め計算された参照用テーブルを動作において使用するために、従って、ブロック６１２は、温度履歴記憶２４４に記憶された基板温度と時間値のペア［ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅ（ｔ），ｔ］を分析し、（例えば、平均ランプ率を、ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅ（ｔ）対それぞれｙ軸およびｘ軸におけるｔのプロットの線形最適カーブの傾斜に等しく設定することによって）ウェハの基板側１２４が中間温度に加熱された平均率を表す平均ランプ率を計算するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。ブロック６１２は、平均ランプ率をランプ率レジスタ２８２に一時的に記憶するよう、プロセッサ回路に指示する。ブロック６１２はそれから、ランプ率レジスタ２８２に記憶された平均ランプ率、基板温度レジスタ２８０に記憶された基板温度値ＴＳＵＢＳＴＲＡＴＥ（ｔ０）、およびワークピースの厚さを使用して、参照用テーブルをアドレス指定し、参照用テーブルの最初の３つの列において一致する値を有する対応項目あるいはレコードを見つけ出すよう、プロセッサ回路に指示する。（ワークピースの厚さは、温度監視および制御ルーチン２２６の特定のパラメータとしてもよく、あるいは望ましい場合にはシステム１００のユーザによって特定され、メモリ装置２６０内の図示されていない個別のレジスタに記憶されてもよい。）このような一致するレコードを見つけ出すと、ブロック６１２は、対応する温度訂正値ΔＴを見つけ出されたレコードの第４の列から読み出すよう、プロセッサ回路１１０に指示する。ブロック６１２は、見つけ出されたΔＴ値（本実施例においては、通常負である）を基板温度レジスタ２８０に記憶された最終基板側温度ＴＳＵＢＳＴＲＡＴＥ（ｔ０）に加算し、対応する同時瞬間装置側温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）を生成するよう、プロセッサ回路に指示する。プロセッサ回路は、この値を装置側温度レジスタ２８４に記憶するよう指示される。
【０１０２】
ブロック６１４はそれから、瞬間装置側温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）を超高速ラジオメータ４００に送信するようプロセッサ回路１００に指示する。ブロック６１４はまた、予熱サイクルを終了するためにアーク灯１５２を消し、同時にウェハ１２０の装置側１２２を望ましいアニーリング温度に速く加熱するため、照射フラッシュを生成し始めるように照射システム１８０に信号を送るよう、プロセッサ回路１１０に指示する。
【０１０３】
（代替的実施例として、望ましい場合プロセッサ回路は、フラッシュのために閃光灯を準備するために、中間温度に達する前の何分の１秒、閃光灯１８２に低電流を供給し始めるように、照射システム１８０を制御するように指示されてもよい。しかし、このような方法は、片側照射予熱と比較して、参照用テーブルに記憶されたΔＴ値の大きさを減少させる傾向があり、従って、参照用テーブル値は、この代替的方法に適応するよう調整されなければならない。）
【０１０４】
温度監視および制御ルーチン２２６は、それから効果的に終了し、この後装置側温度監視およびフラッシュ強度は、以下に説明されるように、リアルタイム装置側温度ルーチン４２０の指示の下に高速ラジオメータ４００によって制御される。しかし、本実施例において、上記のブロック６０６の指示の下にプロセッサ回路１１０が基板温度値を連続して受信し記憶することは、その後も予め定義された時間の間続き、ウェハが冷却するにつれ、フラッシュ・サイクルの間そしてそれに続き、連続する基板温度値を生成し記憶する。
【０１０５】
半球反射率ルーチン
図１、図２、および図７を参照すると、半球反射率ルーチンは、図７における２２４に示されている。一般に、半球反射率ルーチン２２４は、ワークピース１０６の第２の表面１１８の半球反射率を測定するため、測定装置１１７、特に診断照明源１６０と共に動作するよう、ＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０を構成する。このような半球反射率値はそれから、高速ラジオメータ１６４に効果的に通信され、高速ラジオメータ１６４はこれらの値を使用して、ウェハ１２０の基板側１２４の反射率補償温度測定を作成する。
【０１０６】
半球反射率ルーチンの最初のステップは、図５に示される標準比ルーチン２２２に関して上に説明した最初のステップにいくらか類似している。しかし、半球反射率ルーチンの実行に先立ち、標準比ルーチンに関して上に説明した標準は、チャンバ１３０から取り除かれ半導体ウェハ１２０に置き換えられる。ウェハがその場所に収まると、図６に示される温度監視および制御ルーチン２２６が実行され、ウェハが一旦、１４５０ｎｍ診断波長における照射に対して不伝導になるのに十分な高温に達すると、上記のブロック６０４において開始する半球反射率ルーチンの実行という結果となる。
【０１０７】
本実施例において、半球反射率ルーチン２２４は、コードの第１のブロック７００から開始する。第１のブロック７００は、標準比ルーチンのブロック５００に関して上に説明した方法に類似した方法により、ウェハおよび参照ピースが診断照明源１６０によって照らされている間、ウェハ１２０の基板側１２４および参照ピース１４２のイメージを効果的に得るようにプロセッサ回路１１０に指示する。しかし、ウェハが今や約７００℃を越え熱いため、診断照明フラッシュの間にイメージング装置１６２によって得られたイメージは、診断照明源によって生成された放射の反射だけでなく、ウェハおよび参照ピースによって熱的に放射された放射をも含むであろう。従って、ワークピースの半球反射率を測定する目的のために、このような熱放射の影響を無視することができることは望ましい。このことは、多くの方法で達成することができる。例えば、診断照明源は、ワークピースからの熱放射が反射されたフラッシュと比較して無視してよいものとなるように、十分に強力な診断フラッシュを生成してもよい。本実施例において、しかし、ブロック７００は、ワークピースおよび参照ピースの３つのイメージの組を効果的に得るよう同期モジュール２０２に信号を送るため、プロセッサ回路に指示する。第１のイメージは診断照明フラッシュが開始する直前に獲得され、第２のイメージは診断照明フラッシュがウェハ１２０および参照ピース１４２を最大強度で照らしている間に獲得され、第３のイメージは診断照明フラッシュが終了した直後に獲得される。従って、第１のイメージおよび第３のイメージは事実上熱放射強度イメージであり、第２のイメージは熱放射強度と反射された診断照明フラッシュの強度を加算したものを表す。一旦このような３つのイメージの組が、デジタル・フレーム・グラバ・カード２００を介してプロセッサ回路１１０によって受信されると、プロセッサ回路は、イメージング装置のフォトダイオード・アレイにおける各フォトダイオードに対して、診断照明源がついていない間に獲得された第１および第３のイメージにおける、そのフォトダイオードに対するデータ値の平均を計算するよう指示される。この平均値は、第２のイメージが獲得された時間において、ウェハの（あるいは、場合によっては参照ピースの）対応する位置が熱的に放射した熱放射の強度の近似値を表す。従って、この平均値は、第２のイメージにおけるそのフォトダイオードに対する強度値から減算され、どんな熱放射コンポーネントも含まず診断照明フラッシュの反射された強度のみを表す、ウェハ１２０および参照ピース１４２の訂正された反射性イメージを生成する。
【０１０８】
ブロック７１０はそれから、標準比ルーチンのブロック５１０に関して説明した方法に類似した方法で、比率を計算するようプロセッサ回路１１０に指示する。この点に関して、参照ピース上の診断フラッシュ投射の強度はＩ０であり、従って、ワークピース１０６上の診断フラッシュ投射の強度はαＩ０であり、ここで、αはブロック５１０に関して言及したのと同じ定数であり、システム１００のジオメトリによって決定されることが思い出されるであろう。従って、参照ピース１４２は強度Ｉ０ＲＲＥＦで診断フラッシュを反射し、ここでＲＲＥＦは参照ピースの反射性であり、同様に、この場合はウェハ１２０であるワークピース１０６は強度αＩ０ＲＷＡＦで診断フラッシュを反射する。イメージング装置、特に、インジウムヒ化ガリウム・フォトダイオード・アレイのワークピース１０６の中央領域１７０に対応する個々のフォトダイオードによって、そして参照ピース１４２に対応するフォトダイオードによって生成された、訂正された反射性イメージのデータ値は、ワークピース（この場合ウェハ）によって反射された強度の参照ピースによって反射された強度に対する比、つまり、ＲＡＴＩＯＷＡＦ＝αＩ０ＲＷＡＦ／Ｉ０ＲＲＥＦ＝αＲＷＡＦ／ＲＲＥＦ、を計算し記憶するために使用される。結果としての比率値はそれから、ワークピース比レジスタ２７０に記憶される。
【０１０９】
ブロック７１０はそれから、ウェハ１２０の方向反射率ＲＷＡＦを識別するようプロセッサ回路に指示する。この点に関して、ＲａｔｉｏＷＡＦ／ＲａｔｉｏＳＴＤ＝ＲＷＡＦ／ＲＳＴＤであるので、ウェハの方向反射率ＲＷＡＦはそれから記憶された比（つまり、それぞれ標準比レジスタ２６６およびワークピース比レジスタ２７０の内容ＲＡＴＩＯＳＴＤおよびＲＡＴＩＯＷＡＦ）、および、標準の既知の反射率（つまり、標準反射率記憶２６４の内容）から解かれる。つまりＲＷＡＦ＝ＲａｔｉｏＷＡＦＲＳＴＤ／ＲａｔｉｏＳＴＤである。ブロック７１０は、ワークピースの方向反射率ＲＷＡＦを方向反射率レジスタ２７２に記憶するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。
【０１１０】
ブロック７２０は、それから散乱補正を生成し、その散乱補正を方向反射率ＲＷＡＦに適用してウェハ１２０の基板側１２４の半球反射率を得るよう、プロセッサ回路１１０に指示する。
【０１１１】
この点に関して、散乱補正は、システム１００のジオメトリおよびウェハ１２０の基板側１２４の性質から、決定あるいは予め決定してもよい。基板側１２４は通常完全な鏡の反射体ではないという事実により、角度Θにおける基板側上の放射投射は、角度Θにおいて完全には反射されず、むしろ角度Θ±ΔΘより大きい角度で反射される。ここでΔΘは、鏡による反射と実際の反射との間の差である。
【０１１２】
本実施例において、基板側１２４の重要な主要領域は中央領域１７０であり、中央領域１７０は、イメージング装置１６２のダイオードの組Γ上にマップされるであろう。しかし、散乱のため、中央領域１７０からの反射された診断フラッシュは、通常、ウェハ１２０のより大きな周辺中央領域１７２に対応する、ダイオードのいくらかより大きい組Π上にマップされるであろう。この、より大きい周辺中央領域１７２に対応するダイオードΠのそれぞれに対して、診断照明源１６０およびイメージング装置１６２の相対的角度を含むシステム１００の既知のジオメトリから、特有のΔΘが計算される。これらのダイオードのそれぞれに対するこのようなΔΘ値は、標準散乱理論を適用することによって獲得することができる。
【０１１３】
例えば、ウェハ１２０の基板側１２４の照らされたイメージが、診断照明源１６０およびイメージング装置１６２を使用して得られた場合（例えば、上記のブロック７００に関連して記述したような訂正された反射性イメージのように）、ダイオードΠのｉ番目のダイオードに対するΔΘ値は、以下のように計算してもよい。
【数１】
ここでｄｉは、“ウェハ単位”（つまり、実際のウェハ１２０の寸法）において測定された、イメージ内の最も明るいダイオードからｉ番目のダイオードまでの距離であり、ｒはウェハからイメージング装置１６２の実質的中央への距離である。ｄｉを正しく計算するために、イメージの大きさは、イメージ領域の正しいｘおよびｙサイズに目盛調整されなければならない。従って、このようなΔΘ値は、望ましい場合には予め計算して記憶しておいてもよく、あるいは、半球反射率ルーチンのブロック７２０の指示の下に、プロセッサ回路１１０によって作成されてもよい。いずれの場合も、本実施例においてΔΘ値は、散乱値レジスタ２７４に一時的に記憶される。
【０１１４】
ブロック７２０は、ΔΘ値およびブロック７００において上で得られた訂正反射性イメージに応答して散乱補正を生成するよう、プロセッサ回路に指示する。特に、ｉ番目のダイオードに対応する訂正反射強度データ値がＩｉで表される場合、ブロック７２０は、以下のように散乱補正Ｓを計算するようプロセッサ回路１１０に指示する。
【数２】
【０１１５】
上記の散乱補正は、弱い散乱に対する経験的相関関係である。あるいは、他の型の散乱補正を代わりに使用してもよい。このような代替案は、ウェハ１２０の代わりに他の型のウェハあるいはワークピースが使用される場合に、特に望ましい場合がある。
【０１１６】
散乱補正Ｓはそれから、散乱補正レジスタ２７６に記憶される。ブロック７２０はさらに、散乱補正を方向反射率ＲＷＡＦに適用して、ウェハ１２０の基板側１２４の半球反射率ＲＨを得るよう、プロセッサ回路１１０に指示する。ここで、ＲＨ＝ＳＲＷＡＦである。ブロック７２０は、半球反射率ＲＨを半球反射率レジスタ２７８に記憶するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。
【０１１７】
ブロック７３０はそれから、以下に基板温度ルーチン３１８に関して説明するように、ウェハ１２０の基板側１２４の放射率補償温度測定を作成するのに使用するために、半球反射率値ＲＨを高速ラジオメータ１６４に送信するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。しかし、毎ミリ秒新しい基板温度値を生成する、高速ラジオメータ１６４の比較的高速のサンプリングレートにも関わらず、半球反射率ルーチン２２４は、プロセッサ回路１１０に、このような高速において半球反射率値を更新させる必要はない。この点において、放射率（従って反射率）は、温度が変化しても僅かしか変化しないことが理解されるであろう。従って、特定の応用の要求される正確度によって、連続する半球反射率値間の間隔が、高速ラジオメータによって作成された連続する温度値間の間隔よりかなり長いことで十分である。従って、いくつかの応用に対しては、例えば１０Ｈｚの率であっても、あるいは１Ｈｚの率であっても、半球反射率値を更新することで十分であるかもしれない。
【０１１８】
従って、ブロック７３０の実行に続いてブロック７４０は、熱サイクルが終了したかどうか決定するよう、プロセッサ回路１１０に指示し、まだ終了していない場合、プロセッサ回路は、例えば１００ｍｓあるいは１ｓのような受け入れ可能なリフレッシング間隔を待つように指示され、それから、上記のように新しい半球反射率値を生成するために、ブロック７００から７３０に戻るように指示される。このような処理は、熱サイクルが終了し、ウェハが閾値（本実施例においては、約７００℃）よりも低い温度に再び冷え、従って１４５０ｎｍ診断波長に対し不伝導でなくなるまで続く。
【０１１９】
基板温度ルーチン
図１、図３、および図８を参照すると、基板温度ルーチンが図８における３１８に示されている。一般に、基板温度ルーチン３１８は、ワークピース１０６の第２の表面１１８の温度を識別するように、高速ラジオメータ１６４のプロセッサ回路１１４を構成する。特に、プロセッサ回路１１４は、第２の表面の半球反射率および第２の表面によって熱的に放射される放射に応答して、第２の表面１１８の温度を識別するよう構成されている。
【０１２０】
基板温度ルーチンはコードの第１のブロック８００から開始し、第１のブロック８００は、半球反射率ルーチンに関して上で説明したように、プロセッサ回路１１０からの最初の半球反射率値ＲＨの受信を待つよう、プロセッサ回路１１４に指示する。
【０１２１】
この最初の半球反射率値の受信に続いて、ブロック８０２は、受信したＲＨ値を半球反射率レジスタ３２０に記憶するよう、プロセッサ回路１１４に指示する。
【０１２２】
ブロック８０４は、それからウェハ１２０の基板側１２４によって熱的に放射される放射の強度を測定するよう、プロセッサ回路１１４に指示する。特に、１４５０ｎｍ診断波長において、ブロック８０４は、基板側１２４の中央領域１７０によって熱的に放射される放射の強度ＩＴＨＥＲＭＡＬ（ｔ）を測定するよう、プロセッサ回路１１４に指示する。散乱の目的のために上で作成されたイメージとは異なり、この測定は、基板側１２４が診断フラッシュによって照らされていない時に実行されるように、従って、ラジオメータ１６４によって検出される唯一の放射が熱せられたウェハ１２０によって熱的に放射される放射であるように、同期がとられる。（水冷窓１５６の動作により、予熱装置１５０によって作成された放射は診断波長における波長を含まず、従って、予熱装置１５０がウェハ１２０を活発に照射している場合であっても、このような照射のどんな反射もラジオメータ１６４によって検出されないことが思い出されるであろう。）このことを達成するために、プロセッサ回路１１４は、ネットワーク２９２から受信した同期信号が診断照明源１６０が現在フラッシュしていると示さない限り、フォトダイオード３０６の増幅された出力の２０ビットのサンプルを表すＡ／Ｄ変換器３１０から受信された信号を監視するように指示される。同期信号が、診断照明源１６０が現在フラッシュしていると示す場合、このような熱的に放射される放射の測定は、診断照明源が切られるまで遅延される。
【０１２３】
ブロック８０６はそれから、ブロック８０４で測定された熱放射強度値およびプロセッサ回路１１０から受信した半球反射率値に応答して、ウェハ１２０の基板側１２４の温度を識別するよう、プロセッサ回路１１４に指示する。特に、測定された熱放射強度値ＩＴＨＥＲＭＡＬ（ｔ）は、以下のように、ウェハ１２０の基板側１２４の中央領域１７０の瞬間温度を計算するために使用される。
【数３】
ここで、
ＴＳＵＢＳＴＲＡＴＥ（ｔ）＝時間ｔにおける基板側１２４の中央領域１７０における瞬間温度である。
ＩＴＨＥＲＭＡＬ（ｔ）＝時間ｔにおける基板側１２４の中央領域１７０において熱的に放射される放射の測定された強度である。
εＨ＝診断フラッシュの方向への基板側１２４の放射率であり、κ（１−ＲＨ）と等しい。ここで、
ＲＨは、上記のように、基板側の半球反射率である。（ウェハはこのルーチンが実行されている全ての温度において、診断波長に対して不伝導であり、従って、透過率はゼロであり、半球反射性値から放射率を得るにあたり無視することができることが思い出されるであろう。）そして、
κは、高速ラジオメータとイメージング装置との間のチャンバ返しにおける差分を表すシステム定数である。理想的システムに対してはκ＝１であるが、ワークピースが３００ｎｍの直径の研磨シリコン・ウェハを含み、測定装置がここに記述されるような装置である本実施例においては、
【数４】
である。
λ＝ＩＴＨＥＲＭＡＬ（ｔ）が測定された診断波長である。（本実施例においては、λ＝１４５０ｎｍである。）
Δλ＝高速ラジオメータ１６４の通過幅である。（本実施例においては、±１５ｎｍである。）および、
ｃ、ｈ、ｋ、ｅ＝それぞれ、光速、プランク定数、ボルツマン定数、オイラー数である。
【０１２４】
ブロック８０６は、基板側温度値ＴＳＵＢＳＴＲＡＴＥ（ｔ）をＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０に送信し、上記に説明したように温度履歴記憶２４４に記憶するよう、プロセッサ回路１１４に指示する。
【０１２５】
ブロック８０８はそれから、ネットワーク２９２を介してプロセッサ回路１１０から新しい半球反射率値を受信しているかどうか決定するよう、プロセッサ回路１１４に指示して、受信している場合にプロセッサ回路は、新しい反射率値を半球反射率レジスタ３２０に記憶し新しく受信した反射性値を使用して基板温度値の獲得を継続するために、ブロック８０２に戻るよう指示される。新しい反射性値を受信していない場合にブロック８１０は、熱サイクルが終了したかどうかを決定するよう、プロセッサ回路１１４に指示し、終了していない場合にプロセッサ回路は、先に受信され記憶された半球反射率値を使用して基板温度値の獲得を継続するため、ブロック８０４に戻るように指示される。ブロック８０８において新しい半球反射率値が受信されているかどうかに関わり無く、本実施例において、ブロック８０６は、新しい基板温度値を獲得し送信するため、プロセッサ回路１１４によって毎ミリ秒一回再実行される。従って、プロセッサ回路１１４は、連続する各時間におけるワークピース１０６の第２の表面１１８の温度の連続する値を繰り返し識別し、このような値をプロセッサ回路１１０に送信するよう構成されている。プロセッサ回路１１０は、これらの値を記憶し、ワークピースの温度履歴を生成する。このような基板温度測定は、熱処理サイクル（予熱サイクル、フラッシュ・サイクルおよびそれに続く冷却段階を含む）が終了し、ウェハが１４５０ｎｍ診断波長に対してもはや不伝導ではない十分に低い温度に冷える後まで続く。
【０１２６】
リアルタイム装置側温度監視および制御ルーチン
図１、図４、および図９を参照すると、リアルタイム装置側温度ルーチンが図９における４２０において示されている。一般に、このルーチンは、第１の表面１０４から熱的に放射される放射の現在の強度および各先の時間における第１の表面の少なくとも１つの先の熱特性に応答して、ワークピース１０６の第１の表面１０４の現在の温度（本実施例においては、ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ））を識別するよう、超高速ラジオメータ４００のプロセッサ回路１０８を構成する。特に、本実施例において少なくとも１つの先の熱特性は、第１の表面１０４の先の温度、および、第１の表面が先の温度であった時に第１の表面から熱的に放射された放射の先の強度を含む。さらに特に、本実施例において、少なくとも１つの先の熱特性は、照射フラッシュの開始直前のウェハ１２０の装置側１２２の先の温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）、および、これに対応する照射フラッシュの開始直前の装置側からの熱放射の先の強度ＩＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）を含む。
【０１２７】
本実施例において、プロセッサ回路１０８は、フラッシュの持続時間に比較した速い率において、照射フラッシュの間にこのような現在の温度値ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）を識別するように指示される。従って、本実施例において、Ａ／Ｄ変換器４１２は、１ＭＨｚの率においてフォトダイオード４０６からの増幅された信号をサンプリングするため、１０００までの連続する温度値を１ミリ秒のフラッシュの間に作成することができ、例えば、各連続する温度値は、フラッシュの間の次の連続する１マイクロ秒の間隔において、装置側の温度を表す。このようなリアルタイム温度値は、望ましい場合、フラッシュ自身のフィードバック制御のために使用してもよい。あるいは、これらのリアルタイム温度値がフラッシュのフィードバック制御のために使用されない場合であっても、これらは、システムのユーザがウェハ処理における何らかの重要な不整合を検出できるようにするため、フラッシュが完了した後の分析にとって有用であろう。
【０１２８】
リアルタイム装置側温度ルーチン４２０は、コードの第１のブロック９００から開始し、ブロック９００は、時間における連続する瞬間において、ウェハ１２の装置側１２２の中央領域１７０によって熱的に放射される放射の強度を表し、熱強度値ＩＤＥＶＩＣＥ（ｔ）を連続的に測定し記憶するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。また本実施例において、Ａ／Ｄ変換器は１ＭＨｚにおいてフォトダイオード４０６からの増幅された信号をサンプリングするため、望ましい場合、１００万までのこのような値を毎秒記憶することができる。プロセッサ回路１０８は、このような熱強度値およびこれらの対応する時間を装置側熱放射強度記憶４３０に記憶するように指示される。
【０１２９】
ブロック９１０は、ＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０から最初の装置側温度値ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）を受信し、受信した値を最初の装置側温度レジスタ４３２に記憶するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。図６を再び参照すると、この値ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）は、照射システムによって生成された加熱フラッシュの開始直前の装置側温度を表し、フラッシュ・サイクルの開始とほぼ同時にプロセッサ回路１０８に送信されることが思い出されるであろう。最初の装置側温度値ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）の受信および記憶にあたり、ブロック９１０はまた、対応する同時装置側熱放射強度値ＩＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）を最初の装置側熱強度レジスタ４３４に記憶するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。
【０１３０】
従って、これらの最初の温度および強度値がプロセッサ回路１０８によって記憶されるのとほぼ同時に、照射システムはフラッシュ・サイクルを開始し、ウェハ１２０の装置側１２２を１ミリ秒のオーダの持続時間を有する高エネルギのフラッシュにさらして、これにより装置側１２２に近接する浅い層のみが最終アニーリング温度にまで加熱される一方、ウェハ１２０の大部分が中間温度に近い温度に保たれるように、ウェハにおける熱伝導率よりかなり速い率でウェハの装置側１２２を急速に加熱する。
【０１３１】
ブロック９２０および９３０はそれから、フラッシュ・サイクルの間の次の連続する瞬間（本実施例においては、次の連続する１マイクロ秒間隔）において装置側１２４の温度を測定するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。
【０１３２】
このことを達成するために、ブロック９２０は、ウェハ１２０の装置側１２２の中央領域１７０によって熱的に放射される放射の強度を表す、リアルタイム強度値ＩＤＥＶＩＣＥ（ｔ）を測定し記憶するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。このことを達成するために、プロセッサ回路１０８は、Ａ／Ｄ変換器４１２からフォトダイオード４０６からの増幅された信号である１６ビットのサンプルを受信し、上記のように、それを装置側熱放射強度記憶４３０に記憶する。（適用可能な場合、同時に実行している動的目盛調整ルーチン４２２は、内部参照装置４５０から受信した信号に基づき、記憶に先立ち受信したサンプル値を調整するよう、プロセッサ回路１０８に指示してもよい。）
【０１３３】
ブロック９３０は、それから、装置側の先の熱特性に応答して、装置側１２２の中央領域１７０の現在のリアルタイム温度を識別するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。特に、ブロック９３０は、以下のように現在のリアルタイム装置側温度を計算するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。
【数５】
ここで、
ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）＝ワークピースの中央領域１７０における装置側１２２のリアルタイム温度である。
ＩＤｅｖｉｃｅ（ｔ）＝ワークピースの中央領域１７０における装置側１２２からの熱放射強度の、超高速ラジオメータ４００によって作成されたリアルタイム測定値である。
ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）＝照射システム１８０によって生成される加熱フラッシュの開始直前の、中央領域１７０における装置側１２２の瞬間温度である。
ＩＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）＝加熱フラッシュの開始直前の、中央領域１７０における装置側１２２からの熱放射の瞬間強度である。
残りの変数および定数は、上に定義したものと同様である。
【０１３４】
ブロック９３０における上記の計算において、装置側１２２の放射率は、フラッシュ・サイクルの間一定に保たれると想定される。この想定は完全に正確なわけではないけれども、類似するウェハの放射率は、類似する熱サイクルを受けた場合同様に変化するであろう。従って、一定の放射率を想定することで、最高アニーリング温度の近くにおける装置側温度測定においてわずかな測定誤差を生むとしても、このような誤差は、類似するサイクルにおける類似するウェハに対しても一貫して再生されるものである。従って、このような誤差のいずれも、結果としての熱サイクルの再生産性に影響を与えるものではない。
【０１３５】
本実施例において、ブロック９２０および９３０の実行は、照射システム１８０によって照射フラッシュが生成されている間、かなりの回数繰り返される。特に、本実施例において、照射フラッシュは１ミリ秒のオーダの持続時間を有し、ブロック９２０および９３０は毎マイクロ秒に１回繰り返され、それにより、１ミリ秒のフラッシュ・サイクルの間に１０００個の連続するリアルタイム装置側温度値を生成する。従って、本実施例において、リアルタイム装置側温度ルーチンは、第１の表面が照射されている間、特に、第１の表面がワークピースの熱伝導時間より短い持続時間を有する照射フラッシュにさらされている間、第１の表面によって熱的に放射される現在の放射の強度の連続する各値に応答して、第１の表面１０４の現在の温度の連続する値を繰り返し識別するようにプロセッサ回路１０８を構成する。
【０１３６】
望ましい場合、リアルタイム装置側温度ルーチン４２０は、リアルタイム温度値に応答して、照射システムによって生成される照射フラッシュの電力を制御するよう、超高速ラジオメータ４００のプロセッサ回路１０８に指示するための命令コードを含んでもよい。
【０１３７】
例えば、本実施例において、リアルタイム装置側温度ルーチン４２０はコードのさらなるブロック９４０を含み、ブロック９４０は、照射フラッシュの電力を制御するため、照射システム１８０に供給される電力を制御するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。特に、本実施例において、ブロック９４０は、少なくとも１つの予め定義された条件が満たされたかどうかを決定するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。さらに特に、ブロック９４０は、最近得たリアルタイム装置側温度値ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）がフラッシュの間の装置側１２２の予め定義された最大の望ましい温度以上であるかどうかを決定するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。そうである場合、ブロック９４０は、電力制御システムから閃光灯１８２への電力のパルス付放電の残りを直ちに中止するため、照射システム１８０の電力制御システム１８８に信号を送るよう、プロセッサ回路１０８に指示する。
【０１３８】
例えば、図１０を参照すると、本発明の１つの実施例による電力制御システム１８８の電力制御回路が、９６０において概略的に示されている。照射フラッシュを生成するために閃光灯１８２に供給される蓄積された電荷は、大容量コンデンサ・バンクに蓄積され、コンデンサ・バンクは図示しやすくするために、図１０においては単一のコンデンサ９６２によって記号化されている。スイッチ９６４および誘導器９６６は、コンデンサの１つのプレートと閃光灯１８２の１つの電極との間に直列に置かれ、閃光灯の他の電極はコンデンサの他のプレートに接続している。実施例において、フラッシュの閉ループ・フィードバック制御は必要ではなく、スイッチ９６４はその導電状態からその開いた状態、つまり非導電状態に容易に戻される必要はない。従って、このような実施例において、フラッシュの間の期待される電流放電より小さい保持電流を有するシリコン制御整流器をスイッチ９６４として使用してもよい。あるいは、しかし、フィードバック制御がこのような回路に望ましい場合にスイッチ９６４は、スイッチがコンデンサ９６２からの大きな期待される放電電流を導電する過程において、その導電状態からその非導電状態に容易に戻される型のスイッチを含むことが望ましい。このような実施例において、ブロック９４０におけるプロセッサ回路１０８が、装置側温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）が予め定義された最大の望ましい温度以上であると決定した場合に、プロセッサ回路１０８は、コンデンサ９６２からの電気放電を中止するため、スイッチ９６４を開くように指示される。
【０１３９】
同様に、望ましい場合には、ブロック９４０が、リアルタイム装置側温度値ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）を、フラッシュ・サイクルの間の同じ時間ｔに対する期待されあるいは予測される装置側温度と周期的に比較するよう、プロセッサ回路１０８に指示してもよく、実際と期待される装置側温度との間のどんな不一致をも最小にするために、電力制御システム１８８によって閃光灯１８２に供給される電力を増加あるいは減少させてもよい。
【実施例２】
【０１４０】
例えば、図１１を参照すると、本発明の第２の実施例による電力制御システム１８８の電力制御回路が９７０に概略的に示されている。照射フラッシュを生成するために放電されるコンデンサ・バンクはまた、図示しやすくするために、単一のコンデンサ９６２として記号的に示されている。コンデンサ９６２の１つのプレートを閃光灯の１つの電極に接続している第１の電気経路９７２に沿って、スイッチ９７４と誘電器９７６がその中間に直列に置かれている。第２の電気経路９７８は、コンデンサの他のプレートを閃光灯の他の電極に接続している。直列の抵抗器９８０および第２のスイッチ９８２は、第１の電気経路９７２と第２の電気経路９７８との間に接続され、抵抗器は第１のスイッチ９７４と誘電器９７６との間のポイント９８４において第１の電気経路９７２に接続し、第２のスイッチ９８６はポイント９８６において第２の電気経路９７８に接続している。第２のスイッチ９８２は、例えばシリコン制御整流器のようなゲート制御スイッチを含んでもよい。さらに一般的には、任意の適する型のスイッチをスイッチ９７４および９８２として使用してもよい。第１のスイッチ９７４が、フラッシュを開始するためにＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０によって最初に閉じられる時、第２のスイッチ９８２は開いたままである。ブロック９４０において、超高速ラジオメータ４００のプロセッサ回路１０８が、装置側温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）がフラッシュの間の所定の時点における望ましい温度より高いと決定した場合には、ブロック９４０は、ゲート信号を第２のスイッチ９８２のゲートに適用して第２のスイッチを閉じ、コンデンサ９６２によって放電される電流のいくらかの部分が抵抗器９８０を通って流れるよう、プロセッサ回路１０８に指示し、これにより、コンデンサ９６２によって閃光灯１８２に供給される電流を減少させる。
【実施例３】
【０１４１】
同様に図１２を参照すると、本発明の第３の実施例による電力制御システム１８８の電力制御回路が、９９０において概略的に示されている。照射フラッシュを生成するために放電されるコンデンサ・バンクは、ここでも図示しやすくするため単一のコンデンサ９６２として記号的に示されている。コンデンサ９６２の第１のプレートを、閃光灯１８２の第１の電極に接続している第１の電気経路９９１に沿って、第１のスイッチ９９２、第１の誘電器９９３、および第２のスイッチ９９５と並列の第２の誘電器９９４が、その間に直列に置かれている。この点に関して第２のスイッチ９９５は、第１の電気経路９９１の電気副経路９９６に沿って、その間に置かれている。電気副経路９９６の１つの端は、第１の誘電器９９３と第２の誘電器９９４との間に置かれたポイント９９７に接続している。電気副経路９９６のもう１つの端は、第２の誘電器９９４と閃光灯１８２の第１のプレートとの間に置かれたポイント９９８に接続している。第２のスイッチ９９５は、例えばシリコン制御整流器のようなゲート制御スイッチを含んでもよい。さらに一般的には、任意の適当な型のスイッチを、スイッチ９９２および９９５として使用してもよい。第２の電気経路９９９は、コンデンサ９６２の第２のプレートを閃光灯１８２の第２の電極に接続している。第１のスイッチ９９２が、フラッシュを開始するためにＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０によって最初に閉じられる場合、第２のスイッチ９９５は開いたままである。ブロック９４０において超高速ラジオメータ４００のプロセッサ回路１０８が、装置側温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）がフラッシュの間の所定の時点における望ましい温度より低いと決定した場合、ブロック９４０は、ゲート信号を第２のスイッチ９９５のゲートに適用して第２のスイッチを閉じるよう、プロセッサ回路１０８に指示し、これにより、コンデンサ９６２によって閃光灯１８２に供給される電流を増加させる。
【０１４２】
本実施例において、フィードバック制御ブロック９４０が提供されているかどうかに関わらず、ブロック９５０は、熱サイクル（予熱サイクル、フラッシュ・サイクル、およびそれに続く冷却段階を含む）が終了し、ウェハが１４５０ｎｍ診断波長に対してもはや不伝導ではない十分に低い温度まで冷えたかどうかを決定するよう、プロセッサ回路に指示する。熱サイクルがまだ終了していない場合、プロセッサ回路はブロック９２０および９３０に戻るように指示され、これらのブロックは、照射フラッシュおよびその後の冷却段階の間、１マイクロ秒の間隔においてリアルタイム装置側温度を繰り返し識別し続けるために、プロセッサ回路１０８によって繰り返し再実行される。
【実施例４】
【０１４３】
さらなる例示的代替例
図１、図４、図６、図９および図１３を参照すると、本発明の第４の実施例による、温度測定およびワークピースの熱処理のためのシステムが、図１３の１０００において概略的に示されている。システム１０００は、代替的照射システム１０１０が照射システム１８０に代わって使用されていることを除き、概して図１に示されるシステム１００に類似している。
【０１４４】
本実施例において、照射システム１０１０は、１０２０に概略的に示される複数の照射源、特に、図１に示される閃光灯１８２に類似する複数のアーク灯を含む。少なくとも１つのプロセッサ回路（特に、超高速ラジオメータ４００のプロセッサ回路１０８）は、第１の表面の現在の温度が予め定義された閾値より低い場合にのみ複数の照射源の１つを起動するように構成されている。
【０１４５】
特に本実施例において、照射システム１０１０は、少なくとも２つの独立した電力制御システム１０３０および１０４０を含み、これらの各々は、図１に示される電力制御システム１８８のパルス放電電力供給装置に類似している。第１の電力制御システム１０３０は、第１、第２および第３のアーク灯１０３２、１０３４および１０３６に電力を供給し、第２の電力制御システム１０４０は、第４のアーク灯１０４２に電力を供給する。本実施例において、第１の電力制御システム１０３０は、図６に示される温度監視および制御ルーチン２２６のブロック６１６に関して上に説明したように、ＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０の指示の下に起動される。
【０１４６】
しかし、本実施例において、第２の電力制御システム１０４０は、ＲＳＣ１１２によって制御されない。むしろ、本実施例において、第２の電力制御システム１０４０は、図９に示されるリアルタイム装置側温度ルーチン４２０のブロック９４０の指示の下に、超高速ラジオメータ４００のプロセッサ回路１０８によって起動される。特に、本実施例において、ブロック９４０は、フラッシュ・サイクルの開始に続く予め定義された間隔の後に、現在の装置側温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）が予め定義された望ましい温度より低い場合にのみ、第２の電力制御システム１０４０を起動するようプロセッサ回路１０８に指示する。従って、本実施例において、第４のアーク灯に放電されるエネルギは、ウェハの装置側１２２が望ましい温度に達するよう調整される。
【０１４７】
あるいは望ましい場合には、プロセッサ回路１０８の制御の下にある閃光灯あるいは他の適当な照射源の数は、多様であってよい。
【０１４８】
より一般的に本発明の特定の実施例を記述し説明してきたが、このような実施例は本発明の説明としてのみ考慮されるべきであり、付随する請求項に従って解釈される本発明を制限するものではない。
【技術分野】
【０００１】
（関連する出願の参照）
本願の請求項は、２００１年１２月２６日出願の米国特許出願第６０／３４２，１１５号からの優先権を有し、先の出願は参照により本願に取り入れられる。
【０００２】
（本発明の分野）
本発明の態様は、温度測定のための方法およびシステムに関する。本発明のさらなる態様は、ワークピース（製作品）の熱処理のための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
（本発明の背景）
いくつかの応用においては、温度を直接測定することが難しいワークピースの温度を決定する必要がある。例えば、ワークピースが半導体ウェハである場合、ウェハの基板側の温度は、しばしば直接測定されるかもしれないが、ウェハの装置側の温度を正確に直接測定することは可能ではない。装置側における装置の一律でないパターンニングのため、装置側において場所により散乱および放射性の双方において重大な多様性が生じ、重大な温度測定エラーを招く結果となるからである。
【０００４】
過去において、このことは重大な問題とはならなかった。多くの高速熱処理サイクルは、ウェハを通しての熱伝導時間（通常１０−１５ミリ秒）と比較して遅い加熱速度あるいはランプ率において、ウェハの基板側を加熱することを含んでいたからである。装置側の所定の位置の温度が、基板側の対応する反対側の位置の温度と等しいと仮定することができるようにするためである。そして、このような仮定から生じる誤差は、当時適用可能であった性能要求（この要求は今や急速に廃れつつある）を達成する目的に対しては重要ではなかった。
【０００５】
しかし、これらの従来の技術では、現在および将来の産業の要求にかなう十分に浅い接合を製造することはできない。この困難に対処する新しい技術は、出願中の特許協力条約、出願公開番号第ＷＯ０２／４７１４３号（特許文献１）および第ＷＯ０２／４７１２３号（特許文献２）（これらは参照により本願に取り入れられる）に開示され、ウェハを通しての熱伝導率より遅いランプ率において、基板側を照射することによりウェハ全体を中間温度に予熱し、それから装置側を照射することにより、ウェハの装置側を熱伝導率よりかなり速い率で加熱することを含む。任意の例として、基板側をアーク灯で照射することにより、例えば４００℃／秒の率でウェハ全体を加熱し、例えばウェハを８００℃の中間温度に予熱してもよい。装置側はそれから、閃光灯からの、例えば１ミリ秒のフラッシュのような高輝度のフラッシュにさらされ、装置側だけを、例えば１３００℃のアニーリング温度に加熱してもよい。フラッシュの間の装置側の加熱率が速いので（１０５℃／秒のオーダ）、ウェハの大部分は中間温度に保たれ、フラッシュに続いて装置側を冷却するためのヒート・シンクとして機能する。
【０００６】
ウェハ間の性能のばらつきを最少にするために、可能な限りウェハ間の同一な処理に近づくように、各ウェハが一貫して再生可能な熱処理を受けるよう保証することが重要である。この目的のために、フラッシュの間のウェハの装置側の温度を正確に測定し、この温度測定をフラッシュの強度のフィードバック制御のために使用することが望ましい。しかし、明白なように、従来の方法は、この目的のために装置側の温度を正確に測定するには適していない。
【０００７】
従って、ワークピースの温度を測定する改良された方法、およびワークピースの熱処理の改良された方法が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】出願公開番号第ＷＯ０２／４７１４３号
【特許文献２】出願公開番号第ＷＯ０２／４７１２３号
【特許文献３】米国特許第６，３０３，４１１号
【特許文献４】出願公開番号第ＷＯ０１／５４１６６号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、本発明の第１の態様により温度測定方法を提供することにより、上記の必要性に対処する。本方法は、ワークピースの第１の表面から熱的に放射される放射の現在の強度を測定することを含む。本方法はさらに、現在の強度および各先の時間における第１の表面の少なくとも１つの先の熱特性に応答して、第１の表面の現在の温度を識別することを含む。
【００１０】
ワークピースは、半導体ウェハを含んでもよい。この場合、第１の表面はウェハの装置側を含み、第２の表面はウェハの基板側を含んでもよい。このような実施例において、識別は、装置側が照射されている間に、特に装置側がウェハの熱伝導時間より短い持続時間を有する照射フラッシュにさらされている間に、装置側の現在の温度を識別することを含んでもよい。照射フラッシュは、例えば１ミリ秒のオーダの持続時間のような、１０ミリ秒より短い持続時間を有してもよい。
【００１１】
本方法は、先の時間において、第１の表面の少なくとも１つの先の熱特性を識別することを含んでもよい。少なくとも１つの先の熱特性は、例えば、照射フラッシュの開始直前のウェハの装置側の先の温度のような、第１の表面の先の温度を含んでもよい。少なくとも１つの先の熱特性はさらに、照射フラッシュの開始直前の装置側から熱的に放射される放射の先の強度を含んでもよい。
【００１２】
従って、識別は、現在の強度、第１の表面の先の温度、および、先の時間における第１の表面から熱的に放射される放射の先の強度に応答して、第１の表面の現在の温度を識別することを含んでもよい。
【００１３】
第１の表面の先の温度は、第１の表面の先の温度は異なる、ワークピースの第２の表面の先の温度に応答して識別してもよい。この場合、第１の表面の温度は、先の第２の表面の温度およびワークピースの温度履歴に応答して識別してもよい。例えば、第２の表面の先の温度および温度履歴は、参照用テーブル・レコードをアドレス指定するのに使用してもよい。
【００１４】
本方法はさらに、先の時間において、第２の表面の先の温度を識別することを含んでもよい。例えば、第２の表面の先の温度は、第２の表面の半球反射率に応答して識別してもよい。
【００１５】
本方法はさらに、半球反射率を測定することを含んでもよい。このことは、ワークピースが置かれているシステムの他の装置の視野から第２の表面を遮るのを防ぐために、第２の表面から十分に離れて置かれた検出器において、第２の表面によって反射された放射を受け取ることを含んでもよい。同様に、このことは、第２の表面の中心から離れて置かれた検出器において、第２の表面によって反射された放射を受けることを含んでもよい。検出器の第２の表面の中心からの距離は、少なくともワークピースの最大寸法の２分の１と等しい。
【００１６】
第２の表面の半球反射率を測定することは、第２の表面の方向反射率を測定することを含んでもよく、そして方向反射率に散乱補正を適用して半球反射率を得ることを含んでもよい。本方法はさらに、散乱補正を生成することを含んでもよい。
【００１７】
第２の表面の先の温度は、第２の表面の半球反射率および第２の表面によって熱的に放射される放射に応答して識別してもよい。
【００１８】
本方法は、連続する各時間における第２の表面の先の温度の連続する値を繰り返し識別し記憶し、ワークピースの温度履歴を生成することを含んでもよい。
【００１９】
本方法はまた、第１の表面によって熱的に放射される放射の現在の強度の連続する各値に応答して、第１の表面の現在の温度の連続する値を繰り返し識別することを含んでもよい。このような値は、第１の表面が照射されている間に、特に、第１の表面がワークピースの熱伝導時間より短い持続時間を有する照射フラッシュにさらされている間に、繰り返し識別してもよい。
【００２０】
第１の表面から熱的に放射される放射の現在の強度を測定することは、第１の表面上の照射スペクトル投射が無視してよい強度を有する波長帯域における測定を含んでもよい。本方法は、第１の表面上の照射スペクトル投射からその波長帯域を除去することを含んでもよい。
【００２１】
同様に、第２の表面の方向反射率を測定することは、第２の表面上の加熱照射スペクトル投射が無視してよい強度を有する照明波長帯域における反射された強度を測定することを含んでもよい。本方法はさらに、加熱照射スペクトルからその照明波長帯域を除去することを含んでもよい。
【００２２】
本発明の他の態様により、ワークピースの熱処理方法が提供される。本方法は、例えば、本発明の先の態様に関連して記述されたような温度測定方法を含む。本方法はさらに、第１の表面の現在の温度に応答して、ワークピースの第１の表面上の照射フラッシュ投射の電力を制御することを含む。このことは、照射フラッシュを生成するよう動作可能な少なくとも１つの照射源に供給される電力を制御することを含んでもよい。電力を制御することは、第１の表面の現在の温度が予め定義された閾値より小さい場合にのみ、複数の照射源の１つを起動することを含んでもよい。
【００２３】
本発明の他の態様により、温度測定システムが提供される。本システムは、ワークピースの第１の表面から熱的に放射される放射の現在の強度を測定するよう構成された測定装置を含む。本システムはさらに、測定装置と通信する少なくとも１つのプロセッサ回路を含み、少なくとも１つのプロセッサ回路は、現在の強度および第１の表面の少なくとも１つの先の熱特性に応答して、第１の表面の現在の温度を識別するよう構成されている。
【００２４】
本システムは、例えばここに詳細に記述されるような、イメージング装置およびラジオメータのような多様な測定装置を含んでもよい。このような装置は、例えば、高速インジウムヒ化ガリウム・フォトダイオードおよび／あるいはフォトダイオード・アレイを含んでもよい。少なくとも１つのプロセッサ回路は、ここに記述される方法を実行するために、システムの多様な装置と共に動作するよう構成されていてもよい。
【００２５】
本発明の他の態様により、ワークピースの熱処理のためのシステムが提供される。本システムは、上記のような温度測定システムを含み、さらに、ワークピースの第１の表面をその上の照射フラッシュ投射にさらすよう動作可能な照射システムを含む。少なくとも１つのプロセッサ回路は、第１の表面の現在の温度に応答して照射フラッシュの電力を制御するよう構成されている。
【００２６】
本発明の他の態様により、温度測定システムが提供される。本システムは、ワークピースの第１の表面から熱的に放射される放射の現在の強度を測定するための手段を含む。本システムはさらに、現在の強度および各先の時間における第１の表面の少なくとも１つの先の熱特性に応答して、第１の表面の現在の温度を識別するための手段を含む。
【００２７】
本システムはさらに、ここに開示される多様なそれぞれの機能を実行するための手段を含んでもよい。
【００２８】
本発明の他の態様により、ワークピースの熱処理のためのシステムが提供される。本システムは、上記のような手段を含み、さらに、第１の表面の現在の温度に応答して、ワークピースの第１の表面上の照射フラッシュ投射の電力を制御するための手段を含む。
【００２９】
本発明の特定の実施例は、フラッシュが照射している間のウェハの装置側の正確な温度測定を得るための方法を提供することができる。これらの正確な温度測定は、それから、望ましい場合にはウェハ間のフラッシュとその結果のアニーリング処理との整合性を保証するために、フラッシュの電力のフィードバック制御のために使用してもよい。あるいは、このような温度測定がフィードバック制御のために使用されない場合であっても、これらは、システム“ドリフト”あるいは同一であるはずの熱処理の連続する実行の間に発生する不整合を識別するのに有用であろう。このような不整合を早い段階で識別することにより、システムのユーザは、多数のウェハを処理して、熱処理サイクルの再生制御の質が悪いためにウェハ間の有害な性能の相違が生じたのだと発見するのではなく、発生しつつある不整合を訂正することができる。
【００３０】
本発明の他の態様および特徴は、以下の本発明の特定の実施例の記述および付随する図面を参照するにあたり、この分野の技術者には明白となるであろう。
図面には、本発明の実施例が図示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施例による、温度測定およびワークピースの熱処理のためのシステムの、２つの垂直な前面側の壁を取り除いた透視図である。
【図２】図１に示されるシステムの、高速熱処理システム・コンピュータ（ＲＳＣ）、診断照明源、イメージング装置、および同期モジュールのブロック図である。
【図３】図１に示されるシステムの高速ラジオメータのブロック図である。
【図４】図１に示されるシステムの超高速ラジオメータのブロック図である。
【図５】図２に示されるＲＳＣのプロセッサ回路によって実行される標準比ルーチンの流れ図である。
【図６】図２に示されるＲＳＣのプロセッサ回路によって実行される温度監視および制御ルーチンの流れ図である。
【図７】図２に示されるプロセッサ回路によって実行される半球反射率ルーチンの流れ図である。
【図８】図３に示される高速ラジオメータのプロセッサ回路によって実行される基板温度ルーチンの流れ図である。
【図９】図４に示される超高速ラジオメータのプロセッサ回路によって実行されるリアルタイム装置側温度ルーチンの流れ図である。
【図１０】図４に示されるプロセッサ回路によって制御される閃光灯電力制御回路の回路図である。
【図１１】本発明の第２の実施例による、図４に示されるプロセッサ回路によって制御される閃光灯電力制御回路の回路図である。
【図１２】本発明の第３の実施例による、図４に示されるプロセッサ回路によって制御される閃光灯電力制御回路の回路図である。
【図１３】本発明の第４の実施例による、温度測定およびワークピースの熱処理のためのシステムの、２つの垂直な前面側の壁を取り除いた透視図である。
【実施例１】
【００３２】
図１を参照すると、本発明の第１の実施例による温度測定システムが、１００において概略的に示されている。本実施例において、システム１００は、ワークピース１０６の第１の表面１０４から熱的に放射される放射の現在の強度を測定するよう構成されている測定装置１０２を含む。システム１００はさらに、測定装置１０２と通信する少なくとも１つのプロセッサ回路を含む。少なくとも１つのプロセッサ回路は、現在の強度および各先の時間における第１の表面の少なくとも１つの先の熱特性に応答して、第１の表面１０４の現在の温度を識別するよう構成されている。
【００３３】
本実施例において、少なくとも１つのプロセッサ回路は、プロセッサ回路１０８を含む。本実施例においては、プロセッサ回路１０８は測定装置１０２のハウジング内に置かれているが、代わりに、プロセッサ回路は望ましい場合、測定装置から離れて置かれてもよい。本実施例においては、少なくとも１つのプロセッサ回路はまた、高速熱処理システム・コンピュータ（ＲＳＣ）１１２内に置かれたプロセッサ回路１１０、および付加的測定装置１１６のハウジング内に置かれたプロセッサ回路１１４を含む。また、ここに記述される多様な機能は、望ましい場合１つのプロセッサ回路によって、あるいは、局所および／あるいは遠隔プロセッサ回路の他の組合せによって実行してもよい。
【００３４】
ここに詳細に説明されるように、本実施例においては、少なくとも１つのプロセッサ回路は、先の時間における、第１の表面１０４の少なくとも１つの先の熱特性を識別するよう構成されている。特に、本実施例においては、少なくとも１つの先の熱特性は、第１の表面の先の温度を含む。このことを実現するために、本実施例においては、少なくとも１つのプロセッサ回路は、第１の表面１０４の先の温度とは異なるワークピース１０６の第２の表面１１８の先の温度に応答して、第１の表面１０４の先の温度を識別するよう構成されている（あるいは、他の実施例においては、例えばワークピースがより遅い率で予熱されている場合、第２の表面の先の温度は第１の表面の温度とほぼ等しい場合もある）。特に、本実施例においては、少なくとも１つのプロセッサ回路は、第２の表面１１８の先の温度およびワークピース１０６の温度履歴に応答して、第１の表面１０４の先の温度を識別するよう構成されている。本発明においては、少なくとも１つのプロセッサ回路はまた、先の時間において、第２の表面の半球反射率に応答して、第２の表面１１８の先の温度を識別するよう構成されている。
【００３５】
高速熱処理チャンバ
本実施例において、システム１００はまた、ワークピース１０６を熱処理するために使用される。本実施例において、ワークピース１０６は半導体ウェハ１２０を含む。特に、本実施例において、ウェハ１２０は、例えば、マイクロプロセッサのような半導体チップの製造において使用するための、直径３００ｍｍのシリコン半導体ウェハである。本実施例において、ワークピース１０６の第１の表面１０４は、ウェハ１２０の表側、つまり装置側１２２を含む。同様に、本実施例において、ワークピースの第２の表面１１８は、ウェハ１２０の裏側つまり基板側１２４を含む。
【００３６】
本実施例において、ウェハ１２０のこのような熱処理を実行するために、ウェハは高速熱処理チャンバ１３０内で支えられている。高速熱処理チャンバ１３０は、選択的吸収チャンバとして効果的に機能する。本実施例において、チャンバ１３０は、所有者共通の米国特許第６，３０３，４１１号（特許文献３）（参照により本願に取り入れられる）に開示されているものにいくらか類似しているが、吸収および反射領域の組合せではなく、ワークピースの上と下の双方に放射吸収領域を含んでいる。選択的放射吸収チャンバ１３０は、上部および下部の選択的放射吸収壁１３２および１３４、および側壁を含む。側壁の２つは１３６および１３８に示されているが、他の２つの壁は図面の目的上省略されている。本実施例において、側壁１３６および１３８は（および図示されていない他の側壁も同様に）、鏡反射ダイアモンド形アルミニウム表面を含むが、これらは、選択的吸収水冷窓（以下により詳細に記述する）を含む上部および下部壁１３２および１３４と共に動作し、選択された波長における放射吸収領域として効果的に機能する。
【００３７】
本実施例において、チャンバ１３０はさらに、それぞれの空洞を有する内部壁１４０を含み、空洞にはワークピース１０６および参照ピース１４２が支えられている。本実施例において、ワークピースは空洞の中で複数の水晶ピン（図示されていない）によって支えられている。望ましい場合、水晶ピンは、ワークピースを支えるために、サポート・システム（図示されていない、本発明には無関係である）と共に提供されてもよい。この方法は、本願とほぼ同時に出願された、“ワークピースの支持およびワークピースの熱処理のための方法およびシステム”と題する、発明者カム、セムペール、カルジェルシック、スチュアート、バンバルビック、およびルドルフによる、所有者共通の米国仮特許出願に記載されている方法のようなものである。
【００３８】
内部壁１４０は、特定の応用により、放射吸収性あるいは反射性であってもよく、反射表面はよりエネルギ効率がよいが、放射吸収表面はより均一な加熱を実現する結果となる。あるいは、これらの両極端の間の妥協として、例えば、陽極酸化アルミニウムのような、部分的に反射性があり部分的に吸収性の表面のような壁を備えてもよい。同様に、望ましい場合、チャンバ１３０の複数の反射表面を、全面的なあるいは部分的な放射吸収表面に置き換えてもよい。チャンバの全ての表面は、冷却システム１４４を介して冷却されることが望ましく、冷却システム１４４は本実施例においては、循環水冷システムを含む。
【００３９】
本実施例において、参照ピース１４２は、小さいダイアモンド形鏡反射アルミニウム鏡である。あるいは、参照ピースは、ウェハ１２０の材料と類似するシリコン半導体材料からできていてもよいが、この場合、参照ピース１４２は比較的均質であることが望ましく、装置側を含まない。あるいは、他の型の参照ピースを代わりに使用してもよい。
【００４０】
本実施例において、システム１００はさらに、ウェハ１２０を予熱するための予熱装置１５０を含む。本実施例において、予熱装置１５０は、チャンバ１３０の底部壁１３４の下に置かれた、高輝度アーク灯１５２および反射体システム１５４を含む。本実施例において、底部壁１３４は効果的にフィルタを含み、予熱装置１５０のアーク灯１５２および反射体システム１５４は、そのフィルタを通してウェハ１２０を加熱するための電磁放射を放出するように動作することができる。特に、本実施例において、底部壁１３４は水冷窓１５６を含む。さらに特に、本実施例において、水冷窓１５６は、その間の冷却チャネルを画定する２つの並行な間隔の空いた水晶枠を含み、この冷却チャネルを通して水が冷却システム１４４によって送り込まれる。
【００４１】
水は、１４５０ｎｍにおける赤外線放射を吸収する傾向にあり、水晶もまたより長い波長の赤外線を吸収する傾向にあるので、水冷窓１５６は、２つの主な目的を果たす。第１に、水冷窓はフィルタとして機能し、予熱装置によって生成された照射スペクトルから、診断波長における全ての放射を除去する。本実施例では、診断波長は１４５０ｎｍである。言い換えると、水冷窓は、予熱装置によって生成された放射スペクトルを（あるいはワークピースによるそれらのどんな反射も）、診断波長における放射を検出するシステム１００における全ての測定装置にとって効果的に見えなくする。第２に、水冷窓は、ウェハ１２０が熱くなるにつれ熱的に放射する赤外線放射を吸収し、それにより、このような放射がウェハ１２０に反射して返され、そこで不適当な時間に、例えば冷却段階の間に、望ましくない（また均一でない）加熱を起こすことを防ぐ。（実際において、１４５０ｎｍ診断波長においてウェハ１２０によって熱的に放射される放射の少量（例えば３％）が、上部枠を通過し水晶枠の間に画定された水冷チャネルにおいて吸収されるのではなく、偶然窓の上部水晶枠によってウェハに反射して返されることが見出されている。この後記の効果は、チャンバ・リターンと称され、望ましい場合、システム１００に使用されている多様な測定装置の目盛調整において考慮されてもよい。）
【００４２】
本実施例において、システム１００はさらに、診断照明源１６０および放射検出器を含む複数の付加的測定装置を含む。特に、本実施例において、放射検出器は第２の測定装置１１６を含み、第２の測定装置１１６は本実施例においては、高速ラジオメータ１６４を含む。同様に、放射検出器はさらに、他の測定装置１１７を含み、これは本実施例においてはイメージング装置１６２を含む。一般に本実施例において、診断照明源１６０およびイメージング装置１６２は、ワークピース１０６の第２の表面１１８および参照ピース１４２のイメージを獲得し、ワークピースの半球反射率を決定するために使用され、高速ラジオメータ１６４は、ワークピースからの熱放射を測定するために使用される。熱放射および半球反射率の測定は、以下により詳細に説明するように、ワークピースの第２の表面１１８の温度を生成するために組み合わせてもよい。
【００４３】
本実施例において、参照ピース１４２は、ワークピース１０６の面に対して僅かに傾いており、診断照明源１６０およびイメージング装置１６２は、参照ピースおよびワークピースの双方が診断照明源からの投射照射を、イメージング装置１６２に向けて、最大反射強度の角度において反射するように、角度がつけられている。望ましい場合、診断照明源１６０、イメージング装置１６２およびラジオメータ１６４は、ウェハ１２０の中央領域１７０に対して等しい角度に置いてもよい。このような構成により、ワークピース１０６の第２の表面１１８が等方性に広がっていない（ランベルシャン（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ））、本実施例のような実施例において、測定エラーを少なくすることができる。あるいは装置１６０、１６２および１６４は異なる角度に置いてもよいが、ワークピースがその中央においてワークピースの垂直面について放射状に対称ではない任意の実施例において、測定誤差を増やすことになる。本実施例において、装置１６０、１６２および１６４は全て、水冷窓１５６が診断照明源１６０によって生成された照明放射をろ波しないように、そして、イメージング装置１６２あるいは高速ラジオメータ１６４によって受け取られた放射をろ波しないように、水冷窓１５６を迂回するように置かれている。
【００４４】
本実施例において、システム１００はさらに、ワークピース１０６の第１の表面１０４をその上の照射フラッシュ投射にさらすよう動作可能な照射システム１８０を含む。特に、本実施例において、照射システム１８０は、チャンバ１３０の上部壁１３２のすぐ上に置かれた閃光灯１８２および反射体システム１８４を含む。あるいは、望ましい場合複数の閃光灯を使用してもよく、あるいは、他の適する型の照射装置を閃光灯の代わりに使用してもよい。本実施例において、上部壁１３２は、上記の水冷窓１５６に類似する水冷窓１８６を含み、これは、閃光灯１８２によって生成された放射スペクトルから１４５０ｎｍの診断波長における放射を除去し、この波長におけるウェハからの熱放射を吸収するためのフィルタとして機能する。本実施例において、照射システム１８０はさらに、照射フラッシュを生成するために閃光灯１８２に電力を供給するための、電力制御システム１８８を含む。
【００４５】
本実施例において、ウェハ１２０をチェンバ１３０に挿入する前に、ウェハの装置側１２２はイオン打ち込み処理を受ける。イオン打ち込み処理により、ウェハの装置側の表面領域に不純原子つまりドーパントが導入される。イオン打ち込み処理は、ウェハの表面領域の結晶格子構造を損傷し、打ち込まれたドーパント原子を、それらが電気的に不活性である格子間の場所に残す。ドーパント原子を格子の内の代わりの場所に移動させそれらを電気的に活性化するため、そして、イオン打ち込みの間に起こる結晶格子構造への損傷を修復するために、高温に加熱することによって、ウェハの装置側の表面領域をアニールする必要がある。
【００４６】
本実施例において、このようなアニーリングは、上記の所有者共通のＰＣＴ公開番号第ＷＯ０２／４７１４３号（特許文献１）および第ＷＯ０２／４７１２３号（特許文献２）に開示されているような方法に従って実行される。例えば、このアニーリング方法の第１段階は、ウェハ全体が中間温度に比較的均一に加熱されるように、ウェハを通しての熱伝導時間より遅い率において、ウェハを中間温度に予熱することを含んでもよい。本実施例において、この予熱段階は、ウェハの裏側つまり基板側１２４をアーク灯１５２で照射し、ウェハを毎秒１００℃から毎秒４００℃のようなランプ率において、例えば５００℃から１１００℃の中間温度に加熱することによって達成される。予熱段階に続いて、ウェハの表側つまり装置側１２２が、ウェハの表側の表面領域のみが最終アニーリング温度にまで加熱され、ウェハの大部分が比較的により低い中間温度近くの温度に保たれるように、ウェハを通しての熱伝導時間よりもかなり速い率で、さらにより高いアニーリング温度に急速に加熱される。本実施例において、この第２の段階は、表側表面を、比較的短い持続時間の間、例えば１ミリ秒のオーダの間、照射システム１８０からの強力なフラッシュにさらすことによって達成される。ウェハのより冷たい大部分は、それから表側表面の急速冷却を容易にするためのヒート・シンクとして機能する。
【００４７】
このようなウェハの適当な熱処理を保証し、チャンバ１３０内で連続して処理される同様のウェハの一貫した熱処理を達成するために、第２段階の間、つまり高速照射フラッシュの間、ここにより詳細に説明するように、リアルタイムで装置側の温度を監視することが望ましい。ある場合において、照射システム１８０の物理的パラメータが時間と共に変化する傾向にある場合、熱処理の一貫性は、このようなリアルタイムの装置側温度の値を使用して、照射フラッシュが発生している間照射フラッシュの電力を制御することによって、向上させることができる。従って、本実施例において、少なくとも１つのプロセッサ回路は、以下により詳細に説明するように、ワークピース１０６の第１の表面１０４の現在の温度に応答して照射フラッシュの電力を制御するよう構成されている。
【００４８】
基板側予熱装置
本実施例において、アーク灯１５２は、カナダ、ブリティッシュコロンビア州、バンクーバのボルテク・インダストリス社製造の、５００ｋＷ二重水壁アルゴン・プラズマ・アーク灯である。このようなアーク灯の１例は、所有者共通の特許協力条約出願公開番号第ＷＯ０１／５４１６６号（特許文献４）に開示され、この出願は参照によりここに取り入れられる。このようなアーク灯は、上記のＰＣＴ公開出願に記載されているように、タングステン線条電球源と比較して、半導体アニーリングに対する多数の利点を提供する。より大きく温度が上昇するにつれ、１つのアーク灯１５２に代えて複数のアーク灯を使用してもよい。あるいは、例えば、閃光灯およびタングステン線条電球源、あるいはこのような電球の列をも含む他の型の予熱装置を代わりに使用してもよい。
【００４９】
診断照明源
本実施例において、診断照明源１６０は、ウェハ１２０および参照ピース１４２を照らすために、１４５０ｎｍの診断波長における診断フラッシュを生成するよう動作する。このことを達成するために、診断照明源１６０は、アーク灯１９０を閃光灯として機能させるためのパルス放電電力供給装置（図示されていない）を有する短アーク・キセノン・アーク灯１９０、および不整列光ファイバ束１９２を含む。光ファイバ束１９２は、チャンバ１３０の底部壁１３４の水冷窓１５６を迂回している。アーク灯１９０からの放射は、フィルタ水冷窓１５６を迂回して、不整列光ファイバ束１９２を通って溝を通される。従って、測定の目的のために必要とされる時はいつでも、診断波長における放射は、ウェハ１２０の基板側１２４および参照ピース１４２を、診断波長における診断フラッシュで照らすことができる。あるいは、しかし、このような診断フラッシュを生成するための任意の他の適当な構成を代わりに使用してもよい。例えば、連続する照明源、例えば１つあるいは複数のタングステン線条電球を、ウェハおよび参照ピースを照らすために高速で開閉するよう動作可能な機械的シャッタ（図示されていない）と共に使用してもよい。この場合、シャッタは、放射吸収性であり冷却されていることが望ましい。さらなる説明的例示として、１４５０ｎｍの診断波長において放射している、１つあるいは複数のフォトダイオードあるいはレーザ・ダイオードを、アーク灯１９０の代わりに使用してもよい。
【００５０】
イメージング装置
一般に、本実施例において、測定装置１１７、特にイメージング装置１６２は、少なくとも１つのプロセッサ回路と通信し、少なくとも１つのプロセッサ回路は、ワークピース１０６の第２の表面１１８の半球反射率を測定するために、イメージング装置と共に動作するよう構成されている。特に、本実施例において、イメージング装置１６２は、第２の表面１１８によって反射される放射を受け取るよう構成されている放射検出器として機能し、この検出器は、第２の表面をシステムの他の装置、例えば高速ラジオメータ１６４および診断照明源１６０の視野から遮るのを避けるために、第２の表面から十分に離れて置かれている。このことを達成するために、本実施例において、イメージング装置は、第２の表面１１８の中心から少なくともワークピース１０６の最大寸法の２分の１分、離れて置かれている。イメージング装置は、第２の表面の方向反射率を測定するよう構成され、少なくとも１つのプロセッサ回路は、以下により詳細に説明するように、方向反射率に散乱補正を適用して半球反射率を得るよう構成されている。従って、イメージング装置１６２は、通常、測定される対象、例えば集積半球、に極近接して置かなければならない、半球反射率を測定するための従来の装置に比べ利点が多い。
【００５１】
本実施例において、イメージング装置１６２は、ワークピース１０６および参照ピース１４２の双方のイメージを生成するよう動作可能な赤外線カメラを含み、ワークピース１０６および参照ピース１４２は共に、イメージング装置１６２の視野内にある。本実施例において、赤外線カメラは、ダイオード・アレイ、特にフォトダイオード焦点面アレイを含む。さらに特に、本実施例において、赤外線カメラは、３２０ｘ２５６画素、インジウムヒ化ガリウム（ＩｎＧａＡｓ）フォトダイオード・アレイを含み、このフォトダイオード・アレイは１２ビット感度を有する。このカメラはまた、焦点を合わせる光学素子（図示されていない）を含み、さらに、カメラが、１４５０ｎｍの診断波長およびそれを中心とする極狭い帯域（例えば、±１５ｎｍ）をのみ感知するように、１４５０ｎｍを中心とする狭帯域フィルタを含む。従って、本実施例において、イメージング装置１６２は、第２の表面上の加熱照射スペクトル投射が無視してよい強度を有する照明波長帯域における、ワークピースの第２の表面１１８の方向反射率を測定するよう構成されている。この点に関して、システム１００は、加熱照射スペクトルから照明波長を除去するよう構成されたフィルタリング装置を効果的に含むことが思い出されるであろう。（特に、本実施例において、水冷窓はイメージング装置１６２が感知する１４５０±１５ｎｍの全診断波長帯域を遮るので、フィルタリング装置は、第２の表面１１８と加熱照射スペクトルの源、つまりアーク灯１５２との間に置かれた水冷窓１５６を含む。）また、他のイメージング装置、例えば、他の２次元あるいは１次元ダイオード・アレイ、あるいは電荷結合素子（ＣＣＤ）を代わりに使用してもよい。
【００５２】
図１および図２を参照すると、本実施例においてイメージング装置１６２は、ワークピース１０６および参照ピース１４２のイメージを表すデジタル・データをＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０に通信するために、ＲＴＰシステム・コンピュータ（ＲＳＣ）１１２のデジタル・フレーム・グラバ・カード２００と通信している。あるいは、望ましい場合、イメージング装置は、ＲＳＣ１１２から離れているがＲＳＣ１１２と通信している個別のプロセッサ回路と通信するよう置いてもよい。
【００５３】
望ましい場合、ワークピース１０６の温度を測定するためにその半球反射率を決定するため、このようなデジタル・イメージ・データを使用するのに加えて、このようなイメージ・データは、ワークピース１０６の第２の表面１１８のリアルタイム２次元温度マップを作成するのにも使用することができる。これらの温度マップは、全熱処理の間のワークピースの加熱の均一性を決定するのに有用である。空間的に分解された温度マップは、例えば上記の所有者共通の米国特許第６，３０３，４１１号（特許文献３）により詳細に記述されている。
【００５４】
本実施例において、イメージング装置１６２および診断照明源１６０は、同期モジュール２０２とも通信している。
【００５５】
同期モジュール
図１および図２を参照すると、本実施例において、同期モジュール２０２は、イメージング装置１６２が、診断フラッシュによって照射された時の（望ましい場合、診断フラッシュに先立ちおよび／あるいはそれに続いても同様に）ワークピース１０６および参照ピース１４２のイメージを作成することができるように、イメージング装置１６２と診断照明源１６０の同期をとるのに使用される。
【００５６】
このことを達成するために、同期モジュール２０２は、イメージング装置１６２からビデオ・フレーム同期信号を受信し、それに応答して、望ましい時に診断照明源１６０を起動するために、調整可能な遅延を伴うパルス信号を生成する。望ましい場合、例えば、複合アナログ・ビデオ、標準ＴＴＬビデオおよびＬＶＤＳ差動デジタル・ビデオのような、異なる型のビデオ・フレーム同期信号を選択することができる。
【００５７】
イメージング装置１６２からのビデオ・フレーム同期信号に応答して診断照明源１６０を起動するため、調整可能に遅らせたパルス信号を生成するために、同期モジュール２０２は内部時計２０４を含む。本実施例において内部時計２０４は、４８ＭＨｚ時計であり、１マイクロ秒解像度の、０から９９，９９９マイクロ秒の範囲の調整可能な遅延と、４０ナノ秒よりよい遅延正確度を有する“オン”および“オフ”遅延信号を生成することができる。本実施例において、同期モジュール２０２は、診断照明源がワークピースおよび参照ピースをその最高強度において照らしている時に、イメージング装置１６２がワークピースおよび参照ピースからの反射放射を獲得することを保証するため、イメージング装置１６２の集積期間の開始の直前に診断照明源１６０を起動するための“オン”パルス信号を生成し、これにより、結果としてのデジタル反射率イメージの信号対雑音比を最大にする。
【００５８】
ＲＴＰシステム・コンピュータ（ＲＳＣ）
図１および図２を参照すると、ＲＴＰシステム・コンピュータ（ＲＳＣ）は、図２における１１２においてより詳細に示されている。本実施例において、ＲＳＣはプロセッサ回路１１０を含み、プロセッサ回路１１０は本実施例において、マイクロプロセッサ２１０を含む。さらに一般的には、しかし、本明細書において、用語“プロセッサ回路”は、ここに記述される機能を実行することのできる任意の型の装置あるいは装置の組合せを広く含み、他の型のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、他の集積回路、他の型の回路あるいは回路の組合せ、論理ゲートあるいはゲートアレイ、あるいは、例えば単一の、あるいは、例えば、同じ場所に置かれたあるいは互いに離れた他の同様の装置と組み合わせた任意の種類のプログラム可能な装置を、（制限無く）含む。付加的な型のプロセッサ回路は、本明細書を読むにあたりこの分野の技術者には明らかであろう。そして、任意のこのような他の型のプロセッサ回路の代用は、ここに付随する請求項によって定義される本発明の範囲から逸脱するものとはみなされない。
【００５９】
本実施例において、マイクロプロセッサ２１０は記憶装置２２０と通信し、記憶装置２２０は本実施例においてハード・ディスク・ドライブを含む。記憶装置２２０は、標準比ルーチン２２２、半球反射率ルーチン２２４、温度監視および制御ルーチン２２６、およびネットワーク同期アルゴリズム２２８を含む、ここに記述される多様な機能を実行するようマイクロプロセッサ２１０を構成あるいはプログラムする複数のルーチンを記憶するために使用される。一般に、ネットワーク同期アルゴリズム２２８は、ＲＳＣ１１２とシステム１００の多様な他の装置との間のネットワーク通信を調整し、非決定的待ち時間が５０マイクロ秒より小さくなるよう保証するために、プロセッサ回路１１０によって使用される。残りのルーチンは、以下により詳細に説明される。
【００６０】
本実施例において、記憶装置２２０はまた、マイクロプロセッサ２１０によって受信あるいは使用される多様な型のデータを記憶するために使用される。特に、本実施例において記憶装置２２０は、イメージング装置１６２から受信したワークピース１０６および参照ピース１４２のイメージを表すデジタル・データを記憶するためのイメージ・フレーム記憶２４２、高速ラジオメータ１６４から受信したワークピース温度値を記憶するための温度履歴記憶２４４、および第１の表面の温度とは異なる第２の表面１１８の温度およびワークピースの温度履歴に応答してワークピース１０６の第１の表面１０４の温度を識別するためにマイクロプロセッサ２１０によって使用される参照用テーブルを記憶するための参照用テーブル記憶２４６を含む。
【００６１】
本実施例において、マイクロプロセッサ２１０はまた、メモリ装置２６０と通信し、メモリ装置２６０は本実施例においては、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）を含む。メモリ装置２６０は、記憶装置２２０に記憶された多様なルーチンを実行する際にマイクロプロセッサによって識別あるいは使用される多様な物理的特性を表す値を記憶するために、マイクロプロセッサ２１０によって使用される。特に、本実施例においてこのようなルーチンは、ＲＡＭ内に、標準反射性レジスタ２６４、標準比レジスタ２６６、ワークピース比レジスタ２７０、方向反射率レジスタ２７２、散乱値レジスタ２７４、散乱補正レジスタ２７６、半球反射率レジスタ２７８、基板温度レジスタ２８０、ランプ率レジスタ２８２、および装置側温度レジスタ２８４を含む複数のレジスタを定義するよう、マイクロプロセッサ２１０に指示する。これらのレジスタは以下により詳細に説明される。
【００６２】
本実施例において、マイクロプロセッサ２１０は、イメージング装置１６２によって作成されたワークピース１０６および参照ピース１４２の赤外線イメージを表すデジタル・データを受信するために、デジタル・フレーム・グラバ・カード２００と通信している。
【００６３】
本実施例のマイクロプロセッサ２１０はさらに、高速ラジオメータ１６４、測定装置１０２、照射システム１８０、予熱装置１５０、例えばキーボードおよび／あるいはマウスのようなユーザ入力装置（図示されていない）、および、診断照明源１６０およびイメージング装置１６２を制御するための同期モジュール２０２を含む、図１に示されるシステム１００の多様な装置と通信するために、入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース２９０と通信している。本実施例において、入出力インタフェース２９０は、光ファイバ・ネットワーク２９２を介してこれらの装置の少なくともいくつか（例えば、高速ラジオメータ１６４および測定装置１０２）と通信するために、光電変換器を含む。この点に関して、このような光学通信により、大きな電流から生じる電磁妨害および電気雑音、および、予熱装置１５０および照射システム１８０によって要求される突然の放電によって起こされる問題が避けられることが理解されるであろう。
【００６４】
高速ラジオメータ
図１および図３を参照すると、測定装置１１６、特に高速ラジオメータが、図３における１６４において概略的に示されている。一般に、本実施例において、高速ラジオメータ１６４は、１４５０ｎｍの診断波長においてワークピース１０６の第２の表面１１８によって熱的に放射される電磁放射を受け取り、ワークピースの第２の表面の温度を表す、対応する放射率補償温度値を作成する。
【００６５】
このことを達成するために、本実施例において、高速ラジオメータ１６４は、診断波長ではない波長を遮るために、１４５０ｎｍの診断波長を中心とする狭帯域フィルタ３０２を含む。高速ラジオメータはさらに、ワークピースの第２の表面１１８の中央領域１７０から放射される電磁放射をフォトダイオード３０６の能動素子の上に集中させるために、光学スタック３０４を含む。フォトダイオード３０６は本実施例において、高速、低雑音のインジウムヒ化ガリウムＰＩＮフォトダイオードを含む。本実施例において、中央領域１７０は、ウェハ１２０の基板側１２４の中央における直径約２ｃｍの領域を含む。
【００６６】
フォトダイオード３０６は増幅器３０８と通信し、増幅器３０８は本実施例において、約２．５ｋＨｚの３ｄＢ電気帯域幅を有する差動トランスインピーダンス増幅器を含む。増幅器３０８は、フォトダイオードからの出力信号を調整して増幅し、増幅した信号をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３１０に供給する。本実施例において、Ａ／Ｄ変換器３１０は、２５ｋＨｚのオーバ・サンプリングレートにおいて、増幅されたフォトダイオード信号の２０ビットのサンプルを作成する。
【００６７】
Ａ／Ｄ変換器３１０は、高速ラジオメータ１６４のプロセッサ回路１１４と通信している。プロセッサ回路１１４は、第１および第２の記憶装置と通信し、第１および第２の記憶装置は本実施例において、プログラム・メモリ３１４および作業メモリ３１６を含む。プログラム・メモリは、基板温度ルーチン３１８を含む多様な機能を実行するようにプロセッサ回路１１４を構成する、命令コードあるいはルーチンを記憶する。基板温度ルーチン３１８は、以下により詳細に説明するように、ウェハ１２０の基板側１２４の温度を識別するようプロセッサ回路１１４に指示する。基板温度ルーチン３１８は、作業メモリ３１６において、半球反射率レジスタ３２０および基板温度レジスタ３２２を含む複数のレジスタを定義するよう、プロセッサ回路１１４に指示する。プログラム・メモリ３１４は、任意の適当な型のメモリ装置を含んでもよいが、例えば、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭあるいはＦＬＡＳＨメモリのような不揮発性メモリであることが望ましい。同様に、作業メモリ３１６は、例えばＲＡＭのような、任意の適当な型のメモリ装置を含んでもよい。
【００６８】
プロセッサ回路１１４は、図１に示されるＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０と通信するために、入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース３３０と通信している。本実施例において、Ｉ／Ｏインタフェース３３０は、光ファイバ・ネットワーク２９２を介してＲＳＣと通信するために、光電変換器を含む。以下に説明するように、本実施例において高速ラジオメータ１６４は、ウェハ１２０の基板側１２４の温度を毎ミリ秒効果的に測定し、１ｋＨｚの率において、更新された基板温度値をＲＳＣに供給する。高速ラジオメータ１６４はまた、ＲＳＣから更新された半球反射率値を周期的に受信し、この半球反射率値を基板側熱放射強度値と組み合わせて、基板温度値を作成する。
【００６９】
装置側照射システム
再び図１を参照すると、一般に、照射システム１８０は、ウェハ１２０の装置側１２２を照射するよう動作可能である。測定装置１０２および少なくとも１つのプロセッサ回路は、装置側が照射システム１８０によって照射されている間に、現在の強度を測定し装置側１２２の現在の温度を識別するよう構成されている。
【００７０】
本実施例において、照射システム１８０は、図１に示される、閃光灯１８２（あるいは、望ましい場合複数のこのような閃光灯）および反射体システム１８４を含む。特に、本実施例において閃光灯１８２は、上記の所有者共通の特許協力条約、出願公開番号第ＷＯ０１／５４１６６号（特許文献４）に開示されているものに類似する高輝度アーク灯を含む。
【００７１】
本実施例において、照射システム１８０は、装置側１２２をウェハ１２０の熱伝導時間より短い持続時間を有する照射フラッシュにさらすよう動作可能である。本実施例において、ウェハの熱伝導時間は、１０から１５ｍｓのオーダである。従って、本実施例において、照射システム１８０は、１０ミリ秒のオーダあるいはそれ以下の持続時間を有するように照射フラッシュを生成するよう動作可能である。特に、本実施例において、照射システムは、１ミリ秒のオーダの持続時間を有するように照射フラッシュを生成するよう動作可能である。
【００７２】
このことを達成するために、本実施例において、照射システム１８０はさらに図１に示される電力制御システム１８８を含む。特に、本実施例において電力制御システム１８８は、電力供給システムとして機能し、パルス放電装置を含む。パルス放電装置は、予め充電され、それから、閃光灯１８２に入力電力の“スパイク”を供給し望ましい照射フラッシュを生成するために、突然放電されてもよい。さらに特に、本実施例において、パルス放電装置は、ドイツ、ハンブルグのラップ・オプトエレクトロニック社製造の、例えば１ミリ秒の放電時間のような約０．５から５ｍｓの範囲の放電時間内で６０ｋＪまでのパルスを生成するよう動作可能な、電力供給モデル番号ＶＴ−２０パルス放電装置を含む。このような放電に応答して、閃光灯１８２は、持続時間が０．５から５ｍｓの範囲内で電力出力が４から６ＭＷの電磁放射の加熱フラッシュを生成するよう動作可能である。あるいは、例えば３００ｋＪを放電するよう動作可能な、より大きな電力供給を代わりに使用してもよい。さらに一般的には、望ましい場合には照射システム１８０に代えて、他の加熱装置を使用してもよい。
【００７３】
本実施例において、電力制御システム１８８は、以下に説明するように、パルス放電のフィードバック制御のために、パルス放電装置と閃光灯１８２との間に置かれた電力制御回路を含む。
【００７４】
超高速ラジオメータ
図１および図４を参照すると、測定装置が図４の１０２において概略的に示されている。本実施例において、測定装置１０２は、超高速ラジオメータ４００を含む。一般に、超高速ラジオメータは、ワークピース１０６の第１の表面１０４から熱的に放射される放射の現在の強度を測定するよう構成された測定装置として機能する。超高速ラジオメータはまた、ここにより詳細に説明されるように、測定装置と通信し、現在の強度および第１の表面１０４の少なくとも１つの先の熱特性に応答して第１の表面１０４の現在の温度を識別するよう構成された、プロセッサ回路を含む。特に、本実施例において、超高速ラジオメータ４００は、照射システム１８０によって生成された高速照射フラッシュの間にウェハ１２０の装置側１２２の温度を識別するために、少なくとも１つのプロセッサ回路と共に動作するよう構成されている。このようなフラッシュは、例えば１ミリ秒のオーダの持続時間を有してもよく、装置側の温度を、例えばセ氏数百度上昇させてもよい。従って、超高速ラジオメータ４００は、広い動的範囲および超高速時間応答を有するよう設計されている。
【００７５】
図１、図３および図４を参照すると、本実施例において超高速ラジオメータ４００は、図３に示される高速ラジオメータ１６４にいくつかの点において（しかし全ての点ではなく）類似している。従って、超高速ラジオメータ４００は、本実施例においては高速ラジオメータの対応する構成要素３０２、３０４、および３０６に類似する、１４５０ｎｍ狭帯域フィルタ４０２、光学スタック４０４、および高速インジウムヒ化ガリウムＰＩＮフォトダイオード４０６を含む。しかし、本実施例においてフォトダイオード４０６は、フォトダイオード４０６の温度を２０ミリケルビン内に制御するために、集積熱電冷却器４０８を含む。
【００７６】
フォトダイオード４０６からの出力信号は、増幅器４１０に供給される。本実施例において、増幅器４１０は、５００ｋＨｚの３ｄＢ電気帯域幅を有する、超低雑音で高速の差動トランスインピーダンス増幅器を含む。増幅器４１０は、フォトダイオード出力信号を調整して増幅し、増幅した信号をアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器４１２に供給する。１ＭＨｚのサンプリングレートにおいて、Ａ／Ｄ変換器４１２は、増幅されたフォトダイオード信号の１６ビットのサンプルを作成する。
【００７７】
Ａ／Ｄ変換器４１２は、超高速ラジオメータ４００のプロセッサ回路１０８と通信している。プロセッサ回路１０８は第１および第２の記憶装置と通信し、第１および第２の記憶装置は、本実施例において、プログラム・メモリ４１６およびメモリ装置４１８を含む。プログラム・メモリ４１６は、リアルタイム装置側温度ルーチン４２０および動的目盛調整ルーチン４２２を含む多様な機能を実行するよう、プロセッサ回路１０８を構成するルーチンを記憶する。メモリ装置４１８において、リアルタイム装置側温度ルーチン４２０は、装置側熱放射強度記憶４３０、最初の装置側温度レジスタ４３２、最初の装置側熱強度レジスタ４３４、装置側温度レジスタ４３６、および装置側温度値記憶４３８を含む、複数のレジスタおよび／あるいは記憶を定義するようプロセッサ回路１０８に指示する。
【００７８】
本実施例において、プロセッサ回路１０８は、内部参照装置４５０と通信している。本実施例において、内部参照装置は、熱的に制御され高度に安定していて、目盛調整および参照信号を作成するために使用される。動的目盛調整ルーチン４２２は、超高速ラジオメータの多様な電子構成要素において発生する可能性のある予測不能なドリフトを動的に補償するために、内部参照装置４５０から受信した目盛調整および参照信号に応答して、Ａ／Ｄ変換器４１２から受信した１６ビットのサンプルを調整するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。
【００７９】
本実施例において、プロセッサ回路１０８はさらに、ＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０および図１に示されるシステム１００の他の構成要素と通信するために、入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース４６０と通信している。特に、本実施例においてプロセッサ回路１０８は、フラッシュの間にプロセッサ回路１０８によって得られたリアルタイム装置側温度値に応答し、照射システムによって生成された照射フラッシュの電力を制御することができるように、照射システム１８０の電力制御システム１８８と直接通信している。本実施例において、入出力インタフェース４６０は、光電変換器を含み、このような通信信号が光ファイバ・ネットワーク２９２を通して送受信されるようにし、これにより、フラッシュが一時的に近接する際に重大になるかもしれない、電磁妨害および電気雑音の有害な影響を防ぐことができる。
【００８０】
本実施例において、超高速ラジオメータ４００はさらに、このような妨害の超高速ラジオメータの多様な内部構成要素に対する影響を減少させるために、遮蔽４７０を含む。
【００８１】
再び図１を参照すると、本実施例において、測定装置１０２特に超高速ラジオメータ４００は、第１の表面上の照射スペクトル投射が無視してよい強度を有する波長帯域において、ワークピース１０６の第１の表面１０４からの熱放射の現在の強度を測定するよう構成されている。このことを達成するために、本実施例においてシステム１００は、第１の表面上の照射スペクトル投射からこの波長帯域を除去するよう構成されたフィルタリング装置を、効果的に含む。特に、本実施例においてフィルタリング装置は、第１の表面１０４と本実施例において照射システム１８０である照射スペクトル源との間に置かれた水冷窓１８６を、含む。この点に関して、水冷窓１８６は、閃光灯１８２によって生成された放射の大部分をウェハ１２０の装置側１２２を加熱するために装置側に伝導し、一方それと同時に１４５０ｎｍの診断波長における放射を吸収するよう機能することが思い出されるであろう。
【００８２】
逆に、１４５０ｎｍ狭帯域フィルタ４０２の効果により、超高速ラジオメータは、１４５０ｎｍの直近における放射にのみ応答する。従って、超高速ラジオメータは、装置側１２２からの熱放射のみ検出し、照射システムによって生成され、装置側によって反射されたいかなる放射も検出しない。水冷窓１８６はまた、装置側１２２によって熱的に放射された波長における放射の大部分を吸収するよう機能し（通常１４００ｎｍ以上）、これにより、このような波長がウェハに反射して返されることを防ぐ。波長がウェハに反射して返されると、冷却が望ましい不適当な時に、装置側の望ましくない不均一な加熱が引き起こされる傾向がある。（超高速ラジオメータは、しかし、少量の“チャンバ・リターン”を検出するかもしれない。つまり、診断波長において装置側によって熱的に放射された放射の少ないパーセンテージが、窓１８６の底部水晶枠によって反射されて装置側に返され、装置側はこのような反射された熱放射の僅かな部分をラジオメータに再び反射するかもしれない。チャンバ・リターンは、望ましい場合には、動的目盛調整ルーチン４２２の実行において考慮してもよい。）
【００８３】
動作
標準比ルーチン
図１、図２、および図５を参照すると、標準比ルーチンが図５における２２２において示されている。一般に、標準比ルーチン２２２は、ＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０を、ＲＡＴＩＯＳＴＤ値を計算するよう構成する。この値は以後、ウェハ１２０の基板側１２４の半球反射率を識別するために、半球反射率ルーチン２２４の間にプロセッサ回路１１０によって使用される。
【００８４】
標準比ルーチンの実行に先立ち、ウェハ１２０はチャンバ１３０から取り除かれ、既知の反射性ＲＳＴＤを有する標準と置き換えられる。従って、この最初の測定のためにワークピース１０６は、半導体ウェハではなく標準を含む。本実施例において、標準はアルミニウム・ウェハであるが、既知の反射性を有する任意の適する標準を代わりに使用してもよい。一旦標準がチャンバ１３０内に置かれると、標準比ルーチンを実行してもよい。
【００８５】
標準比ルーチン２２２は、望ましい値ＲＡＴＩＯＳＴＤを識別し記憶するようプロセッサ回路１１０を構成する命令コードの多様なブロックを含む。標準比ルーチン２２２は、コードの第１のブロック５００から開始し、第１のブロック５００は、標準および参照ピース１４２の照らされたイメージを効果的に得るよう、プロセッサ回路１１０に指示する。このことを達成するためにブロック５００は、図２に示される同期モジュール２０２に信号を送るようプロセッサ回路１１０に指示し、この信号に応答して同期モジュールは、上記のようにイメージング装置１６２からのビデオ同期信号を受信する。同期モジュールは、イメージング装置がワークピース１０６（この場合、標準）、および参照ピース１４２が診断照明フラッシュにその最大強度で照らされている間にこれらのイメージを獲得するように、イメージング装置１６２の集積期間の開始の直前に診断照明源１６０を起動するよう電気パルス信号を生成する。イメージング装置１６２は、標準および参照ピースの獲得したイメージを表す信号を、デジタル・フレーム・グラバ・カード２００に送信する。プロセッサ回路１１０は、フレーム・グラバ・カードから、獲得されたイメージを表すデータを受信し、受信したデータを記憶装置２２０内のイメージ・フレーム記憶２４２に記憶する。
【００８６】
ブロック５１０は、値ＲＡＴＩＯＳＴＤを計算するようプロセッサ回路１１０に指示する。この点に関して、参照ピース上の診断フラッシュ投射の強度がＩ０である場合、ワークピース１０６上の診断フラッシュ投射の強度はαＩ０であり、αはシステム１００のジオメトリによって決定される定数であることが理解されるであろう。従って、参照ピース１４２は、強度Ｉ０ＲＲＥＦで診断フラッシュを反射する。ここでＲＲＥＦは参照ピースの反射率である。同様に、この場合標準であるワークピース１０６は、強度αＩ０ＲＳＴＤで診断フラッシュを反射する。イメージング装置１６２によって生成され、特に、ワークピース１０６の中央領域１７０に対応するインジウムヒ化ガリウム・フォトダイオード・アレイの個々のフォトダイオードによって、および参照ピース１４２に対応するフォトダイオードによって、生成され（あるいは、フォトダイオード・アレイの代わりにＣＣＤが使用される場合、対応する画素によって生成され）、上記のブロック５００においてイメージ・フレーム記憶２４２に記憶されたデータ値は、ワークピース（この場合、標準）によって反射された強度の参照ピースによって反射された強度に対する比、つまりＲＡＴＩＯＳＴＤ＝αＩ０ＲＳＴＤ／Ｉ０ＲＲＥＦ＝αＲＳＴＤ／ＲＲＥＦを計算し記憶するために使用される。ブロック５１０はそれから、メモリ装置２６０内の標準比レジスタ２６６に、この結果の値ＲＡＴＩＯＳＴＤを記憶するようプロセッサ回路１１０に指示する。標準比ルーチンはそれから終了する。
【００８７】
上記のＲＡＴＩＯＳＴＤの計算は一度計算されると、システム１００の物理的パラメータが変化しない限り（例えば、照明源に埃がついた場合）、通常、同様なウェハに適用される所定の組の熱サイクルのために再計算する必要はない。ＲＡＴＩＯＳＴＤを再計算すべきかどうかを決定するために、“目盛調整ウェハ”あるいは“診断ウェハ”（例えば、何の素子も有せず均一なドーパント集中を有する半導体ウェハ）を、システム１００において周期的に熱サイクルし、結果としてのドーパント活動を（例えば、ウェハのシート抵抗を測定することによって）測定してもよい。あるいは、例えば、ウェハのイメージの動き、あるいは先のサイクルと比較して１つのサイクルにおける温度測定における急激な変化のような他の要因により、ＲＡＴＩＯＳＴＤの再計算が必要となるかもしれない。
【００８８】
温度監視および制御ルーチン
残りのルーチンは、少なくともいくつかのウェハ反射率測定から、直接あるいは間接的に得られた情報を使用する。このような反射率測定が多くの目的に対して信頼できるように正確であるためには、ウェハ１２０は約７００℃より低い温度において１４５０ｎｍ診断波長に対して十分に不伝導ではないので、残りのルーチンは、熱サイクルが進行している状況においてのみ記述される。この状況でウェハは、このような測定が診断波長において正確に行われるためにウェハが十分に不伝導な閾値温度に達しているか閾値温度を超えている。あるいは、望ましい場合、ウェハ反射率測定はより短い波長において獲得してもよく、また望ましい場合、低温測定のために予測してもよい。
【００８９】
図１、図２、および図６を参照すると、温度監視および制御ルーチンが図６の２２６において示されている。一般に温度監視および制御ルーチン２２６は、ウェハ１２０の基板側１２４を照射してウェハの熱伝導時間と比較して遅いランプ率においてウェハを望ましい中間温度に予熱装置１５０を予熱し、制御するように（任意の説明的例示として、このようなランプ・サイクルは、ウェハを、室温から８００℃の中間温度に２５０℃／秒のランプ率において加熱してもよい）、ＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０を構成する。中間温度に達すると、温度監視および制御ルーチンは、フラッシュ・サイクルを開始し、ウェハの熱伝導時間よりかなり速い率においてウェハ１２０の装置側１２２を望ましいアニーリング温度に加熱するよう照射システム１８０を制御するように、プロセッサ回路に指示する。（さらなる任意の説明的例示として、装置側は、ウェハの大部分が中間温度に近い温度に保たれる一方、装置側を１３００℃の温度に加熱するために１ミリ秒のフラッシュにさらされてもよい。）一旦フラッシュ・サイクルが開始されると、フラッシュ・サイクルの残りの処理は、リアルタイム装置側温度ルーチン４２０の指示の下に超高速ラジオメータ４００によって直接制御される。
【００９０】
温度監視および制御ルーチン２２６は、コードの第１のブロック６００から始まり、第１のブロック６００は、予熱装置１５０、特にアーク灯１５２を制御して、望ましいランプ率におけるワークピース１０６の予熱を開始させるよう、プロセッサ回路１１０に指示する。通常、シリコン半導体ウェハに対して、望ましいランプ率は１００℃／秒から４００℃／秒の範囲内であるが、望ましい場合にはこの範囲外の他のランプ率を代わりに使用してもよい。本実施例において、シリコンは約７００℃より低い場合に１４５０ｎｍ放射に対して不伝導ではないという事実により、既定の量のエネルギをアーク灯１５２に供給することから生じると期待される予測ウェハ温度に基づき、最初は開ループ温度サイクルとして予熱サイクルが開始される。
【００９１】
ブロック６０２はそれから、ワークピース１０６の予測温度が予め定義された閾値温度に達したかどうか決定するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。本実施例において、ワークピースは、半導体ウェハ１２０であり、予め定義された温度は約６００℃であり、この温度より高い場合、ウェハは、１４５０ｎｍ診断波長に対してまだ完全に不伝導ではないけれども、温度測定および制御ルーチンによって使用される適当な信号を提供するには十分不伝導である。（ウェハ温度が７００℃を超えて上昇するにつれ、ウェハは診断波長に対して完全に不伝導になり、これにより、システムの正確度が向上する。）
【００９２】
ブロック６０２において閾値温度に到達したと予測された場合、ブロック６０４は、ウェハの半球反射率を周期的に識別するために、半球反射率ルーチン２２４（以下に図７に関してより詳細に説明する）の実行を開始するようプロセッサ回路１１０に指示する。ウェハの半球反射率は、次に、ウェハの放射率補償温度測定を作成するために高速ラジオメータ１６４によって使用することができる。
【００９３】
ブロック６０６は、それから、連続する各時間においてワークピース１０６の第２の表面１１８（本実施例においては、ウェハ１２０の基板側１２４）の温度の連続する値を表す高速ラジオメータ１６４からの温度値を、連続的に受信し記憶し始めるよう、プロセッサ回路１１０に指示する。このような各温度値は、以下に図８に関してより詳細に説明するように、高速ラジオメータ１６４のプロセッサ回路１１４によって作成される。ブロック６０６は、このような各受信された基板温度値を、現在時間と共にデータ・ペア（ＴＳＵＢＳＴＲＡＴＥ，ｔ）として、ウェハの温度履歴レコードを効果的に生成するために温度履歴記憶２４４に記憶するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。ブロック６０６は、図示しやすくするために命令コードの単一のブロックとして図６に示されているが、本実施例において、ブロック６０６は、予熱サイクル、後続のフラッシュ・サイクル、およびその後の放射性冷却段階の間を通して、このような基板温度値を受信し記憶するよう、プロセッサ回路に指示し続ける。
【００９４】
ブロック６０８はそれから、閉ループ予熱サイクルに切り替えるようプロセッサ回路１１０に指示する。特に、ブロック６０８は、高速ラジオメータから受信した基板温度値と熱サイクルにおける各対応する時点に対する予測されたあるいは望ましい基板温度との比較を開始し、望ましいあるいは予測された温度からの実際の（測定された）基板温度のどんな偏向をも最少にするあるいは排除するために、アーク灯１５２に供給される電力を増加あるいは減少させるよう、プロセッサ回路１１０に指示する。望ましい場合、閉ループ予熱サイクルは、例えば、上記の所有者共通の米国特許第６，３０３，４１１号に開示される方法のうち、いずれかのような空間的に分解された照射制御を含んでもよい。
【００９５】
ブロック６０６および６０８が実行を続ける間、ブロック６１０は、最近の受信基板温度値をフラッシュ・サイクルが開始されるべき予め定義された中間温度と比較するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。
【００９６】
ブロック６１０において、中間温度に到達したと決定された場合にブロック６１２は、最近の受信基板温度値ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅ（ｔ０）を基板温度レジスタ２８０に記憶するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。（望ましい場合、対応する時間値ｔ０もまた記憶してもよい。）ブロック６１２はそれから、ワークピース１０６の第１の表面１０４の熱特性、特に、照射フラッシュの開始直前のウェハ１２０の装置側１２２の温度を識別するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。本実施例において、第１の表面１０４の温度は、第１の表面１０４の温度とは異なるワークピースの第２の表面１１８の温度に応答して、識別される。特に第１の表面１０４の温度は、第２の表面１１８の温度およびワークピース１０６の温度履歴に応答して、識別される。さらに特に、ブロック６１２は、第１の表面１０４の温度を識別するために、第２の表面１１８の温度および温度履歴を使用して、参照用テーブル記憶２４６における参照用テーブル・レコードをアドレス指定するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。
【００９７】
本実施例において、参照用テーブル記憶２４６に記憶された参照用テーブルは、熱モデリング・ルーチン（図示されていない）を使用して、前もって予め計算され記憶されている。熱モデリング・ルーチンは、本実施例において、米国、マサチューセッツ州、ハーバードのハーバード・サーマル社製造のＴＡＳ熱分析システム・ソフトウェアを含む。参照用テーブルを作成するために、ＴＡＳルーチンは、本実施例において、熱特性（例えば、熱伝導率、熱容量、放射率）およびワークピース１０６の物理的特性（例えば、厚さ）を含む入力データを提供され、また、温度履歴値ＴＨｉｓｔｏｒｙの例示的組を提供される。温度履歴値は、上記のように、温度と時間データポイントの組［ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅ（ｔ），ｔ］として提供される。本実施例において、ＴＡＳルーチンに最初に供給される放射率値は、ワークピースを加熱して冷まし、ワークピースが冷めるにつれその温度を測定することにより、最初は経験的に獲得される。冷却の速度はＴＡＳルーチンをもって分析され、パラメトリック適合（放射率をパラメータとして有する）が、放射エネルギの損失を温度の関数として決定するために実行される。これから、ワークピースの放射率が得られる。あるいは、ワークピースの放射率は、他の方法で獲得あるいは予測してもよく、あるいは、前もって知られていてもよい。一旦ワークピースの放射率が獲得されると、放射率はそれから、他の入力値（熱特性およびワークピースの厚さ、および上記の例示的温度履歴値）と共に、ＴＡＳルーチンに供給される。
【００９８】
このような入力値に応答して、ＴＡＳルーチンの実行により、最終基板側温度データポイントと同じ時点における最終瞬間装置側温度ＴＤｅｖｉｃｅを表す値が作成される。温度訂正ΔＴを決定するために、対応する瞬間基板側温度ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅが同時の装置側温度ＴＤｅｖｉｃｅから減算される。温度訂正ΔＴは通常負であり、通常セ氏１度から数度の小数部のオーダである。（例えば、通常のウェハがランプ率１５０℃／秒において８００℃の中間温度に加熱された場合、ウェハの基板側のみを照射することによりΔＴ値は約−４．７°となり、これは、基板側が中間温度に達した時に装置側は基板側より約５°冷たいことを意味する。）
【００９９】
この処理はそれから、異なる各ΔＴ値を生成するために、異なる各モデル熱サイクルに対応する例示的温度履歴入力データのかなり多くの異なる順列分、繰り返される。例えば、本実施例において、ランプ率（記憶された温度履歴値におけるＴＳｕｂｓｔｒａｔｅ（ｔ）の増加率に対応する）が５０℃／秒から４００℃／秒の範囲で、最終瞬間基板温度ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅが６００℃から１４５０℃の範囲で、ウェハの厚さが０．５から１．０ｍｍの範囲の入力データの順列が参照用テーブルを作成するために使用される。対応する温度訂正ΔＴを、このような範囲における値のどんな順列に対してもすばやく獲得することができるようにするためである。あるいは、他の範囲の入力データを代わりに使用してもよい。
【０１００】
従って、本実施例において、参照用テーブル記憶２４６に記憶された参照用テーブルは、４つの列（図示されていない）を有する。第１の列は平均ランプ率のためであり、第２の列は加熱フラッシュの直前の最終瞬間基板側温度ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅ（ｔ０）のためであり、第３の列はワークピースの厚さのためであり、そして第４の列は、対応する同時装置側温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）を生成するために最終瞬間基板側温度ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅ（ｔ０）に加算される、装置側温度訂正ΔＴのためである。（あるいは、望ましい場合、列は、装置側温度を生成するために基板側温度に加算される温度訂正ではなく、対応する同時装置側温度そのもののために提供されてもよい。）
【０１０１】
予め計算された参照用テーブルを動作において使用するために、従って、ブロック６１２は、温度履歴記憶２４４に記憶された基板温度と時間値のペア［ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅ（ｔ），ｔ］を分析し、（例えば、平均ランプ率を、ＴＳｕｂｓｔｒａｔｅ（ｔ）対それぞれｙ軸およびｘ軸におけるｔのプロットの線形最適カーブの傾斜に等しく設定することによって）ウェハの基板側１２４が中間温度に加熱された平均率を表す平均ランプ率を計算するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。ブロック６１２は、平均ランプ率をランプ率レジスタ２８２に一時的に記憶するよう、プロセッサ回路に指示する。ブロック６１２はそれから、ランプ率レジスタ２８２に記憶された平均ランプ率、基板温度レジスタ２８０に記憶された基板温度値ＴＳＵＢＳＴＲＡＴＥ（ｔ０）、およびワークピースの厚さを使用して、参照用テーブルをアドレス指定し、参照用テーブルの最初の３つの列において一致する値を有する対応項目あるいはレコードを見つけ出すよう、プロセッサ回路に指示する。（ワークピースの厚さは、温度監視および制御ルーチン２２６の特定のパラメータとしてもよく、あるいは望ましい場合にはシステム１００のユーザによって特定され、メモリ装置２６０内の図示されていない個別のレジスタに記憶されてもよい。）このような一致するレコードを見つけ出すと、ブロック６１２は、対応する温度訂正値ΔＴを見つけ出されたレコードの第４の列から読み出すよう、プロセッサ回路１１０に指示する。ブロック６１２は、見つけ出されたΔＴ値（本実施例においては、通常負である）を基板温度レジスタ２８０に記憶された最終基板側温度ＴＳＵＢＳＴＲＡＴＥ（ｔ０）に加算し、対応する同時瞬間装置側温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）を生成するよう、プロセッサ回路に指示する。プロセッサ回路は、この値を装置側温度レジスタ２８４に記憶するよう指示される。
【０１０２】
ブロック６１４はそれから、瞬間装置側温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）を超高速ラジオメータ４００に送信するようプロセッサ回路１００に指示する。ブロック６１４はまた、予熱サイクルを終了するためにアーク灯１５２を消し、同時にウェハ１２０の装置側１２２を望ましいアニーリング温度に速く加熱するため、照射フラッシュを生成し始めるように照射システム１８０に信号を送るよう、プロセッサ回路１１０に指示する。
【０１０３】
（代替的実施例として、望ましい場合プロセッサ回路は、フラッシュのために閃光灯を準備するために、中間温度に達する前の何分の１秒、閃光灯１８２に低電流を供給し始めるように、照射システム１８０を制御するように指示されてもよい。しかし、このような方法は、片側照射予熱と比較して、参照用テーブルに記憶されたΔＴ値の大きさを減少させる傾向があり、従って、参照用テーブル値は、この代替的方法に適応するよう調整されなければならない。）
【０１０４】
温度監視および制御ルーチン２２６は、それから効果的に終了し、この後装置側温度監視およびフラッシュ強度は、以下に説明されるように、リアルタイム装置側温度ルーチン４２０の指示の下に高速ラジオメータ４００によって制御される。しかし、本実施例において、上記のブロック６０６の指示の下にプロセッサ回路１１０が基板温度値を連続して受信し記憶することは、その後も予め定義された時間の間続き、ウェハが冷却するにつれ、フラッシュ・サイクルの間そしてそれに続き、連続する基板温度値を生成し記憶する。
【０１０５】
半球反射率ルーチン
図１、図２、および図７を参照すると、半球反射率ルーチンは、図７における２２４に示されている。一般に、半球反射率ルーチン２２４は、ワークピース１０６の第２の表面１１８の半球反射率を測定するため、測定装置１１７、特に診断照明源１６０と共に動作するよう、ＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０を構成する。このような半球反射率値はそれから、高速ラジオメータ１６４に効果的に通信され、高速ラジオメータ１６４はこれらの値を使用して、ウェハ１２０の基板側１２４の反射率補償温度測定を作成する。
【０１０６】
半球反射率ルーチンの最初のステップは、図５に示される標準比ルーチン２２２に関して上に説明した最初のステップにいくらか類似している。しかし、半球反射率ルーチンの実行に先立ち、標準比ルーチンに関して上に説明した標準は、チャンバ１３０から取り除かれ半導体ウェハ１２０に置き換えられる。ウェハがその場所に収まると、図６に示される温度監視および制御ルーチン２２６が実行され、ウェハが一旦、１４５０ｎｍ診断波長における照射に対して不伝導になるのに十分な高温に達すると、上記のブロック６０４において開始する半球反射率ルーチンの実行という結果となる。
【０１０７】
本実施例において、半球反射率ルーチン２２４は、コードの第１のブロック７００から開始する。第１のブロック７００は、標準比ルーチンのブロック５００に関して上に説明した方法に類似した方法により、ウェハおよび参照ピースが診断照明源１６０によって照らされている間、ウェハ１２０の基板側１２４および参照ピース１４２のイメージを効果的に得るようにプロセッサ回路１１０に指示する。しかし、ウェハが今や約７００℃を越え熱いため、診断照明フラッシュの間にイメージング装置１６２によって得られたイメージは、診断照明源によって生成された放射の反射だけでなく、ウェハおよび参照ピースによって熱的に放射された放射をも含むであろう。従って、ワークピースの半球反射率を測定する目的のために、このような熱放射の影響を無視することができることは望ましい。このことは、多くの方法で達成することができる。例えば、診断照明源は、ワークピースからの熱放射が反射されたフラッシュと比較して無視してよいものとなるように、十分に強力な診断フラッシュを生成してもよい。本実施例において、しかし、ブロック７００は、ワークピースおよび参照ピースの３つのイメージの組を効果的に得るよう同期モジュール２０２に信号を送るため、プロセッサ回路に指示する。第１のイメージは診断照明フラッシュが開始する直前に獲得され、第２のイメージは診断照明フラッシュがウェハ１２０および参照ピース１４２を最大強度で照らしている間に獲得され、第３のイメージは診断照明フラッシュが終了した直後に獲得される。従って、第１のイメージおよび第３のイメージは事実上熱放射強度イメージであり、第２のイメージは熱放射強度と反射された診断照明フラッシュの強度を加算したものを表す。一旦このような３つのイメージの組が、デジタル・フレーム・グラバ・カード２００を介してプロセッサ回路１１０によって受信されると、プロセッサ回路は、イメージング装置のフォトダイオード・アレイにおける各フォトダイオードに対して、診断照明源がついていない間に獲得された第１および第３のイメージにおける、そのフォトダイオードに対するデータ値の平均を計算するよう指示される。この平均値は、第２のイメージが獲得された時間において、ウェハの（あるいは、場合によっては参照ピースの）対応する位置が熱的に放射した熱放射の強度の近似値を表す。従って、この平均値は、第２のイメージにおけるそのフォトダイオードに対する強度値から減算され、どんな熱放射コンポーネントも含まず診断照明フラッシュの反射された強度のみを表す、ウェハ１２０および参照ピース１４２の訂正された反射性イメージを生成する。
【０１０８】
ブロック７１０はそれから、標準比ルーチンのブロック５１０に関して説明した方法に類似した方法で、比率を計算するようプロセッサ回路１１０に指示する。この点に関して、参照ピース上の診断フラッシュ投射の強度はＩ０であり、従って、ワークピース１０６上の診断フラッシュ投射の強度はαＩ０であり、ここで、αはブロック５１０に関して言及したのと同じ定数であり、システム１００のジオメトリによって決定されることが思い出されるであろう。従って、参照ピース１４２は強度Ｉ０ＲＲＥＦで診断フラッシュを反射し、ここでＲＲＥＦは参照ピースの反射性であり、同様に、この場合はウェハ１２０であるワークピース１０６は強度αＩ０ＲＷＡＦで診断フラッシュを反射する。イメージング装置、特に、インジウムヒ化ガリウム・フォトダイオード・アレイのワークピース１０６の中央領域１７０に対応する個々のフォトダイオードによって、そして参照ピース１４２に対応するフォトダイオードによって生成された、訂正された反射性イメージのデータ値は、ワークピース（この場合ウェハ）によって反射された強度の参照ピースによって反射された強度に対する比、つまり、ＲＡＴＩＯＷＡＦ＝αＩ０ＲＷＡＦ／Ｉ０ＲＲＥＦ＝αＲＷＡＦ／ＲＲＥＦ、を計算し記憶するために使用される。結果としての比率値はそれから、ワークピース比レジスタ２７０に記憶される。
【０１０９】
ブロック７１０はそれから、ウェハ１２０の方向反射率ＲＷＡＦを識別するようプロセッサ回路に指示する。この点に関して、ＲａｔｉｏＷＡＦ／ＲａｔｉｏＳＴＤ＝ＲＷＡＦ／ＲＳＴＤであるので、ウェハの方向反射率ＲＷＡＦはそれから記憶された比（つまり、それぞれ標準比レジスタ２６６およびワークピース比レジスタ２７０の内容ＲＡＴＩＯＳＴＤおよびＲＡＴＩＯＷＡＦ）、および、標準の既知の反射率（つまり、標準反射率記憶２６４の内容）から解かれる。つまりＲＷＡＦ＝ＲａｔｉｏＷＡＦＲＳＴＤ／ＲａｔｉｏＳＴＤである。ブロック７１０は、ワークピースの方向反射率ＲＷＡＦを方向反射率レジスタ２７２に記憶するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。
【０１１０】
ブロック７２０は、それから散乱補正を生成し、その散乱補正を方向反射率ＲＷＡＦに適用してウェハ１２０の基板側１２４の半球反射率を得るよう、プロセッサ回路１１０に指示する。
【０１１１】
この点に関して、散乱補正は、システム１００のジオメトリおよびウェハ１２０の基板側１２４の性質から、決定あるいは予め決定してもよい。基板側１２４は通常完全な鏡の反射体ではないという事実により、角度Θにおける基板側上の放射投射は、角度Θにおいて完全には反射されず、むしろ角度Θ±ΔΘより大きい角度で反射される。ここでΔΘは、鏡による反射と実際の反射との間の差である。
【０１１２】
本実施例において、基板側１２４の重要な主要領域は中央領域１７０であり、中央領域１７０は、イメージング装置１６２のダイオードの組Γ上にマップされるであろう。しかし、散乱のため、中央領域１７０からの反射された診断フラッシュは、通常、ウェハ１２０のより大きな周辺中央領域１７２に対応する、ダイオードのいくらかより大きい組Π上にマップされるであろう。この、より大きい周辺中央領域１７２に対応するダイオードΠのそれぞれに対して、診断照明源１６０およびイメージング装置１６２の相対的角度を含むシステム１００の既知のジオメトリから、特有のΔΘが計算される。これらのダイオードのそれぞれに対するこのようなΔΘ値は、標準散乱理論を適用することによって獲得することができる。
【０１１３】
例えば、ウェハ１２０の基板側１２４の照らされたイメージが、診断照明源１６０およびイメージング装置１６２を使用して得られた場合（例えば、上記のブロック７００に関連して記述したような訂正された反射性イメージのように）、ダイオードΠのｉ番目のダイオードに対するΔΘ値は、以下のように計算してもよい。
【数１】
ここでｄｉは、“ウェハ単位”（つまり、実際のウェハ１２０の寸法）において測定された、イメージ内の最も明るいダイオードからｉ番目のダイオードまでの距離であり、ｒはウェハからイメージング装置１６２の実質的中央への距離である。ｄｉを正しく計算するために、イメージの大きさは、イメージ領域の正しいｘおよびｙサイズに目盛調整されなければならない。従って、このようなΔΘ値は、望ましい場合には予め計算して記憶しておいてもよく、あるいは、半球反射率ルーチンのブロック７２０の指示の下に、プロセッサ回路１１０によって作成されてもよい。いずれの場合も、本実施例においてΔΘ値は、散乱値レジスタ２７４に一時的に記憶される。
【０１１４】
ブロック７２０は、ΔΘ値およびブロック７００において上で得られた訂正反射性イメージに応答して散乱補正を生成するよう、プロセッサ回路に指示する。特に、ｉ番目のダイオードに対応する訂正反射強度データ値がＩｉで表される場合、ブロック７２０は、以下のように散乱補正Ｓを計算するようプロセッサ回路１１０に指示する。
【数２】
【０１１５】
上記の散乱補正は、弱い散乱に対する経験的相関関係である。あるいは、他の型の散乱補正を代わりに使用してもよい。このような代替案は、ウェハ１２０の代わりに他の型のウェハあるいはワークピースが使用される場合に、特に望ましい場合がある。
【０１１６】
散乱補正Ｓはそれから、散乱補正レジスタ２７６に記憶される。ブロック７２０はさらに、散乱補正を方向反射率ＲＷＡＦに適用して、ウェハ１２０の基板側１２４の半球反射率ＲＨを得るよう、プロセッサ回路１１０に指示する。ここで、ＲＨ＝ＳＲＷＡＦである。ブロック７２０は、半球反射率ＲＨを半球反射率レジスタ２７８に記憶するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。
【０１１７】
ブロック７３０はそれから、以下に基板温度ルーチン３１８に関して説明するように、ウェハ１２０の基板側１２４の放射率補償温度測定を作成するのに使用するために、半球反射率値ＲＨを高速ラジオメータ１６４に送信するよう、プロセッサ回路１１０に指示する。しかし、毎ミリ秒新しい基板温度値を生成する、高速ラジオメータ１６４の比較的高速のサンプリングレートにも関わらず、半球反射率ルーチン２２４は、プロセッサ回路１１０に、このような高速において半球反射率値を更新させる必要はない。この点において、放射率（従って反射率）は、温度が変化しても僅かしか変化しないことが理解されるであろう。従って、特定の応用の要求される正確度によって、連続する半球反射率値間の間隔が、高速ラジオメータによって作成された連続する温度値間の間隔よりかなり長いことで十分である。従って、いくつかの応用に対しては、例えば１０Ｈｚの率であっても、あるいは１Ｈｚの率であっても、半球反射率値を更新することで十分であるかもしれない。
【０１１８】
従って、ブロック７３０の実行に続いてブロック７４０は、熱サイクルが終了したかどうか決定するよう、プロセッサ回路１１０に指示し、まだ終了していない場合、プロセッサ回路は、例えば１００ｍｓあるいは１ｓのような受け入れ可能なリフレッシング間隔を待つように指示され、それから、上記のように新しい半球反射率値を生成するために、ブロック７００から７３０に戻るように指示される。このような処理は、熱サイクルが終了し、ウェハが閾値（本実施例においては、約７００℃）よりも低い温度に再び冷え、従って１４５０ｎｍ診断波長に対し不伝導でなくなるまで続く。
【０１１９】
基板温度ルーチン
図１、図３、および図８を参照すると、基板温度ルーチンが図８における３１８に示されている。一般に、基板温度ルーチン３１８は、ワークピース１０６の第２の表面１１８の温度を識別するように、高速ラジオメータ１６４のプロセッサ回路１１４を構成する。特に、プロセッサ回路１１４は、第２の表面の半球反射率および第２の表面によって熱的に放射される放射に応答して、第２の表面１１８の温度を識別するよう構成されている。
【０１２０】
基板温度ルーチンはコードの第１のブロック８００から開始し、第１のブロック８００は、半球反射率ルーチンに関して上で説明したように、プロセッサ回路１１０からの最初の半球反射率値ＲＨの受信を待つよう、プロセッサ回路１１４に指示する。
【０１２１】
この最初の半球反射率値の受信に続いて、ブロック８０２は、受信したＲＨ値を半球反射率レジスタ３２０に記憶するよう、プロセッサ回路１１４に指示する。
【０１２２】
ブロック８０４は、それからウェハ１２０の基板側１２４によって熱的に放射される放射の強度を測定するよう、プロセッサ回路１１４に指示する。特に、１４５０ｎｍ診断波長において、ブロック８０４は、基板側１２４の中央領域１７０によって熱的に放射される放射の強度ＩＴＨＥＲＭＡＬ（ｔ）を測定するよう、プロセッサ回路１１４に指示する。散乱の目的のために上で作成されたイメージとは異なり、この測定は、基板側１２４が診断フラッシュによって照らされていない時に実行されるように、従って、ラジオメータ１６４によって検出される唯一の放射が熱せられたウェハ１２０によって熱的に放射される放射であるように、同期がとられる。（水冷窓１５６の動作により、予熱装置１５０によって作成された放射は診断波長における波長を含まず、従って、予熱装置１５０がウェハ１２０を活発に照射している場合であっても、このような照射のどんな反射もラジオメータ１６４によって検出されないことが思い出されるであろう。）このことを達成するために、プロセッサ回路１１４は、ネットワーク２９２から受信した同期信号が診断照明源１６０が現在フラッシュしていると示さない限り、フォトダイオード３０６の増幅された出力の２０ビットのサンプルを表すＡ／Ｄ変換器３１０から受信された信号を監視するように指示される。同期信号が、診断照明源１６０が現在フラッシュしていると示す場合、このような熱的に放射される放射の測定は、診断照明源が切られるまで遅延される。
【０１２３】
ブロック８０６はそれから、ブロック８０４で測定された熱放射強度値およびプロセッサ回路１１０から受信した半球反射率値に応答して、ウェハ１２０の基板側１２４の温度を識別するよう、プロセッサ回路１１４に指示する。特に、測定された熱放射強度値ＩＴＨＥＲＭＡＬ（ｔ）は、以下のように、ウェハ１２０の基板側１２４の中央領域１７０の瞬間温度を計算するために使用される。
【数３】
ここで、
ＴＳＵＢＳＴＲＡＴＥ（ｔ）＝時間ｔにおける基板側１２４の中央領域１７０における瞬間温度である。
ＩＴＨＥＲＭＡＬ（ｔ）＝時間ｔにおける基板側１２４の中央領域１７０において熱的に放射される放射の測定された強度である。
εＨ＝診断フラッシュの方向への基板側１２４の放射率であり、κ（１−ＲＨ）と等しい。ここで、
ＲＨは、上記のように、基板側の半球反射率である。（ウェハはこのルーチンが実行されている全ての温度において、診断波長に対して不伝導であり、従って、透過率はゼロであり、半球反射性値から放射率を得るにあたり無視することができることが思い出されるであろう。）そして、
κは、高速ラジオメータとイメージング装置との間のチャンバ返しにおける差分を表すシステム定数である。理想的システムに対してはκ＝１であるが、ワークピースが３００ｎｍの直径の研磨シリコン・ウェハを含み、測定装置がここに記述されるような装置である本実施例においては、
【数４】
である。
λ＝ＩＴＨＥＲＭＡＬ（ｔ）が測定された診断波長である。（本実施例においては、λ＝１４５０ｎｍである。）
Δλ＝高速ラジオメータ１６４の通過幅である。（本実施例においては、±１５ｎｍである。）および、
ｃ、ｈ、ｋ、ｅ＝それぞれ、光速、プランク定数、ボルツマン定数、オイラー数である。
【０１２４】
ブロック８０６は、基板側温度値ＴＳＵＢＳＴＲＡＴＥ（ｔ）をＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０に送信し、上記に説明したように温度履歴記憶２４４に記憶するよう、プロセッサ回路１１４に指示する。
【０１２５】
ブロック８０８はそれから、ネットワーク２９２を介してプロセッサ回路１１０から新しい半球反射率値を受信しているかどうか決定するよう、プロセッサ回路１１４に指示して、受信している場合にプロセッサ回路は、新しい反射率値を半球反射率レジスタ３２０に記憶し新しく受信した反射性値を使用して基板温度値の獲得を継続するために、ブロック８０２に戻るよう指示される。新しい反射性値を受信していない場合にブロック８１０は、熱サイクルが終了したかどうかを決定するよう、プロセッサ回路１１４に指示し、終了していない場合にプロセッサ回路は、先に受信され記憶された半球反射率値を使用して基板温度値の獲得を継続するため、ブロック８０４に戻るように指示される。ブロック８０８において新しい半球反射率値が受信されているかどうかに関わり無く、本実施例において、ブロック８０６は、新しい基板温度値を獲得し送信するため、プロセッサ回路１１４によって毎ミリ秒一回再実行される。従って、プロセッサ回路１１４は、連続する各時間におけるワークピース１０６の第２の表面１１８の温度の連続する値を繰り返し識別し、このような値をプロセッサ回路１１０に送信するよう構成されている。プロセッサ回路１１０は、これらの値を記憶し、ワークピースの温度履歴を生成する。このような基板温度測定は、熱処理サイクル（予熱サイクル、フラッシュ・サイクルおよびそれに続く冷却段階を含む）が終了し、ウェハが１４５０ｎｍ診断波長に対してもはや不伝導ではない十分に低い温度に冷える後まで続く。
【０１２６】
リアルタイム装置側温度監視および制御ルーチン
図１、図４、および図９を参照すると、リアルタイム装置側温度ルーチンが図９における４２０において示されている。一般に、このルーチンは、第１の表面１０４から熱的に放射される放射の現在の強度および各先の時間における第１の表面の少なくとも１つの先の熱特性に応答して、ワークピース１０６の第１の表面１０４の現在の温度（本実施例においては、ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ））を識別するよう、超高速ラジオメータ４００のプロセッサ回路１０８を構成する。特に、本実施例において少なくとも１つの先の熱特性は、第１の表面１０４の先の温度、および、第１の表面が先の温度であった時に第１の表面から熱的に放射された放射の先の強度を含む。さらに特に、本実施例において、少なくとも１つの先の熱特性は、照射フラッシュの開始直前のウェハ１２０の装置側１２２の先の温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）、および、これに対応する照射フラッシュの開始直前の装置側からの熱放射の先の強度ＩＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）を含む。
【０１２７】
本実施例において、プロセッサ回路１０８は、フラッシュの持続時間に比較した速い率において、照射フラッシュの間にこのような現在の温度値ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）を識別するように指示される。従って、本実施例において、Ａ／Ｄ変換器４１２は、１ＭＨｚの率においてフォトダイオード４０６からの増幅された信号をサンプリングするため、１０００までの連続する温度値を１ミリ秒のフラッシュの間に作成することができ、例えば、各連続する温度値は、フラッシュの間の次の連続する１マイクロ秒の間隔において、装置側の温度を表す。このようなリアルタイム温度値は、望ましい場合、フラッシュ自身のフィードバック制御のために使用してもよい。あるいは、これらのリアルタイム温度値がフラッシュのフィードバック制御のために使用されない場合であっても、これらは、システムのユーザがウェハ処理における何らかの重要な不整合を検出できるようにするため、フラッシュが完了した後の分析にとって有用であろう。
【０１２８】
リアルタイム装置側温度ルーチン４２０は、コードの第１のブロック９００から開始し、ブロック９００は、時間における連続する瞬間において、ウェハ１２の装置側１２２の中央領域１７０によって熱的に放射される放射の強度を表し、熱強度値ＩＤＥＶＩＣＥ（ｔ）を連続的に測定し記憶するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。また本実施例において、Ａ／Ｄ変換器は１ＭＨｚにおいてフォトダイオード４０６からの増幅された信号をサンプリングするため、望ましい場合、１００万までのこのような値を毎秒記憶することができる。プロセッサ回路１０８は、このような熱強度値およびこれらの対応する時間を装置側熱放射強度記憶４３０に記憶するように指示される。
【０１２９】
ブロック９１０は、ＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０から最初の装置側温度値ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）を受信し、受信した値を最初の装置側温度レジスタ４３２に記憶するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。図６を再び参照すると、この値ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）は、照射システムによって生成された加熱フラッシュの開始直前の装置側温度を表し、フラッシュ・サイクルの開始とほぼ同時にプロセッサ回路１０８に送信されることが思い出されるであろう。最初の装置側温度値ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）の受信および記憶にあたり、ブロック９１０はまた、対応する同時装置側熱放射強度値ＩＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）を最初の装置側熱強度レジスタ４３４に記憶するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。
【０１３０】
従って、これらの最初の温度および強度値がプロセッサ回路１０８によって記憶されるのとほぼ同時に、照射システムはフラッシュ・サイクルを開始し、ウェハ１２０の装置側１２２を１ミリ秒のオーダの持続時間を有する高エネルギのフラッシュにさらして、これにより装置側１２２に近接する浅い層のみが最終アニーリング温度にまで加熱される一方、ウェハ１２０の大部分が中間温度に近い温度に保たれるように、ウェハにおける熱伝導率よりかなり速い率でウェハの装置側１２２を急速に加熱する。
【０１３１】
ブロック９２０および９３０はそれから、フラッシュ・サイクルの間の次の連続する瞬間（本実施例においては、次の連続する１マイクロ秒間隔）において装置側１２４の温度を測定するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。
【０１３２】
このことを達成するために、ブロック９２０は、ウェハ１２０の装置側１２２の中央領域１７０によって熱的に放射される放射の強度を表す、リアルタイム強度値ＩＤＥＶＩＣＥ（ｔ）を測定し記憶するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。このことを達成するために、プロセッサ回路１０８は、Ａ／Ｄ変換器４１２からフォトダイオード４０６からの増幅された信号である１６ビットのサンプルを受信し、上記のように、それを装置側熱放射強度記憶４３０に記憶する。（適用可能な場合、同時に実行している動的目盛調整ルーチン４２２は、内部参照装置４５０から受信した信号に基づき、記憶に先立ち受信したサンプル値を調整するよう、プロセッサ回路１０８に指示してもよい。）
【０１３３】
ブロック９３０は、それから、装置側の先の熱特性に応答して、装置側１２２の中央領域１７０の現在のリアルタイム温度を識別するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。特に、ブロック９３０は、以下のように現在のリアルタイム装置側温度を計算するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。
【数５】
ここで、
ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）＝ワークピースの中央領域１７０における装置側１２２のリアルタイム温度である。
ＩＤｅｖｉｃｅ（ｔ）＝ワークピースの中央領域１７０における装置側１２２からの熱放射強度の、超高速ラジオメータ４００によって作成されたリアルタイム測定値である。
ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）＝照射システム１８０によって生成される加熱フラッシュの開始直前の、中央領域１７０における装置側１２２の瞬間温度である。
ＩＤＥＶＩＣＥ（ｔ０）＝加熱フラッシュの開始直前の、中央領域１７０における装置側１２２からの熱放射の瞬間強度である。
残りの変数および定数は、上に定義したものと同様である。
【０１３４】
ブロック９３０における上記の計算において、装置側１２２の放射率は、フラッシュ・サイクルの間一定に保たれると想定される。この想定は完全に正確なわけではないけれども、類似するウェハの放射率は、類似する熱サイクルを受けた場合同様に変化するであろう。従って、一定の放射率を想定することで、最高アニーリング温度の近くにおける装置側温度測定においてわずかな測定誤差を生むとしても、このような誤差は、類似するサイクルにおける類似するウェハに対しても一貫して再生されるものである。従って、このような誤差のいずれも、結果としての熱サイクルの再生産性に影響を与えるものではない。
【０１３５】
本実施例において、ブロック９２０および９３０の実行は、照射システム１８０によって照射フラッシュが生成されている間、かなりの回数繰り返される。特に、本実施例において、照射フラッシュは１ミリ秒のオーダの持続時間を有し、ブロック９２０および９３０は毎マイクロ秒に１回繰り返され、それにより、１ミリ秒のフラッシュ・サイクルの間に１０００個の連続するリアルタイム装置側温度値を生成する。従って、本実施例において、リアルタイム装置側温度ルーチンは、第１の表面が照射されている間、特に、第１の表面がワークピースの熱伝導時間より短い持続時間を有する照射フラッシュにさらされている間、第１の表面によって熱的に放射される現在の放射の強度の連続する各値に応答して、第１の表面１０４の現在の温度の連続する値を繰り返し識別するようにプロセッサ回路１０８を構成する。
【０１３６】
望ましい場合、リアルタイム装置側温度ルーチン４２０は、リアルタイム温度値に応答して、照射システムによって生成される照射フラッシュの電力を制御するよう、超高速ラジオメータ４００のプロセッサ回路１０８に指示するための命令コードを含んでもよい。
【０１３７】
例えば、本実施例において、リアルタイム装置側温度ルーチン４２０はコードのさらなるブロック９４０を含み、ブロック９４０は、照射フラッシュの電力を制御するため、照射システム１８０に供給される電力を制御するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。特に、本実施例において、ブロック９４０は、少なくとも１つの予め定義された条件が満たされたかどうかを決定するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。さらに特に、ブロック９４０は、最近得たリアルタイム装置側温度値ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）がフラッシュの間の装置側１２２の予め定義された最大の望ましい温度以上であるかどうかを決定するよう、プロセッサ回路１０８に指示する。そうである場合、ブロック９４０は、電力制御システムから閃光灯１８２への電力のパルス付放電の残りを直ちに中止するため、照射システム１８０の電力制御システム１８８に信号を送るよう、プロセッサ回路１０８に指示する。
【０１３８】
例えば、図１０を参照すると、本発明の１つの実施例による電力制御システム１８８の電力制御回路が、９６０において概略的に示されている。照射フラッシュを生成するために閃光灯１８２に供給される蓄積された電荷は、大容量コンデンサ・バンクに蓄積され、コンデンサ・バンクは図示しやすくするために、図１０においては単一のコンデンサ９６２によって記号化されている。スイッチ９６４および誘導器９６６は、コンデンサの１つのプレートと閃光灯１８２の１つの電極との間に直列に置かれ、閃光灯の他の電極はコンデンサの他のプレートに接続している。実施例において、フラッシュの閉ループ・フィードバック制御は必要ではなく、スイッチ９６４はその導電状態からその開いた状態、つまり非導電状態に容易に戻される必要はない。従って、このような実施例において、フラッシュの間の期待される電流放電より小さい保持電流を有するシリコン制御整流器をスイッチ９６４として使用してもよい。あるいは、しかし、フィードバック制御がこのような回路に望ましい場合にスイッチ９６４は、スイッチがコンデンサ９６２からの大きな期待される放電電流を導電する過程において、その導電状態からその非導電状態に容易に戻される型のスイッチを含むことが望ましい。このような実施例において、ブロック９４０におけるプロセッサ回路１０８が、装置側温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）が予め定義された最大の望ましい温度以上であると決定した場合に、プロセッサ回路１０８は、コンデンサ９６２からの電気放電を中止するため、スイッチ９６４を開くように指示される。
【０１３９】
同様に、望ましい場合には、ブロック９４０が、リアルタイム装置側温度値ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）を、フラッシュ・サイクルの間の同じ時間ｔに対する期待されあるいは予測される装置側温度と周期的に比較するよう、プロセッサ回路１０８に指示してもよく、実際と期待される装置側温度との間のどんな不一致をも最小にするために、電力制御システム１８８によって閃光灯１８２に供給される電力を増加あるいは減少させてもよい。
【実施例２】
【０１４０】
例えば、図１１を参照すると、本発明の第２の実施例による電力制御システム１８８の電力制御回路が９７０に概略的に示されている。照射フラッシュを生成するために放電されるコンデンサ・バンクはまた、図示しやすくするために、単一のコンデンサ９６２として記号的に示されている。コンデンサ９６２の１つのプレートを閃光灯の１つの電極に接続している第１の電気経路９７２に沿って、スイッチ９７４と誘電器９７６がその中間に直列に置かれている。第２の電気経路９７８は、コンデンサの他のプレートを閃光灯の他の電極に接続している。直列の抵抗器９８０および第２のスイッチ９８２は、第１の電気経路９７２と第２の電気経路９７８との間に接続され、抵抗器は第１のスイッチ９７４と誘電器９７６との間のポイント９８４において第１の電気経路９７２に接続し、第２のスイッチ９８６はポイント９８６において第２の電気経路９７８に接続している。第２のスイッチ９８２は、例えばシリコン制御整流器のようなゲート制御スイッチを含んでもよい。さらに一般的には、任意の適する型のスイッチをスイッチ９７４および９８２として使用してもよい。第１のスイッチ９７４が、フラッシュを開始するためにＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０によって最初に閉じられる時、第２のスイッチ９８２は開いたままである。ブロック９４０において、超高速ラジオメータ４００のプロセッサ回路１０８が、装置側温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）がフラッシュの間の所定の時点における望ましい温度より高いと決定した場合には、ブロック９４０は、ゲート信号を第２のスイッチ９８２のゲートに適用して第２のスイッチを閉じ、コンデンサ９６２によって放電される電流のいくらかの部分が抵抗器９８０を通って流れるよう、プロセッサ回路１０８に指示し、これにより、コンデンサ９６２によって閃光灯１８２に供給される電流を減少させる。
【実施例３】
【０１４１】
同様に図１２を参照すると、本発明の第３の実施例による電力制御システム１８８の電力制御回路が、９９０において概略的に示されている。照射フラッシュを生成するために放電されるコンデンサ・バンクは、ここでも図示しやすくするため単一のコンデンサ９６２として記号的に示されている。コンデンサ９６２の第１のプレートを、閃光灯１８２の第１の電極に接続している第１の電気経路９９１に沿って、第１のスイッチ９９２、第１の誘電器９９３、および第２のスイッチ９９５と並列の第２の誘電器９９４が、その間に直列に置かれている。この点に関して第２のスイッチ９９５は、第１の電気経路９９１の電気副経路９９６に沿って、その間に置かれている。電気副経路９９６の１つの端は、第１の誘電器９９３と第２の誘電器９９４との間に置かれたポイント９９７に接続している。電気副経路９９６のもう１つの端は、第２の誘電器９９４と閃光灯１８２の第１のプレートとの間に置かれたポイント９９８に接続している。第２のスイッチ９９５は、例えばシリコン制御整流器のようなゲート制御スイッチを含んでもよい。さらに一般的には、任意の適当な型のスイッチを、スイッチ９９２および９９５として使用してもよい。第２の電気経路９９９は、コンデンサ９６２の第２のプレートを閃光灯１８２の第２の電極に接続している。第１のスイッチ９９２が、フラッシュを開始するためにＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０によって最初に閉じられる場合、第２のスイッチ９９５は開いたままである。ブロック９４０において超高速ラジオメータ４００のプロセッサ回路１０８が、装置側温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）がフラッシュの間の所定の時点における望ましい温度より低いと決定した場合、ブロック９４０は、ゲート信号を第２のスイッチ９９５のゲートに適用して第２のスイッチを閉じるよう、プロセッサ回路１０８に指示し、これにより、コンデンサ９６２によって閃光灯１８２に供給される電流を増加させる。
【０１４２】
本実施例において、フィードバック制御ブロック９４０が提供されているかどうかに関わらず、ブロック９５０は、熱サイクル（予熱サイクル、フラッシュ・サイクル、およびそれに続く冷却段階を含む）が終了し、ウェハが１４５０ｎｍ診断波長に対してもはや不伝導ではない十分に低い温度まで冷えたかどうかを決定するよう、プロセッサ回路に指示する。熱サイクルがまだ終了していない場合、プロセッサ回路はブロック９２０および９３０に戻るように指示され、これらのブロックは、照射フラッシュおよびその後の冷却段階の間、１マイクロ秒の間隔においてリアルタイム装置側温度を繰り返し識別し続けるために、プロセッサ回路１０８によって繰り返し再実行される。
【実施例４】
【０１４３】
さらなる例示的代替例
図１、図４、図６、図９および図１３を参照すると、本発明の第４の実施例による、温度測定およびワークピースの熱処理のためのシステムが、図１３の１０００において概略的に示されている。システム１０００は、代替的照射システム１０１０が照射システム１８０に代わって使用されていることを除き、概して図１に示されるシステム１００に類似している。
【０１４４】
本実施例において、照射システム１０１０は、１０２０に概略的に示される複数の照射源、特に、図１に示される閃光灯１８２に類似する複数のアーク灯を含む。少なくとも１つのプロセッサ回路（特に、超高速ラジオメータ４００のプロセッサ回路１０８）は、第１の表面の現在の温度が予め定義された閾値より低い場合にのみ複数の照射源の１つを起動するように構成されている。
【０１４５】
特に本実施例において、照射システム１０１０は、少なくとも２つの独立した電力制御システム１０３０および１０４０を含み、これらの各々は、図１に示される電力制御システム１８８のパルス放電電力供給装置に類似している。第１の電力制御システム１０３０は、第１、第２および第３のアーク灯１０３２、１０３４および１０３６に電力を供給し、第２の電力制御システム１０４０は、第４のアーク灯１０４２に電力を供給する。本実施例において、第１の電力制御システム１０３０は、図６に示される温度監視および制御ルーチン２２６のブロック６１６に関して上に説明したように、ＲＳＣ１１２のプロセッサ回路１１０の指示の下に起動される。
【０１４６】
しかし、本実施例において、第２の電力制御システム１０４０は、ＲＳＣ１１２によって制御されない。むしろ、本実施例において、第２の電力制御システム１０４０は、図９に示されるリアルタイム装置側温度ルーチン４２０のブロック９４０の指示の下に、超高速ラジオメータ４００のプロセッサ回路１０８によって起動される。特に、本実施例において、ブロック９４０は、フラッシュ・サイクルの開始に続く予め定義された間隔の後に、現在の装置側温度ＴＤＥＶＩＣＥ（ｔ）が予め定義された望ましい温度より低い場合にのみ、第２の電力制御システム１０４０を起動するようプロセッサ回路１０８に指示する。従って、本実施例において、第４のアーク灯に放電されるエネルギは、ウェハの装置側１２２が望ましい温度に達するよう調整される。
【０１４７】
あるいは望ましい場合には、プロセッサ回路１０８の制御の下にある閃光灯あるいは他の適当な照射源の数は、多様であってよい。
【０１４８】
より一般的に本発明の特定の実施例を記述し説明してきたが、このような実施例は本発明の説明としてのみ考慮されるべきであり、付随する請求項に従って解釈される本発明を制限するものではない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースの熱処理のための方法であって、
ａ）ワークピースの第１の表面の温度を識別するステップと、
ｂ）前記第１の表面の温度に応答して、前記ワークピースの前記第１の表面上に投射される照射フラッシュのエネルギを制御するステップと、
を含む、前記方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記識別するステップは、前記照射フラッシュの最初の部分での前記第１の表面の温度を識別することを含み、
前記制御するステップは、前記照射フラッシュの残りの部分の電力を制御することを含む、前記方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、更に、前記照射フラッシュを生成することを含み、前記照射フラッシュは、前記ワークピースの熱伝導時間より短い持続時間を有する、前記方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
前記識別するステップは、前記第１の表面が前記照射フラッシュにさらされている間に、前記第１の表面の温度の連続する値を繰り返し識別することを含み、前記照射フラッシュは前記ワークピースの熱伝導時間よりも短い持続時間を有する、前記方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法において、
前記ワークピースの前記第１の表面は、パターニングされた表面を含み、
前記識別するステップは、前記照射フラッシュの前記最初の部分での前記パターニングされた表面の温度を識別することを含む、前記方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法において、
前記ワークピースの前記第１の表面は、半導体ウェハの装置側を含み、
前記識別するステップは、前記照射フラッシュの前記最初の部分での前記装置側の温度を識別することを含む、前記方法。
【請求項７】
請求項２に記載の方法において、
前記制御するステップは、前記照射フラッシュのエネルギの出力を減少させることを含む、前記方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
前記減少させることは、少なくとも一部の電気パルスを、該電気パルスからの照射フラッシュを生成する少なくとも一つの照射装置へ流すことを含む、前記方法。
【請求項９】
請求項２に記載の方法において、
前記制御するステップは、前記照射フラッシュのピークの電力の出力を増加させることを含む、前記方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、
前記増加させることは、少なくとも一部の電気パルスを、該電気パルスからの照射フラッシュを生成する少なくとも一つの照射装置と電気的に通信する誘導器へ流すことを含む、前記方法。
【請求項１１】
請求項２に記載の方法において、
前記制御するステップは、前記照射フラッシュが生成された前記電気パルスの少なくとも一部の方向を変えることを含む、前記方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、更に、照射装置を通して前記電気パルスの放電を開始するために、第１のスイッチを閉じることにより前記照射フラッシュを初期化することを含み、
前記方向を変えることは、前記電気パルスの前記少なくとも一部の方向を変えるために、第２のスイッチを閉じることを含む、
前記方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法において、
前記方向を変えることは、前記少なくとも一部の前記電気パルスを前記照射装置の代わりに前記スイッチを通して流すために、照射装置に接続されたスイッチを閉じることを含む、前記方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
前記スイッチは、レジスタに直列に接続し、
前記スイッチおよび前記レジスタは、前記照射装置に接続され、
前記方向を変えることは、前記少なくとも一つの前記電気パルスを前記照射装置の代わりに前記スイッチおよび前記レジスタを通じて流すために、前記スイッチを閉じることを含む、前記方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法において、
前記電気パルスの最初の部分は、第１の経路に沿って進み、前記照射フラッシュの前記最初の部分を生成し、
前記少なくとも一部の前記電気パルスの前記方向を変えることは、前記第１の経路よりも低いインダクタンスを有する第２の経路に沿った前記電気パルスの残りの部分の少なくとも一部の方向を変えることを含む、前記方法。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一つに記載の方法であって、
ワークピースの前記第１の表面の温度を識別する前記ステップは、前記第１の表面から熱的に放射される放射の現在の強度を測定することと、該現在の強度に応答して前記第１の表面の現在の温度を識別し、各現在の時間での前記第１の表面の先の温度を識別し、前記先の時間での前記第１の表面から熱的に放射される放射の先の強度を識別することとを含む、前記方法。
【請求項１７】
ワークピースの熱処理のための装置であって、
ａ）ワークピースの第１の表面の温度を識別するよう構成された温度測定システムと、
ｂ）前記ワークピースの前記第１の表面上に投射される照射フラッシュのエネルギを制御するよう構成された照射制御システムと、
を含む、前記装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置において、
前記照射制御システムは、前記ワークピースの前記第１の表面が前記照射フラッシュにさらされるよう動作する照射システムと、前記照射フラッシュの前記エネルギを制御する前記照射システムを制御するよう構成されたプロセッサ回路とを含む、前記装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置において、
前記温度測定システムは、前記照射フラッシュの最初の部分での前記第１の表面の前記温度を識別するよう構成され、
前記照射制御システムは、前記照射フラッシュの残りの部分の前記電力を制御するよう構成された、前記装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の装置であって、
前記照射システムは、前記ワークピースの熱伝導時間よりも短い持続時間を有するよう前記照射フラッシュを生成するよう動作する、前記装置。
【請求項２１】
請求項１７に記載の装置であって、
前記温度測定システムは、前記第１の表面が前記照射フラッシュにさらされている間に、前記第１の表面の温度の連続的な値を繰り返し識別するよう構成され、前記照射フラッシュは、前記ワークピースの熱伝導時間よりも短い持続時間を有する、前記装置。
【請求項２２】
請求項１９に記載の装置であって、
前記プロセッサ回路は、前記照射フラッシュのエネルギの出力を減少させるよう前記照射システムを制御するよう構成された、前記装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置であって、
前記プロセッサ回路は、少なくとも一部の電気パルスを該電気パルスからの前記照射フラッシュを生成する少なくとも一つの照射装置へ流すよう構成された、前記装置。
【請求項２４】
請求項１９に記載の装置であって、
前記プロセッサ回路は、前記照射フラッシュのピークの電力の出力を増加させるよう前記照射システムを制御するよう構成された、前記装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置であって、
前記プロセッサ回路は、少なくとも一部の電気パルスを、該電気パルスからの前記照射フラッシュを生成する少なくとも一つの照射装置と電気的に通信する誘導器へ流すよう構成された、前記装置。
【請求項２６】
請求項１９に記載の装置であって、
前記照射制御システムは、電気パルス生成器および前記照射システムの少なくとも一つの照射装置と通信する、方向変換器を含む、前記装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の装置であって、
前記照射制御システムは、第１のスイッチを含み、
前記方向変換器は、第２のスイッチを含み、
前記プロセッサ回路は、少なくとも一つの照射装置を通じて前記電気パルスの放電を開始するために、前記第１のスイッチを閉じるよう構成され、
前記プロセッサ回路は、前記少なくとも一部の電気パルスの方向を変えるために、前記第２のスイッチを閉じる、前記装置。
【請求項２８】
請求項２６に記載の装置であって、
前記方向変換器は、半導体のスイッチを含む、前記装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の装置であって、
前記半導体のスイッチは、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）を含む、前記装置。
【請求項３０】
請求項２６に記載の装置であって、
前記方向変換器は、前記少なくとも一つの照射装置に接続されたスイッチを含み、
前記プロセッサ回路は、前記少なくとも一部の電気パルスを前記少なくとも一つの照射装置の代わりに前記レジスタを通じて流すために、前記スイッチを閉じるよう構成された、前記装置。
【請求項３１】
請求項２６に記載の装置であって、
前記方向変換器は、スイッチおよびレジスタを直列に含み、
前記スイッチおよび前記レジスタは、前記少なくとも一つの照射装置に接続され、
前記プロセッサ回路は、前記少なくともの一部の電気パルスを前記少なくとも一つの照射装置の代わりに前記スイッチおよび前記レジスタを通じて流すために、前記スイッチを閉じるよう構成された、前記装置。
【請求項３２】
請求項２６に記載の装置であって、
前記電気パルス生成器および前記少なくとも一つの照射装置は、前記照射フラッシュの前記最初の部分を生成する第１の経路を介して、互いに電気的に通信し、
前記プロセッサ回路は、前記電気パルスの生成器および前記少なくとも一つの照射装置が、前記第１の経路よりも低いインダクタンスを有する第２の経路を介して、互いに電気的に通信するよう前記方向変換器を制御するよう構成された、前記装置。
【請求項３３】
請求項１７から３２に記載の装置であって、
前記温度測定システムは、前記第１の表面から熱的に放射される放射の現在の強度を測定するよう構成された測定装置を含み、
前記温度測定システムは、前記現在の強度に応答して前記第１の表面の現在の温度を識別し、各時間での前記第１の表面の先の温度を識別し、前記先の時間での前記第１の表面から熱的に放射される放射の先の強度を識別するよう構成された、前記装置。
【請求項１】
ワークピースの熱処理のための方法であって、
ａ）ワークピースの第１の表面の温度を識別するステップと、
ｂ）前記第１の表面の温度に応答して、前記ワークピースの前記第１の表面上に投射される照射フラッシュのエネルギを制御するステップと、
を含む、前記方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記識別するステップは、前記照射フラッシュの最初の部分での前記第１の表面の温度を識別することを含み、
前記制御するステップは、前記照射フラッシュの残りの部分の電力を制御することを含む、前記方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、更に、前記照射フラッシュを生成することを含み、前記照射フラッシュは、前記ワークピースの熱伝導時間より短い持続時間を有する、前記方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、
前記識別するステップは、前記第１の表面が前記照射フラッシュにさらされている間に、前記第１の表面の温度の連続する値を繰り返し識別することを含み、前記照射フラッシュは前記ワークピースの熱伝導時間よりも短い持続時間を有する、前記方法。
【請求項５】
請求項２に記載の方法において、
前記ワークピースの前記第１の表面は、パターニングされた表面を含み、
前記識別するステップは、前記照射フラッシュの前記最初の部分での前記パターニングされた表面の温度を識別することを含む、前記方法。
【請求項６】
請求項２に記載の方法において、
前記ワークピースの前記第１の表面は、半導体ウェハの装置側を含み、
前記識別するステップは、前記照射フラッシュの前記最初の部分での前記装置側の温度を識別することを含む、前記方法。
【請求項７】
請求項２に記載の方法において、
前記制御するステップは、前記照射フラッシュのエネルギの出力を減少させることを含む、前記方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
前記減少させることは、少なくとも一部の電気パルスを、該電気パルスからの照射フラッシュを生成する少なくとも一つの照射装置へ流すことを含む、前記方法。
【請求項９】
請求項２に記載の方法において、
前記制御するステップは、前記照射フラッシュのピークの電力の出力を増加させることを含む、前記方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、
前記増加させることは、少なくとも一部の電気パルスを、該電気パルスからの照射フラッシュを生成する少なくとも一つの照射装置と電気的に通信する誘導器へ流すことを含む、前記方法。
【請求項１１】
請求項２に記載の方法において、
前記制御するステップは、前記照射フラッシュが生成された前記電気パルスの少なくとも一部の方向を変えることを含む、前記方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、更に、照射装置を通して前記電気パルスの放電を開始するために、第１のスイッチを閉じることにより前記照射フラッシュを初期化することを含み、
前記方向を変えることは、前記電気パルスの前記少なくとも一部の方向を変えるために、第２のスイッチを閉じることを含む、
前記方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法において、
前記方向を変えることは、前記少なくとも一部の前記電気パルスを前記照射装置の代わりに前記スイッチを通して流すために、照射装置に接続されたスイッチを閉じることを含む、前記方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
前記スイッチは、レジスタに直列に接続し、
前記スイッチおよび前記レジスタは、前記照射装置に接続され、
前記方向を変えることは、前記少なくとも一つの前記電気パルスを前記照射装置の代わりに前記スイッチおよび前記レジスタを通じて流すために、前記スイッチを閉じることを含む、前記方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法において、
前記電気パルスの最初の部分は、第１の経路に沿って進み、前記照射フラッシュの前記最初の部分を生成し、
前記少なくとも一部の前記電気パルスの前記方向を変えることは、前記第１の経路よりも低いインダクタンスを有する第２の経路に沿った前記電気パルスの残りの部分の少なくとも一部の方向を変えることを含む、前記方法。
【請求項１６】
請求項１から１５のいずれか一つに記載の方法であって、
ワークピースの前記第１の表面の温度を識別する前記ステップは、前記第１の表面から熱的に放射される放射の現在の強度を測定することと、該現在の強度に応答して前記第１の表面の現在の温度を識別し、各現在の時間での前記第１の表面の先の温度を識別し、前記先の時間での前記第１の表面から熱的に放射される放射の先の強度を識別することとを含む、前記方法。
【請求項１７】
ワークピースの熱処理のための装置であって、
ａ）ワークピースの第１の表面の温度を識別するよう構成された温度測定システムと、
ｂ）前記ワークピースの前記第１の表面上に投射される照射フラッシュのエネルギを制御するよう構成された照射制御システムと、
を含む、前記装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の装置において、
前記照射制御システムは、前記ワークピースの前記第１の表面が前記照射フラッシュにさらされるよう動作する照射システムと、前記照射フラッシュの前記エネルギを制御する前記照射システムを制御するよう構成されたプロセッサ回路とを含む、前記装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の装置において、
前記温度測定システムは、前記照射フラッシュの最初の部分での前記第１の表面の前記温度を識別するよう構成され、
前記照射制御システムは、前記照射フラッシュの残りの部分の前記電力を制御するよう構成された、前記装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の装置であって、
前記照射システムは、前記ワークピースの熱伝導時間よりも短い持続時間を有するよう前記照射フラッシュを生成するよう動作する、前記装置。
【請求項２１】
請求項１７に記載の装置であって、
前記温度測定システムは、前記第１の表面が前記照射フラッシュにさらされている間に、前記第１の表面の温度の連続的な値を繰り返し識別するよう構成され、前記照射フラッシュは、前記ワークピースの熱伝導時間よりも短い持続時間を有する、前記装置。
【請求項２２】
請求項１９に記載の装置であって、
前記プロセッサ回路は、前記照射フラッシュのエネルギの出力を減少させるよう前記照射システムを制御するよう構成された、前記装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置であって、
前記プロセッサ回路は、少なくとも一部の電気パルスを該電気パルスからの前記照射フラッシュを生成する少なくとも一つの照射装置へ流すよう構成された、前記装置。
【請求項２４】
請求項１９に記載の装置であって、
前記プロセッサ回路は、前記照射フラッシュのピークの電力の出力を増加させるよう前記照射システムを制御するよう構成された、前記装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置であって、
前記プロセッサ回路は、少なくとも一部の電気パルスを、該電気パルスからの前記照射フラッシュを生成する少なくとも一つの照射装置と電気的に通信する誘導器へ流すよう構成された、前記装置。
【請求項２６】
請求項１９に記載の装置であって、
前記照射制御システムは、電気パルス生成器および前記照射システムの少なくとも一つの照射装置と通信する、方向変換器を含む、前記装置。
【請求項２７】
請求項２６に記載の装置であって、
前記照射制御システムは、第１のスイッチを含み、
前記方向変換器は、第２のスイッチを含み、
前記プロセッサ回路は、少なくとも一つの照射装置を通じて前記電気パルスの放電を開始するために、前記第１のスイッチを閉じるよう構成され、
前記プロセッサ回路は、前記少なくとも一部の電気パルスの方向を変えるために、前記第２のスイッチを閉じる、前記装置。
【請求項２８】
請求項２６に記載の装置であって、
前記方向変換器は、半導体のスイッチを含む、前記装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の装置であって、
前記半導体のスイッチは、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）を含む、前記装置。
【請求項３０】
請求項２６に記載の装置であって、
前記方向変換器は、前記少なくとも一つの照射装置に接続されたスイッチを含み、
前記プロセッサ回路は、前記少なくとも一部の電気パルスを前記少なくとも一つの照射装置の代わりに前記レジスタを通じて流すために、前記スイッチを閉じるよう構成された、前記装置。
【請求項３１】
請求項２６に記載の装置であって、
前記方向変換器は、スイッチおよびレジスタを直列に含み、
前記スイッチおよび前記レジスタは、前記少なくとも一つの照射装置に接続され、
前記プロセッサ回路は、前記少なくともの一部の電気パルスを前記少なくとも一つの照射装置の代わりに前記スイッチおよび前記レジスタを通じて流すために、前記スイッチを閉じるよう構成された、前記装置。
【請求項３２】
請求項２６に記載の装置であって、
前記電気パルス生成器および前記少なくとも一つの照射装置は、前記照射フラッシュの前記最初の部分を生成する第１の経路を介して、互いに電気的に通信し、
前記プロセッサ回路は、前記電気パルスの生成器および前記少なくとも一つの照射装置が、前記第１の経路よりも低いインダクタンスを有する第２の経路を介して、互いに電気的に通信するよう前記方向変換器を制御するよう構成された、前記装置。
【請求項３３】
請求項１７から３２に記載の装置であって、
前記温度測定システムは、前記第１の表面から熱的に放射される放射の現在の強度を測定するよう構成された測定装置を含み、
前記温度測定システムは、前記現在の強度に応答して前記第１の表面の現在の温度を識別し、各時間での前記第１の表面の先の温度を識別し、前記先の時間での前記第１の表面から熱的に放射される放射の先の強度を識別するよう構成された、前記装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００９−９２６７６（Ｐ２００９−９２６７６Ａ）
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２２１９（Ｐ２００９−１２２１９）
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【分割の表示】特願２００３−５６０４９４（Ｐ２００３−５６０４９４）の分割
【原出願日】平成１４年１２月２３日（２００２．１２．２３）
【出願人】（５０３２００８００）マトソン テクノロジー カナダ インコーポレイテッド (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【分割の表示】特願２００３−５６０４９４（Ｐ２００３−５６０４９４）の分割
【原出願日】平成１４年１２月２３日（２００２．１２．２３）
【出願人】（５０３２００８００）マトソン テクノロジー カナダ インコーポレイテッド (10)
【Ｆターム（参考）】
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