TWI875971B - 熱處理系統中基於透過率的工件溫度測量 - Google Patents

Abstract

用於執行熱處理的熱處理系統可以包括被配置為用於支撐工件的工件支撐板以及被配置為用於加熱工件的熱源。所述熱處理系統可以包括具有在測量波長範圍內對電磁輻射透明的透明區域和在部分測量波長範圍內對電磁輻射不透明的不透明區域的視窗。溫度測量系統可以包括：多個紅外發射器，其被配置為發射紅外輻射；以及多個紅外感測器，其被配置為在測量波長範圍內測量紅外輻射，在測量波長範圍內，所述透明區域至少部分地位於紅外感測器的視野內。控制器可以被配置為執行包括獲得與工件相關聯的透射率和反射率測量值以及基於該測量值確定小於約600℃的工件溫度的操作。

Description

熱處理系統中基於透過率的工件溫度測量

本公開總體上涉及熱處理系統，例如可操作用於執行工件熱處理的熱處理系統。

如本文所用，熱處理腔室是指加熱工件，諸如半導體工件（例如半導體工件）的設備。這樣的設備可以包括用於支撐一個或多個工件的支撐板和用於加熱工件的能量源，諸如加熱燈、雷射器或其他熱源。在熱處理期間，可以根據處理方案在受控條件下加熱工件。

許多熱處理製程需要在一定溫度範圍內加熱工件，以便在將工件製成器件時可以進行各種化學和物理轉變。例如，在快速熱處理期間，可以在通常少於幾分鐘的持續時間內，通過成陣列的燈，穿過支撐板將工件加熱到大約300°C至大約1,200°C的溫度。在這些製程中，主要目標是能夠可靠且準確地測量工件的溫度。

本公開的實施方式的實施態樣和優勢將在下面的描述中部分地闡述，或者可以從描述中獲悉，或者可以通過實施方式的實施而獲知。

本公開的一個示例性實施態樣涉及一種用於執行半導體工件的熱處理的熱處理系統。所述熱處理系統可以包括被配置為支撐工件的工件支撐板。該熱處理系統可以包括被配置為加熱工件的一個或多個熱源。該熱處理系統可包括設置在工件支撐板和一個或多個熱源之間的一個或多個視窗。所述一個或多個視窗可包括對測量波長範圍內的電磁輻射的至少一部分透明的一個或多個透明區域，以及對測量波長範圍的該部分內的電磁輻射不透明的一個或多個不透明區域。

參考以下描述和所附請求項，將更好地理解各種實施方式的這些和其他特徵、實施態樣和優勢。併入本說明書中並構成本說明書的一部分的附圖示出了本公開的實施方式，並且與說明書一起用於解釋相關原理。

現在將詳細參考實施方式，其一個或多個示例在附圖中示出。每個示例是通過解釋各實施方式，而不是限制本公開的方式提供。實際上，對於本領域技術人員將明顯的是，在不脫離本公開的範圍或精神的情況下，可以對實施方式進行各種修改和變化。例如，作為一個實施方式的一部分示出或描述的特徵可以與另一實施方式一起使用以產生又一實施方式。因此，意圖是本公開的各實施態樣涵蓋這樣的修改和變化。

本公開的示例性實施態樣涉及一種熱處理系統，例如用於諸如半導體工件（例如，矽工件）的工件的快速熱處理（RTP）系統。具體地，本公開的示例性實施態樣涉及獲得溫度測量值，其指示熱處理系統內工件的至少一部分的溫度。例如，在對工件執行熱處理的同時，溫度測量可用於監視工件的溫度。

本公開的示例性實施態樣在獲得工件基本透明和/或不發射大量黑體輻射的工件溫度下的溫度測量值中特別有益。在一些情況下，可能難以通過常規方法在這些溫度附近測量工件溫度。特別地，一些工件，例如非金屬化的工件（例如輕度摻雜的矽工件）可能難以通過常規方法測量約600°C以下的溫度。例如，工件對於在低於約600°C的溫度下通常用於透射率測量的許多波長基本上是透明的。此外，工件可能太冷而無法發射常規波長的可測量的黑體輻射。

因此，本公開的示例性實施態樣可以允許在低溫（例如低於約600°C，諸如從約400°C至600°C）下對工件進行基於透射率和發射率補償的精確溫度測量。另外，用於獲得低於約600°C的工件溫度的基於透射率的溫度測量值中使用的感測器可以重新使用和/或也可用於基於發射率的工件的溫度測量，該溫度是工件基本不透明和/或發射大量黑體輻射的溫度，例如高於約600℃。另外，可以選擇測量波長和/或其他製程實施態樣，包括某些測量值的鎖相，以最小化熱處理系統的各種功能之間的干擾。與常規系統和方法相比，這可以允許根據本公開的示例性實施態樣的系統和方法來測量在增加的範圍內的溫度，例如包括低於約600℃的溫度的增加的範圍。另外，這可以允許系統和方法平穩地從基於透射率的溫度測量（在該溫度下工件不發射實際可測量的黑體輻射（例如，低於約600℃））過渡到基於發射率的溫度測量（在該溫度下工件發射可測量的輻射（例如，高於約600℃）），而無需其他感測器和/或重新配置感測器，因為用於基於透射率的溫度測量的相同感測器可用於基於發射率的溫度測量，例如一旦工件至少不再是部分透明的。

根據本公開的示例性實施態樣，例如快速熱處理系統的熱處理系統可以包括被配置為支撐工件的工件支撐板。例如，工件可以是待由熱處理系統處理的工件，例如基板。工件可以是或包括任何合適的工件，例如半導體工件，例如矽工件。在一些實施方式中，工件可以是或包括輕度摻雜的矽工件。例如，輕度摻雜的矽工件可以如下方式摻雜，使得矽工件的電阻率大於約0.1Ωcm，例如大於約1Ωcm。

工件支撐板可以是或可以包括被配置為支撐工件的任何合適的支撐結構，例如支撐在熱處理系統的熱處理腔室內的工件。在一些實施方式中，工件支撐板可以被配置為支撐多個工件，以通過熱處理系統同時進行熱處理。在一些實施方式中，工件支撐板可以是或包括旋轉的工件支撐物，該旋轉的工件支撐物被配置為在由旋轉的工件支撐板支撐工件的同時旋轉工件。在一些實施方式中，工件支撐板可以對至少一些電磁輻射是透明的和/或以其他方式被配置為允許至少一些電磁輻射至少部分地穿過工件支撐板。例如，在一些實施方式中，可以選擇工件支撐板的材料以允許期望的電磁輻射穿過工件支撐板，例如由工件和/或發射器發射的電磁輻射和/或由熱處理系統中的感測器測量的電磁輻射。在一些實施方式中，工件支撐板可以是或包括石英材料。

根據本公開的示例性實施態樣，熱處理系統可包括被配置為加熱工件的一個或多個加熱源（例如，加熱燈）。例如，一個或多個加熱燈可以發射電磁輻射（例如，寬頻電磁輻射）以加熱工件。在一些實施方式中，一個或多個加熱燈可以是或包括例如弧光燈、鎢鹵素燈和/或任何其他合適的加熱燈和/或它們的組合。在一些實施方式中，例如反射器（例如鏡子）之類的定向元件可以被配置為將電磁輻射從一個或多個加熱燈引向工件和/或工件支撐板。

根據本公開的示例性實施態樣，熱處理系統可包括被配置為測量熱處理系統中工件溫度的溫度測量系統。例如，溫度測量系統可以包括多個輻射感測器（例如，紅外感測器），被配置為在熱處理系統（例如，在熱處理腔室中）的各個點處測量電磁輻射。另外和/或可選地，溫度測量系統可以包括多個輻射發射器（例如，紅外發射器），被配置為將電磁輻射發射到熱處理系統（例如，熱處理腔室）中，該電磁輻射穿過熱處理系統中的各種元件（例如工件，腔室窗，工件支撐板和/或其他合適的組件）。如下文更具體地討論的，基於發射器發射的輻射和/或感測器測量的輻射，溫度測量系統可以確定（例如，估計）工件的溫度。例如，作為基於透射率的溫度測量的一個示例，可以將針對工件的一部分確定的透射率與透射率曲線（諸如歸一化透射率曲線）進行比較，以確定工件的該部分的溫度。作為基於發射率的溫度測量的一個示例，可以根據以下公式由工件I_wafer 發射的輻射確定工件的溫度T：

根據本公開的示例性實施態樣，熱處理系統（例如，溫度測量系統）可以包括多個紅外發射器。可以將紅外發射器配置為發射一個或多個紅外波長（例如，從約700奈米到約1毫米的波長）的電磁輻射。例如，紅外發射器可以發射至少部分地指向工件的紅外輻射。指向工件的紅外輻射的至少一部分可以透射通過工件。此外，指向工件的紅外輻射的至少一部分可以被工件反射。在一些實施方式中，可以將紅外發射器放置於工件處理腔室的外部。例如，放置於工件處理腔室外部的紅外發射器可以發射輻射，使得該輻射在穿過工件之前首先穿過腔室側壁（例如，腔室窗）。在一些實施方式中，紅外發射器可以設置成與加熱元件（例如，加熱燈）的陣列成直線。另外和/或可選地，紅外發射器可以被設置為比加熱燈更靠近和/或更遠離工件。

根據本公開的示例性實施態樣，一種熱處理系統可以包括多個紅外感測器。紅外感測器可以被配置為獲得入射在紅外感測器上的電磁輻射的測量值，例如具有紅外波長的電磁輻射。在一些實施方式中，紅外感測器可以是或包括高溫計。在一些實施方式中，高溫計可以是或包括雙頭高溫計，該雙頭高溫計包括被配置為測量第一波長紅外輻射的第一探頭和用於測量第二波長紅外輻射的第二探頭。在一些實施方式中，第一波長和/或第二波長可以在測量波長範圍內。在一些實施方式中，第一波長可以為約2.3微米和/或第二波長可以為上約2.7微米。

根據本公開的示例性實施態樣，一個或多個視窗（例如，腔室視窗）可以設置在工件和/或工件支撐板與一個或多個加熱燈之間。可以配置一個或多個腔室窗，以選擇性地阻擋由一個或多個加熱燈發射的電磁輻射（例如，寬頻輻射）的至少一部分進入熱處理腔室的一部分（例如，入射到工件和/或工件支撐板和/或一個或多個感測器）。例如，一個或多個腔室視窗可包括一個或多個不透明區域和/或一個或多個透明區域。如本文所用，“不透明”是指總體上對於給定波長具有小於約0.4（40％）的透射率，並且“透明”是指總體上對於給定波長具有大於約0.4（40％）的透射率。

可以定位一個或多個不透明區域和/或一個或多個透明區域，使得不透明區域阻擋來自加熱燈的一些波長的雜散輻射，並且透明區域允許例如發射器和感測器自由地與熱處理腔室中被不透明區域所阻擋波長的輻射相互作用。按照這種方式，視窗可以有效地保護發射器和感測器免受加熱燈的污染，同時仍然允許加熱燈加熱工件。可以將一個或多個不透明區域和一個或多個透明區域分別總體上定義為對特定波長不透明和透明；也就是說，至少對於特定波長的電磁輻射，不透明區域是不透明的，透明區域是透明的。例如，在一些實施方式中，透明區域可以對測量波長範圍內的電磁輻射的至少一部分透明。在一些實施方式中，不透明區域可以對測量範圍內的電磁輻射的至少一部分不透明。測量範圍可以是或包括波長，對於該波長由熱處理系統中的至少一個感測器測量電磁輻射的強度。

包括一個或多個不透明區域和/或一個或多個透明區域的一個或多個腔室窗可以由任何合適的材料和/或構造形成。在一些實施方式中，一個或多個腔室窗可以是或包括石英材料。此外，在一些實施方式中，一個或多個不透明區域可以是或包括含羥基（OH）的石英，例如羥基摻雜的石英（例如，摻雜有羥基的石英），和/或一個或多個透明區域可以是或包括無羥基的石英（例如，未摻雜有羥基的石英）。羥基摻雜的石英和無羥基石英的優勢包括易於製造。例如，可以在整體式石英視窗的羥基摻雜期間遮罩無羥基的石英區域，以在整體式視窗產生羥基摻雜的區域（例如，不透明區域）和無羥基的區域（例如，透明區域）。另外，根據本公開，羥基摻雜的石英可以表現出期望的波長阻擋特性。例如，羥基摻雜的石英可以阻擋波長約2.7微米的輻射，該波長可以對應於熱處理系統中一些感測器操作的測量波長，而不含羥基的石英對波長約為2.7微米的輻射可能是透明的。因此，羥基摻雜的石英區域可以使感測器免受熱處理系統中的雜散輻射（例如，來自加熱燈的輻射）的影響，並且不含羥基的石英區域可以至少部分地設置在感測器的視野內（例如，感測器被配置為用於測量紅外輻射的區域），以允許感測器在熱處理系統內獲得測量值。另外，羥基摻雜的石英對於波長約為2.3微米的輻射可以是部分不透明的（例如，透射率約為0.6或60％），這可以至少部分地減少熱處理系統中（例如，來自加熱燈）雜散輻射的污染。

由紅外發射器發射和/或由紅外感測器測量的紅外輻射可具有一個或多個相關波長。例如，在一些實施方式中，紅外發射器可以是或包括窄頻紅外發射器，其發射輻射使得所發射的輻射的波長範圍在數值的公差內，例如在數值的10％之內。在這種情況下，發射器由數值表示。在一些實施方式中，這可以通過發射寬頻光譜（例如，普朗克光譜）的寬頻發射器和例如配置為僅使寬頻光譜內的窄頻通過的光學濾波器（例如，光學陷波濾波器）的組合來實現。類似地，可以配置紅外感測器以測量在數值處（例如，在數值的公差內）的紅外窄頻的紅外輻射的強度。例如，在一些實施方式中，諸如高溫計的紅外感測器可以包括一個或多個被配置為測量（例如，選擇用於測量）特定的窄頻波長的探頭。

在一些實施方式中，由紅外發射器發射的紅外輻射和/或由紅外感測器測量的紅外輻射可以在測量波長範圍內，該測量波長範圍可以是或包括連續範圍和/或非連續範圍。可以基於工件和/或工件處理系統的特性來選擇測量波長範圍。例如，測量波長範圍可以包括工件和/或一個或多個腔室窗中的透明區域對於至少小於約600℃的溫度是透明的波長。另外和/或可選地，測量波長範圍可以包括一個或多個腔室窗中的不透明區域對於至少小於約600℃的溫度而言是不透明的波長。以這種方式，發射器可以發射輻射，該輻射基本上透射通過透明區域並且至少部分地被不透明區域保護，以免在入射到感測器之前被加熱燈污染。儘管在一些實施方式中可能希望消除測量波長範圍內的加熱燈的污染，但是測量波長範圍仍可以包括具有被加熱燈污染的波長（例如，可以至少部分通過不透明區域的波長）。另外和/或可選地，測量波長範圍可包括至少在大於約600℃的溫度下工件發射大量（例如可測量的）黑體輻射的波長。在一些實施方式中，測量波長範圍可以包括約2.3微米和/或約2.7微米。例如，在一些實施方式中，可以配置一個或多個紅外感測器以在約2.3微米處、在感測器的視野內測量紅外輻射的強度。類似地，可以配置一個或多個紅外感測器以在約2.7微米處、在感測器的視野內測量紅外輻射的強度。

在一些實施方式中，溫度測量系統可以包括被配置為測量（例如，估計）工件的發射率的發射率測量系統。作為測量工件的發射率的一個示例，發射率測量系統可以包括被配置為發射指向工件的紅外輻射的紅外發射器。在一些實施方式中，紅外發射器可以朝向工件的表面以傾斜角度（例如，與工件的表面成小於90度的角度）發射紅外輻射。以這種方式，發射出的輻射的透射部分可以透過工件，並且發射出的輻射的反射部分可以被工件的表面反射。可以基於工件的特性來預測和/或獲知反射部分的反射角。可以定位紅外感測器以測量透射部分和/或反射部分。至少部分地基於第一部分和/或第二部分，發射率測量系統可以確定工件的發射率。在一些實施方式中，例如發射器和/或感測器的發射率測量系統可以在測量波長範圍的第一波長下操作。例如，第一波長可以是腔室窗的透明區域是透明的和/或不透明區域是不透明的波長。在一些實施方式中，第一波長可以是或包括大約2.7微米。

另外和/或可選地，熱處理系統（例如，溫度測量系統）可以包括透射率測量系統。透射率測量系統可以被配置為獲得工件的一個或多個透射率測量值。例如，在一些實施方式中，透射率測量系統可以獲得工件的中心部分的中心透射率測量值（例如，通過諸如中心高溫計的中心感測器）和邊緣部分的邊緣透射率測量值（例如，通過邊緣感測器，例如邊緣高溫計）。在一些實施方式中，透射率測量系統可以包括一個或多個紅外發射器，該紅外發射器被配置為發射正交於工件表面定向的紅外輻射。另外，透射率測量系統可以包括一個或多個紅外感測器，該一個或多個紅外感測器與一個或多個紅外發射器相對設置並且被配置為測量由一個或多個紅外發射器發射並穿過工件的一部分紅外輻射。

可以基於工件的透射率來確定工件的溫度。但是，工件的透射率不僅與溫度相關。例如，工件特性，例如本體摻雜水平，工件表面的反射特性和工件厚度，都會影響透射率。這樣，在一些實施方式中，溫度測量系統可以確定與工件溫度相關的正歸化透射率測量。例如，無論工件特性如何，歸一化透射率測量的範圍可為0到1。

另外和/或可選地，用於確定工件透射率的感測器測量值可能會受到腔室中其他元件的影響，例如工件支撐板、腔室窗和/或任何其他元件，尤其是必須通過由發射器發射並由感測器測量的紅外輻射的元件。根據本公開的示例性實施態樣，熱處理系統（例如，溫度測量系統）可以為熱處理系統中的一個或多個感測器中的每一個確定參比強度，在本文中表示為I₀ 。當在處理腔室中不存在工件時，參比強度可以對應於由發射器發射的和/或入射到感測器上的輻射。換句話說，參比強度可以僅將發射器發射的輻射強度減去來自熱處理系統中除工件之外的元件的貢獻。這可以另外對應於工件100％透射率的情況。在一些實施方式中，可以在將工件插入處理腔室之前，例如在兩個工件的熱處理之間，測量參比強度。

在一些實施方式中，透射率測量系統可以在與發射率測量系統相同的波長（例如，第一波長）下操作。另外和/或可選地，透射率測量系統可以在不同於第一波長的第二波長下操作。例如，在一些實施方式中，第二波長可以是腔室窗的一個或多個不透明區域的波長，儘管對於第一波長是不透明的，但是對於第二波長而言並不是不透明的，使得第一波長的輻射被不透明區域阻擋，並且第二波長的輻射至少部分地被允許通過不透明區域。例如，第二波長的不透明區域的透射率可以大於第一波長的透射率。在一些實施方式中，第二波長可以是2.3微米。

在一些情況下，可能希望和/或必須將不被腔室窗完全遮罩的第二波長用於透射率測量系統。例如，空間考慮、干擾考慮和/或其他因素可能導致在第一波長的熱處理系統不合需要。作為一個示例，儘管發射率測量系統可以包括用於確定發射率的透射率測量值，該透射率測量值可以與工件的溫度相關，但是有時可能需要在工件的多個區域獲得溫度測量值。例如，在多個區域，例如中心部分和/或邊緣部分，獲得溫度測量值可以實現對製程均勻性監視的改善。但是，可能需要附加感測器才能獲得多個區域的溫度測量值。此外，透射率測量值可能需要將發射器與附加感測器相對放置，在一些情況下，還可能需要在發射器的視野內設置透明區域，以使透射率測量值在第一波長下起作用。然而，在一些實施方式中，根據本公開的示例性實施態樣，這些附加感測器除了用於透射率測量之外，還可以用於發射率測量。在一些情況下，這些透明區域在附加感測器的測量中可能會導致來自加熱燈的污染，特別是在感測器用於發射率測量的情況下。因此，儘管解決該問題的一種方法是將腔室配置成具有額外的透明區域，但是可以採用其他解決方案，包括如下面更詳細地討論的發射的鎖相和/或感測器測量值。

在一些實施方式中，多個紅外發射器和/或多個紅外感測器可以被鎖相。例如，在一些實施方式中，一個或多個發射器發射的輻射可以以脈衝頻率被脈衝化。脈衝頻率可以被選擇為或包括在熱處理系統中具有很少或沒有輻射的組成部分的頻率。例如，在一些實施方式中，脈衝頻率可以為約130Hz。在一些實施方式中，由於加熱燈基本上不發射具有130Hz頻率的輻射，因此130Hz的脈衝頻率可能特別有優勢。作為使一個或多個發射器產生脈衝的一個示例，具有一個或多個狹縫的截光器可在一個或多個發射器的視野內旋轉，從而可以間歇地允許來自一個或多個發射器的恒定的輻射流以脈衝頻率經過截光器。因此，恒定的輻射流可以通過截光器的旋轉而轉換成脈衝頻率的脈衝輻射流。

另外和/或可選地，可以基於脈衝頻率將一個或多個感測器鎖相。例如，可以配置透射率測量系統以基於脈衝頻率將測量值與感測器隔離。作為一個示例，透射率測量系統可以將脈衝頻率下的測量值與非脈衝頻率下的測量值進行比較，例如通過減去在脈衝頻率下進行測量之前立即進行的測量值，以將來自脈衝頻率的組成部分的信號貢獻與干擾組成部分隔離。換句話說，未鎖相到脈衝頻率的感測器測量值（例如，以與脈衝頻率相同或更高的頻率和/或與鎖相測量值異相獲得的感測器測量值）只能指示腔室中的雜散輻射，和/或與脈衝頻率鎖相的感測器測量值可以指示雜散輻射與來自發射器發射的輻射之和。因此，可以通過從未鎖相的測量值中減去已知數量的雜散輻射來隔離出發射的輻射。作為一個示例，如果脈衝頻率是130Hz，則感測器可以獲得260Hz或更高的測量值，使得一個或多個雜散強度測量值與每個鎖相測量值相關聯。按照這種方法，透射率測量系統可以減少來自感測器的測量中的雜散輻射（例如，雜散光）的干擾。

根據本公開的示例性實施態樣的系統和方法可以提供與工件的熱處理有關的許多技術效果和益處。作為一個示例，根據本公開的示例性實施態樣的系統和方法可以在工件是基本透明的和/或不發射大量黑體輻射的工件溫度下提供準確的溫度測量值。例如，根據本公開的示例性實施態樣的系統和方法可以允許在低於約600℃的溫度下實現精確的溫度測量值，而與工件組成無關。

本公開的另一技術效果可以是改進的溫度測量範圍。例如，本公開的示例性實施態樣可以允許在低溫（例如低於約600℃，諸如從約400℃至600℃）下對工件進行基於透射率和發射率補償的精確溫度測量。另外，用於獲得低於約600℃的工件溫度的基於透射率的溫度測量中使用的感測器可以重新使用和/或也用於基於發射的工件的溫度測量，該溫度是工件基本不透明和/或發射大量黑體輻射的溫度，例如高於600℃。另外，可以選擇測量波長和/或其他製程實施態樣，包括某些測量值的鎖相，以最小化熱處理系統的各種功能之間的干擾。與常規系統和方法相比，這可以允許根據本公開的示例性實施態樣的系統和方法來測量在增加的範圍內的溫度，例如包括低於約600℃的溫度在內的增加的範圍。另外，這可以允許系統和方法平穩地從基於透射率的溫度測量（在該溫度下工件不發射實際可測量的黑體輻射（例如，低於約600℃）的溫度）過渡到基於發射率的溫度測量（在該溫度下工件發射可測量的輻射（例如，高於約600℃）），而無需附加感測器和/或重新配置感測器，因為用於基於透射率的溫度測量的相同感測器可用於基於發射率的溫度測量，例如一旦工件不再至少是部分透明的。

可以對本公開的這些示例性實施方式進行變化和修改。如在說明書中所使用的，單數形式的“一”、“和”、“以及”和“所述”包括複數指示物，除非上下文另外明確指出。“第一”，“第二”，“第三”等的使用被用作識別字，並且不一定指示任何順序、暗示的或其他方式。為了說明和討論的目的，可以參考“基板”、“工件”、或“軋件”來討論示例性實施態樣。使用本文提供的公開內容，本領域普通技術人員將理解，本公開內容的示例性實施態樣可以與任何合適的工件一起使用。結合數值使用專有名詞“約”是指所述數值的20%以內。

現在參考附圖，現在將詳細討論本公開的示例性實施方式。圖1描繪了根據本公開的示例性實施方式的示例快速熱處理（RTP）系統100。如圖所示，RTP系統100包括RTP腔室105，該RTP腔室105包括頂部101和底部102，視窗106、108，工件110，工件支撐板120，熱源130、140（例如，加熱燈），紅外發射器150、152、154，感測器165、166、167、168（例如，高溫計，例如雙頭高溫計），控制器175，側壁/門180和氣體流量控制器185。

待處理的工件110由工件支撐板120支撐在RTP腔室105（例如石英RTP腔室）中。工件支撐板120可以是在熱處理過程中可操作以支撐工件110的工件支撐物。工件110可以是或包括任何合適的工件，例如半導體工件，例如矽工件。在一些實施方式中，工件110可以是或包括輕度摻雜的矽工件。例如，輕度摻雜的矽工件可以如下方式摻雜，使得矽工件的電阻率大於約0.1Ωcm，例如大於約1Ωcm。

工件支撐板120可以是或可以包括被配置為支撐工件110的任何合適的支撐結構，例如用於RTP腔室105中的支撐工件110。在一些實施方式中，工件支撐板120可以被配置為支撐多個工件110，以通過熱處理系統同時進行熱處理。在一些實施方式中，工件支撐板120工可以在熱處理之前、之中和/或之後旋轉工件110。在一些實施方式中，工件支撐板120可以是透明的和/或以其他方式被配置為允許至少一些電磁輻射至少部分地穿過工件支撐板120。例如，在一些實施方式中，可以選擇工件支撐板120的材料以允許期望的電磁輻射穿過工件支撐板120，例如由工件和/或發射器150、152、154發射的電磁輻射。在一些實施方式中，工件支撐板120可以是或包括石英材料，例如無羥基石英材料。

工件支撐板120可包括至少一個從支撐板120延伸的支撐銷115。在一些實施方式中，工件支撐板120可與頂板116間隔開。在一些實施方式中，支撐銷115和/或工件支撐板120可以從熱源140傳遞熱量和/或從工件110吸收熱量。在一些實施方式中，支撐銷115、防護環109和頂板116可以由石英製成。

防護環109可用於減輕來自工件110的一個或多個邊緣的輻射的邊緣效應。側壁/門180允許工件110進入，並且在關閉時，允許腔室105被密封，使得可以在工件110上執行熱處理。例如，可以將製程氣體引入RTP腔室105中。在工件110的任一側示出了可操作以在RTP腔室105中加熱工件110的兩排熱源130、140（例如，燈或其他合適的熱源）。如以下更具體描述的，可以將視窗106、108配置為阻擋由熱源130、140發射的輻射的至少一部分。

RTP系統100可以包括熱源130、140。在一些實施方式中，熱源130、140可以包括一個或多個加熱燈。例如，包括一個或多個加熱燈的熱源130、140可以發射電磁輻射（例如，寬頻電磁輻射）以加熱工件110。在一些實施方式中，例如，熱源130、140可以是或包括弧光燈、鎢鹵素燈和/或任何其他合適的加熱燈，和/或它們的組合。在一些實施方式中，例如反射器（例如鏡子）之類的定向元件（未描繪）可以被配置為將電磁輻射從熱源130、140引向RTP腔室105中。

根據本公開的示例性實施態樣，可以將視窗106、108設置在工件110和熱源130、140之間。可以將視窗106、108配置為選擇性地阻擋熱源130、140發射的電磁輻射（例如，寬頻輻射）的至少一部分進入快速熱處理腔室105的一部分。例如，視窗106、108可以包括不透明區域160和/或透明區域161。“不透明”是指總體上對於給定波長具有小於約0.4（40％）的透射率，並且“透明”是指總體上對於給定波長具有大於約0.4（40％）的透射率。

不透明區域160和/或透明區域161可以被放置成使得不透明區域160阻擋來自熱源130、140的一些波長下的雜散輻射，並且在不透明區域160所阻擋的波長下，透明區域161允許例如發射器150、152、154和/或感測器165、166、167、168與RTP腔室105中的輻射自由地相互作用。按照這種方法，視窗106、108可以有效地遮罩RTP腔室不受熱源130、140在給定波長下的污染，同時仍然允許熱源130、140加熱工件110。不透明區域160和透明區域161可以總體上被定義為對於特定波長是不透明的和透明的。也就是說，至少對於特定波長的電磁輻射，不透明區域160是不透明的，而透明區域161是透明的。

包括不透明區域160和/或透明區域161的腔室窗106、108可以由任何合適的材料和/或構造形成。在一些實施方式中，腔室窗106、108可以是或包括石英材料。此外，在一些實施方式中，不透明區域160可以是或包括含羥基（OH）的石英，例如羥基摻雜的石英（例如，摻雜有羥基的石英），和/或透明區域161可以是或包括無羥基的石英（例如，不摻雜有羥基的石英）。羥基摻雜的石英和無羥基石英的優勢包括易於製造。例如，可以在整體式石英視窗的羥基摻雜期間遮罩無羥基的石英區域，以在整體式視窗產生羥基摻雜的區域（例如，不透明區域）和無羥基的區域（例如，透明區域）。另外，根據本公開，羥基摻雜的石英可以表現出期望的波長阻擋特性。例如，羥基摻雜的石英可以阻擋波長約為2.7微米的輻射，該輻射可以對應於熱處理系統100中一些感測器（例如感測器165、166、167、168）操作的測量波長，而不含羥基的石英對波長約為2.7微米的輻射可以是透明的。因此，羥基摻雜的石英區域可以使感測器（例如，感測器165、166、167、168）與快速熱處理腔室105（例如，與熱源130、140）中的雜散輻射隔離，並且可以使感測器（例如，感測器165、166、167、168）遮罩。不含羥基的石英區域可以至少部分地設置在感測器的視野內，以允許感測器在熱處理系統內獲得測量值。另外，羥基摻雜的石英對於波長約為2.3微米的輻射可以是部分不透明的（例如，透射率約為0.6或60％），這可以至少部分地減少快速熱處理系統100（例如，來自熱源130、140）中雜散輻射的污染。

氣體控制器185可以控制通過RTP系統100的氣流，該氣流可以包括不與工件110反應的惰性氣體和/或與工件110（例如半導體工件等）的材料反應的反應性氣體，例如氧氣或氮氣以在工件110上形成一層。在一些實施方式中，可以使電流流過RTP系統100中的空氣，以產生與工件110的表面具有反應性的離子或在工件110的表面產生具有反應性的離子，並通過用高能離子轟擊表面向表面賦予額外的能量。

控制器175控制RTP腔室中的各種元件以直接對工件110進行熱處理。例如，控制器175可用於控制熱源130和140。另外和/或可選地，控制器175可以用於控制氣體流量控制器185、門180和/或溫度測量系統，例如包括發射器150、152、154和/或感測器165、166、167、168。控制器175可以被配置為測量工件的溫度，這將在下面的附圖中進行更詳細的討論。例如，圖2描繪了一種熱處理系統200，其包括被配置為執行工件的原位發射率確定的熱處理系統100的一個或多個元件。圖3描繪了至少一個熱處理系統300，其包括熱處理系統100的一個或多個元件，該一個或多個元件被配置為實施基於透射率和/或基於發射率的工件溫度測量。類似地，圖4描繪了溫度測量系統400，該溫度測量系統400包括熱處理系統100的一個或多個元件，該熱處理系統100被配置為實施基於透射率和/或基於發射率的工件溫度測量。

如本文所使用，控制器、控制系統或類似物可包括一個或多個處理器和一個或多個記憶體設備。一個或多個處理器可以被配置為執行存儲在一個或多個記憶體設備中的電腦可讀指令以實施各操作，例如用於控制本文所述的熱處理系統的任何操作。

為了說明和討論的目的，圖1描繪了示例性熱處理系統100。使用本文提供的公開內容的本領域普通技術人員將理解，本公開的各實施態樣可以與其他用於工件的熱處理系統一起使用，而不脫離本公開的範圍。

為了說明和討論的目的，圖2描繪了示例性熱處理系統200。特別地，熱處理系統包括一個或多個關於圖1的熱處理系統100所討論的元件。特別地，圖2描繪了至少對確定工件110的原位發射率測量值有用的元件，包括至少發射器150以及感測器165和166。如圖2所描繪的，發射器150可以被配置為發射以傾斜角度指向工件110的紅外輻射。發射器150發射的已發射輻射的透射部分透過工件110並入射到透射率感測器165上。發射器150發射的已發射輻射的反射部分被工件110反射並入射到反射率感測器166上。工件的發射率可由透射部分和發射部分確定。例如，工件110的透射率可以由入射到透射率感測器165上的輻射強度來表示。另外，工件110的反射率可以由入射到反射率感測器166上的輻射強度來表示。可以將透射率τ和反射率ρ分別確定為透射率和反射率與參比強度I₀ 的比率，該參比強度可以表示當在熱處理系統200中不存在工件時感測器165、166處的強度。由此可以計算出發射率ε：

根據本公開的示例性實施態樣，一個或多個透明區域161可以至少部分地設置在發射器150和/或感測器165、166的視野內。例如，發射器150和/或感測器165、166可以在透明區域161對其透明的測量波長範圍內操作。例如，在一些實施方式中，發射器150和/或感測器165、166可以在2.7微米下操作。如圖2所示，透明區域161可以被放置成使得輻射流（總體上由箭頭指示）能夠從發射器150流過透明區域161並到達感測器165、166，而不會受到視窗106、108的阻礙（例如，不透明區域160）。類似地，不透明區域160可以設置在視窗106、108上的區域中，這些區域在輻射流之外，以遮罩工件110，以及尤其是感測器165、166，使其免受來自熱源130、140的測量波長範圍內的輻射。例如，在一些實施方式中，可以包括透明區域161，以用於在2.7微米波長下操作的感測器和/或發射器。

在一些實施方式中，發射器150和/或感測器165、166可以被鎖相。例如，在一些實施方式中，發射器150和/或感測器165、166可以根據鎖相方案進行操作。例如，儘管不透明區域160可以被配置為阻擋第一波長下的來自熱源130、140的大多數雜散輻射，但是如上所述，在一些情況下，雜散輻射仍可以被感測器165、166感知。無論存在雜散輻射與否，但根據鎖相方案操作發射器150和/或感測器165、166可有助於改善強度測量值的精度。

例如，在一些實施方式中，由發射器150發射的輻射可以以脈衝頻率被脈衝化。脈衝頻率可以被選擇為在熱處理系統200中具有很少或幾乎沒有輻射份額的頻率。例如，在一些實施方式中，脈衝頻率可以為約130Hz。在一些實施方式中，由於熱源130、140基本上不發射具有130Hz頻率的輻射，因此130Hz的脈衝頻率可能特別有優勢。另外和/或可選地，感測器165、166可以基於脈衝頻率被鎖相。例如，熱處理系統200（例如，諸如圖1的控制器175的控制器）可以基於脈衝頻率將測量（例如強度測量）與感測器165、166隔離。按照這種方式，熱處理系統200可以減少雜散輻射在感測器165、166的測量值中的干擾。

關於圖示250、255、260討論了示例性鎖相方案。圖示250描繪了發射器150在一段時間內（例如，在工件110上執行熱處理的過程中）在測量波長範圍內發射出的輻射I_IR 的輻射強度。如圖示250中所示，發射器150發射的輻射強度可以作為脈衝251發射。例如，發射器150可以被截光器（未示出）脈衝化。截光器可包括一個或多個阻擋部分和/或一個或多個通過部分。截光器可在發射器150的視野內旋轉，以使來自發射器150的恒定的輻射流被阻擋部分間歇地中斷，並在脈衝頻率處穿過通過部分。因此，由發射器150發射的恒定的輻射流可以通過截光器的旋轉而轉換成脈衝頻率的脈衝輻射流。

圖示255描繪了由透射率感測器165隨時間測量的透射輻射強度I_T 。類似地，圖示260描繪了由反射率感測器166隨時間測量的反射輻射強度I_R 。圖示255和260示出，隨時間推移（例如隨著工件110的溫度升高），腔室中的雜散輻射（分別由雜散輻射曲線256和261示出）會增加。例如，這可以歸因於：相對于工件110的溫度升高，工件110的透明性降低和/或工件110的輻射量增加，熱源130、140的強度增加和/或與工件110的熱處理有關的各種其他因素。

在發射器150不發射輻射的時間點期間，感測器165、166可以分別獲得對應於雜散輻射曲線256、261的測量值（例如，雜散輻射測量值）。類似地，在發射器150發射輻射的時間點（例如，脈衝251）期間，感測器165、166可以獲得分別對應於總輻射曲線257、262的測量值（例如，總輻射測量值）。因此，可以至少部分地基於時間座標的（例如，先後的）總輻射測量值（例如，代表曲線256）與雜散輻射測量值（例如，代表曲線256）之間的差來確定透射的輻射強度I_T （例如，歸因於透射率τ）。此外，可以通過透射的輻射強度I_T 與參比強度I₀ 的比值來確定透射率τ。類似地，可以至少部分地基於時間座標的（例如，先後的）總輻射測量值（例如，代表曲線262）與雜散輻射測量值（例如，代表曲線261）之間的差來確定反射的輻射強度I_R （例如，歸因於反射率ρ）。此外，反射率ρ可以由反射的輻射強度I_R 與參比強度I₀ 之比來確定。在一些實施方式中，當在熱處理系統200中不存在工件110時，作為來自發射器150的脈衝和/或恒定輻射的結果，可以由感測器165、166測量參比強度I₀ 。根據透射率τ和反射率ρ，可以通過以下公式計算出發射率ε：

圖3描繪了根據本公開的示例性實施態樣的示例性熱處理系統300。熱處理系統300可以被配置為在工件110上執行熱處理和/或測量工件110的溫度。特別地，熱處理系統可以包括一個或多個關於圖1的熱處理系統100所討論的元件。特別地，圖3描繪了至少在確定工件110的基於透射率和/或基於發射率的溫度測量中有用的元件，包括至少中心發射器152和中心感測器167。在一些實施方式中，如關於圖3所討論的，邊緣發射器154和/或邊緣感測器168可以類似地操作到工件110的邊緣部分上的中心發射器152和/或中心感測器154，但出於說明的目的在圖3的描繪中省略了。這將在下面關於圖4中進一步討論。

如圖3所描繪的，如圖3中的箭頭所示，中心發射器152可以被配置為發射以與工件110的表面成正交角被的紅外輻射。中心發射器152發射出的透射的輻射部分透射通過工件110和入射到中心感測器167上。在一些實施方式中，可以將視窗106、108的透明區域161設置在中心發射器152和/或感測器167的視野內。例如，中心發射器152和/或中心感測器167可以在透明區域161對其透明的測量波長範圍內操作。例如，在一些實施方式中，中心發射器152和/或中心感測器167可以在2.7微米下操作。如圖3所示，透明區域161可以被定位成使得輻射流（大體由箭頭指示）能夠從中心發射器152流過透明區域161並到達中心感測器167，而不會受到視窗106、108的阻礙（例如，不透明區域160）。類似地，不透明區域160可以設置在視窗106、108上的區域中，這些區域在輻射流之外，以遮罩工件110以及尤其是中心感測器167，免受來自熱源130、140的測量波長範圍內的輻射。例如，在一些實施方式中，可以包括透明區域161，以用於在2.7微米波長下操作的感測器和/或發射器。

然而，在一些實施方式中，在具有中心發射器152的視野內的視窗106設置中包括透明區域161，可能會不希望地允許熱源130發射的輻射污染中心感測器167和/或熱處理系統300中的其他感測器（未示出）的測量值。例如，在一些實施方式中，中心感測器167可以另外被配置為在測量波長範圍內測量由工件110發射的熱輻射，該波長範圍內的透明區域161是透明的。如果將透明區域161設置在中心發射器152的視野內，則熱源130發射的輻射可能會增加污染此工件發射測量的風險。

這個問題的一種解決方案是省略中心發射器152的視野內部的透明區域161，而是包括不透明區域160。另外，中心發射器152和/或中心感測器167可以在測量波長範圍中的第二波長下操作，對於該波長不透明區域160至少是部分透明的。例如，在一些實施方式中，第二波長可以是2.3微米。按照這種方法，儘管存在不透明區域160，但是由中心發射器152發射的輻射可以穿過視窗106和108並由中心感測器167測量，而無需包括潛在污染的透明區域。此外，由於包括不透明區域160，所以來自中心感測器167的測量值指示由工件110（例如，在工件110發射輻射的溫度下，例如高於約600℃）發射的發射輻射強度（例如，發射的輻射測量值）不受雜散輻射的污染。但是，以上討論的解決方案可能會引入其他問題。因為來自中心發射器152的第二波長下的輻射能夠通過不透明區域160，所以來自例如熱源130、140的第二波長下的雜散輻射也可以通過。

因此，在一些實施方式中，中心發射器152和/或中心感測器167可以被鎖相。在一些實施方式中，中心發射器152和/或中心感測器167可以根據鎖相方案進行操作。例如，儘管不透明區域160可以被配置為以第一波長阻擋來自熱源130、140的大多數雜散輻射，但是如上所述，在一些情況下，雜散輻射，尤其是第二波長下的雜散輻射仍然可以被中心感測器167感知。無論是否存在雜散輻射，根據鎖相方案操作中心發射器152和/或中心感測器167可以有助於改善強度測量值的精度。

例如，在一些實施方式中，由中心發射器152發射的輻射可以以脈衝頻率被脈衝化。在熱處理系統300中，脈衝頻率可以被選擇為具有很少或幾乎沒有輻射份額的頻率。例如，在一些實施方式中，脈衝頻率可以為約130Hz。在一些實施方式中，由於熱源130、140基本上不發射具有130Hz頻率的輻射，因此130Hz的脈衝頻率可能特別有優勢。另外和/或可選地，中心感測器167可以基於脈衝頻率被鎖相。例如，熱處理系統300（例如，諸如圖1的控制器175的控制器）可以基於脈衝頻率將測量值（例如強度測量值）與中心感測器167隔離。按照這種方式，熱處理系統300可以減少雜散輻射在中心感測器167的測量值中的干擾。

關於圖示310和320討論了示例性鎖相方案。圖示310描繪了中心發射器152在一段時間內（例如，在工件110上執行熱處理的過程中）在測量波長範圍內發射的輻射的輻射強度IIR。圖示320描繪了由中心感測器167隨時間推移測量的透射的輻射強度IT。如圖示310中所示，中心發射器152發射的輻射強度可以作為脈衝311發射。例如，中心發射器152可以被截光器302脈衝化。截光器302可包括一個或多個阻擋部分305和/或一個或多個通過部分306。截光器302可在中心發射器152的視野內旋轉，以使來自中心發射器152的恒定的輻射流被阻擋部分305間歇地中斷，並在脈衝頻率處穿過通過部分306。因此，由中心發射器152發射的恒定的輻射流可以通過截光器302的旋轉而轉換成脈衝頻率的脈衝輻射流。

在中心發射器152不發射輻射的時間點期間，中心感測器167可以獲得對應於雜散輻射曲線312的測量值（例如，雜散輻射測量值）。類似地，在中心發射器152發射輻射（例如，脈衝311）的時間點期間，中心感測器167可以獲得對應於總輻射曲線313的測量值（例如，總輻射測量值）。因此，可以至少部分地基於時間座標（例如，先後的）總輻射測量值（例如，代表曲線313）與雜散輻射測量值（例如，代表曲線312）之間的差來確定透射的輻射強度IT（例如，歸因於透射率τ）。此外，可以通過透射的輻射強度IT與參比強度I₀ 的比值來確定透射率τ。例如，當在熱處理系統300中不存在工件110時，作為來自中心發射器152的脈衝和/或恒定輻射的結果，可以由中心感測器167測量參比強度I₀ 。可以將透射率τ與透射率曲線（例如，圖6A的工件透射率曲線602、604、606與特定的工件組成和/或圖6B的歸一化工件透射率曲線652相對應）進行比較，以確定工件的溫度。

圖示320示出，隨時間推移（例如隨著工件110的溫度升高），腔室中的雜散輻射（由雜散輻射曲線312示出）可以增加。例如，這可以歸因於：相對于工件110的溫度升高，工件110的透明性降低和/或工件110的輻射量增加，熱源130、140的強度增加和/或與工件110的熱處理有關的各種其他因素。例如，如在圖示320中所見，雜散輻射曲線312和總輻射曲線313趨於隨著時間的進展（例如，隨著溫度升高）彙集。例如，這可能是由於工件110的透明度隨溫度升高而降低的結果。因此，在一些情況下（例如，對於矽工件），如上所述的基於透射率的溫度測量在一定溫度（例如，約600℃）上會表現出降低的可靠性。因此，根據本公開的示例性實施態樣，熱處理系統（例如，任何熱處理系統100、200、300）可以從第一溫度測量過程（例如，基於透射率的溫度測量過程）在溫度閾值處過渡到第二溫度測量過程（例如，基於發射率的溫度測量過程）。例如，溫度閾值可以是大約600℃。該溫度閾值可以對應於工件110在該溫度下可以被中心感測器167檢測到的波長處呈現出實質性的黑體輻射的工件溫度。另外和/或可選地，該溫度閾值可以對應於工件110相對於中心發射器152所發射的輻射不透明的工件溫度。例如，在一些實施方式中，溫度閾值可以對應於雜散輻射曲線312和總輻射曲線313彙集的點，或者換句話說，透射輻射強度IT的大小低於閾值量。

例如，在一些實施方式中，中心感測器167可以被配置為在測量波長範圍內測量由工件110發射的輻射。例如，在一些實施方式中，中心感測器167可以是具有第一探頭並被配置為以測量波長範圍的測量第一波長的雙探頭高溫計。在實施方式中，第一波長可以是或包括透明區域161是透明的和/或不透明區域160是不透明的波長，例如2.7微米，或者其中不透明區域160包括羥基摻雜的石英。第一波長可以另外對應於由工件110發射的黑體輻射的波長。另外，中心感測器167可以具有第二探頭，該第二探頭被配置為對測量波長範圍的第二波長進行測量。在不透明區域160包括羥基摻雜的石英的實施方式中，第二波長可以是或包括不透明區域160不透明的波長，例如2.3微米。第二波長可以另外對應於中心發射器152發射的波長。

因此，根據本公開的示例性實施態樣，對於低於溫度閾值的工件110的溫度，中心感測器167可以獲得與工件110的透射率相關的透射率測量值，並且當溫度高於溫度閾值時，可以另外獲得與工件110發射的黑體輻射強度相關聯的發射率測量值。因此，如上所述，可以通過在低於溫度閾值的溫度下的透射率測量值來確定工件110的溫度。另外和/或可選地，可以通過在高於溫度閾值的溫度下的發射率測量值來確定工件110的溫度。例如，可以基於以下等式通過發射率測量值確定工件的溫度：

圖4描繪了根據本公開的示例性實施態樣的示例性溫度測量系統400。溫度測量系統400可以被配置為測量工件110的溫度，該溫度可以至少部分地由支撐環109支撐。溫度測量系統400可以包括中心發射器152和邊緣發射器154。另外，溫度測量系統400可以包括中心感測器167和邊緣感測器168。發射器152、154和/或感測器167、168可以如關於圖3的中心發射器152和/或中心感測器168所討論的那樣操作。例如，中心發射器152和中心感測器167可以被設置為使得中心發射器152發射的輻射穿過工件110的中心部分111，然後入射到中心感測器167。類似地，邊緣發射器154和邊緣感測器168可以被設置為使得邊緣發射器154發射的輻射穿過工件110的邊緣部分112並入射到邊緣感測器168。按照這種方法，中心感測器167可以被配置為獲得中心部分111的溫度測量值和/或邊緣感測器168可以被配置為獲得邊緣部分112的溫度測量值。在一些實施方式中，中心部分111可以包括由工件半徑r的小於約50％（例如大約是半徑r的10％）限定的工件部分。在一些實施方式中，邊緣部分可以包括由工件半徑r的大於約50％（例如半徑r的約90％）限定的工件部分。

圖5A為構成示例性不透明區域的示例性材料描繪了示例性透射率曲線502的曲線圖500。例如，示出了諸如羥基摻雜石英的示例性材料的透射率曲線502。如圖5A所示，示例性不透明區域對於一些波長可以是基本不透明的，而對於其他波長是基本透明的。特別地，示例性透射率曲線502包括不透明範圍504和部分不透明範圍506。如本文中所討論的，測量波長範圍可以有優勢地包括不透明範圍504和/或部分不透明範圍506中的波長。例如，示例性的不透明區域可以至少部分地阻擋不透明範圍504和/或部分不透明範圍506中的輻射，這可以防止由加熱燈發射的輻射進入熱處理腔室，並防止污染來自被配置為測量不透明範圍504和/或部分不透明範圍506的感測器的測量結果。

圖5B為構成示例性透明區域的示例性材料繪製了示例性透射率曲線522的曲線520。例如，示出了無羥基石英的示例性材料的透射率曲線522。如圖5B所示，示例性透明區域在一些波長上可以是基本透明的。儘管示例性透射率曲線522在大多數波長上被描繪為基本透明，但是示例性透明區域可以另外包括不透明範圍。總體上，希望示例性透明區域在測量範圍（例如，在對應於圖5A的不透明範圍504和/或部分不透明範圍506的波長）下是透明的。

圖6A為三種示例工件類型描繪了示例性透射率曲線602、604、606的曲線圖600。例如，曲線602與具有較低反射率的工件相關聯，曲線604與具有中等反射率（例如裸露工件）的工件相關聯，而曲線606與具有較高反射率的工件相關聯。如圖6A所示，儘管曲線602、604、606中的每個遵循總體趨勢，但是每個工件的透射率的值可以基於工件的表面特性（例如，反射率）而變化。因此，圖6B描繪了示例性歸一化或標稱工件透射率曲線652的曲線圖650。如圖6B所示，歸一化工件透射率曲線652代表特定工件從最大1到最小0的透射率，但是與工件的具體透射率值無關。換句話說，對於低反射率工件，裸露工件和/或高反射率工件中的每一個，歸一化工件透射率曲線652可以是相似和/或相同的。因此，可以將針對工件獲得的歸一化透射率測量值與歸一化工件透射率曲線652進行比較，從而可以將透射率與溫度直接相關，而與工件的表面特性無關。

圖7描繪示例性方法700的流程圖，該示例性方法700用於測量諸如例如圖1-3的熱處理系統100、200或300的熱處理系統中的工件的溫度。為了說明和討論的目的，圖7描繪了按特定循序執行的步驟。使用本文提供的公開內容的本領域普通技術人員將理解，在不脫離本公開範圍的情況下，可以以各種方式省略、擴展、同時執行、重新佈置和/或修改本文描述的任何方法的各個步驟。另外，在不脫離本公開範圍的情況下，可以執行各種附加步驟（未示出）。

方法700可以包括在702處，通過一個或多個紅外發射器發射指向工件的一個或多個表面的紅外輻射。例如，在一些實施方式中，一個或多個紅外發射器可以發射具有第一波長的輻射，並且一個或多個紅外發射器可以發射具有第二波長的輻射。

方法700可以包括在704處，通過一個或多個視窗阻擋由被配置為加熱工件的一個或多個加熱燈發射的寬頻輻射的至少一部分，使其不入射在一個或多個紅外感測器上。例如，在一些實施方式中，一個或多個視窗可以阻擋在測量範圍的至少一部分內的寬頻輻射的至少一部分。

方法700可以包括在706處，通過一個或多個紅外感測器測量由一個或多個紅外發射器中的至少一個發射並穿過工件的一個或多個表面的紅外輻射的透射部分。例如，透射部分的第一部分可以入射到第一透射率感測器上，以獲得第一透射率測量值。第一透射部分可以對應於發射率測量系統的發射器和/或感測器。在一些實施方式中，第一透射部分可以具有相關的第一波長。另外和/或可選地，透射部分的第二部分可以入射到至少一個第二透射率感測器上，以獲得至少一個第二透射率測量值。在一些實施方式中，至少一個第二透射率感測器可以另外被配置為測量工件發射的輻射。在一些實施方式中，第二透射部分可以具有相關的第二波長。在一些實施方式中，第一波長可以被一個或多個視窗阻擋和/或第二波長可以至少部分地通過一個或多個視窗。例如，在一些實施方式中，第一透射部分與測量波長範圍的第一波長相關聯，第二透射部分與測量波長範圍的第二波長相關聯，其中一個或多個視窗阻擋第一波長的輻射並允許第二波長的輻射。

方法700可以包括在708處，通過一個或多個紅外感測器測量由一個或多個紅外發射器中的至少一個發射並被工件的一個或多個表面反射的紅外輻射的反射部分。例如，反射部分可以入射到反射率感測器上以獲得反射率測量值。在一些實施方式中，反射率感測器可以是發射率測量系統的一部分。

在一些實施例中，通過一個或多個紅外感測器測量由一個或多個紅外發射器中的至少一個發射的一部分紅外輻射（例如，透射部分和/或反射部分）可以包括鎖相一個或多個紅外感測器和/或一個或多個紅外發射器。例如，將一個或多個紅外感測器和/或一個或多個紅外發射器鎖相可以包括以脈衝頻率對一個或多個紅外發射器中的至少一個進行脈衝化。作為使一個或多個發射器產生脈衝的一個示例，具有一個或多個狹縫的截光器可以在一個或多個發射器的視野內旋轉，從而可以間歇地允許來自一個或多個發射器的恒定輻射流以脈衝頻率經過截光器。因此，恒定的輻射流可以通過截光器的旋轉轉換成脈衝頻率的脈衝輻射流。

另外和/或可選地，將一個或多個紅外感測器和/或一個或多個紅外發射器鎖相可以包括至少部分基於脈衝頻率從一個或多個紅外感測器中隔離出至少一個測量值。作為一個示例，來自一個或多個具有脈衝頻率和/或同相的紅外感測器的測量值（例如，指示入射到一個或多個紅外感測器上的輻射強度的測量值）可以與不在脈衝頻率和/或異相獲得的與脈衝頻率同相的測量值進行比較，例如減去脈衝頻率兩倍的後續測量量值。因此，可以將來自處於脈衝頻率的元件（例如，發射器）的信號貢獻與干擾元件（例如，雜散輻射，例如加熱燈）隔離。換句話說，未鎖相到脈衝頻率的感測器測量值（例如，以與脈衝頻率相同或更高的頻率和/或與鎖相測量值異相獲得的感測器測量值）只能指示腔室中的雜散輻射和/或與脈衝頻率鎖相的感測器測量值可以指示雜散輻射與來自發射器發射的輻射之和。因此，可以通過從未鎖相的測量值中減去已知數量的雜散輻射來隔離出發射的輻射。作為一個示例，如果脈衝頻率是130Hz，則感測器可以獲得260Hz或更高的測量值，使得一個或多個雜散強度測量值對應於每個鎖相測量值。按照這種方法，熱處理系統可以減少來自感測器的測量中的雜散輻射（例如，雜散光）的干擾。

方法700可以包括在710處至少部分地基於透射部分和反射部分確定工件的溫度。工件在710處的溫度可以低於約600℃。例如，在一些實施方式中，確定工件的溫度可以包括至少部分地基於透射部分和反射部分來確定工件的發射率，以及至少部分地基於工件的透射部分和發射率來確定工件的溫度。例如，在一些實施方式中，可以至少部分地基於第一透射率測量值和反射率測量值來確定工件的發射率。

方法700可以包括，在712處，通過一個或多個紅外感測器測量指示由工件發射的紅外輻射的發射輻射測量值。例如，發射的輻射測量可以指示由工件發射並入射到一個或多個感測器上的紅外輻射的強度。根據本公開的示例性實施態樣，一旦工件的溫度足夠高使得工件不再對來自發射器的紅外輻射透明和/或開始發射大量黑體輻射，且該波長被配置為由一個或多個紅外感測器（例如，在測量波長範圍的至少一部分內）測量，就可以獲得發射的輻射測量。

在一些實施方式中，發射的輻射測量可以對應於被一個或多個視窗阻擋的紅外輻射的波長。例如，發射的輻射測量可以對應於在測量波長範圍的一部分中和/或包括在其中的波長。例如，在一些實施方式中，發射的輻射測量值可以對應於具有2.7微米的波長的紅外輻射的強度。

方法700可以包括，在714處，至少部分地基於所發射的輻射測量值來確定工件的溫度。714處的工件溫度可以高於約600℃。例如，確定工件的溫度大於約600℃可以包括將與工件相關的所發射的輻射測量值與黑體輻射曲線進行比較。黑體輻射曲線可以將所發射的黑體輻射的強度與溫度相關聯，使得可以基於所測量的強度（例如，所發射的輻射測量值）來確定溫度。

實施方法700的系統可以經歷增加的溫度範圍，在該溫度範圍內可以測量工件的溫度。例如，方法700可以包括至少部分地基於透射部分和反射部分來確定工件的溫度，例如，根據步驟702-710，確定發射輻射測量實際上不能獲得的溫度（例如，低於約600℃）。另外，方法700可以包括至少部分地基於所發射的輻射測量值來確定工件的溫度，例如，根據步驟712-714，以在該溫度下可以實際獲得所發射的輻射測量值（例如，高於600℃）。

圖8描繪了示例性方法800的流程圖，該示例性方法用於校準諸如圖1-3的熱處理系統100、200或300的熱處理系統中感測器的參比強度。為了說明和討論的目的，圖8描繪了按特定循序執行的步驟。使用本文提供的公開內容的本領域普通技術人員將理解，在不脫離本發明的範圍的情況下，可以以各種方式省略、擴展、同時執行、重新佈置和/或修改本文描述的任何方法的各個步驟。另外，在不脫離本公開的範圍的情況下，可以執行各種附加步驟（未示出）。

方法800可以包括，在802處，從多個紅外發射器中的相應發射器發射第一數量的紅外輻射。方法800可以包括，在804處，確定入射在多個紅外感測器中相應感測器的第二數量的紅外輻射。方法800可以包括，在806處，至少部分地基於第一數量和第二數量之間的變化來確定與相應的發射器和相應的感測器相關聯的參比強度。

根據本公開的示例性實施態樣，可以為熱處理系統中的一個或多個感測器中的每一個確定參比強度，在本文中表示為I₀ 。當在處理腔室中不存在工件時，參比強度可以對應於由發射器發射的和/或入射到感測器上的輻射。換句話說，參比強度可以僅通過將發射器發射的輻射強度減去熱處理系統中除工件之外的元件的貢獻而減小。這可以另外對應於工件100％透射率的情況。在一些實施方式中，可以在將工件插入處理腔室之前，例如在兩個工件的熱處理之間，測量參比強度。

儘管已經針對本主題的特定示例實施方式對本主題進行了詳細描述，但是應當理解，本領域技術人員在對前述內容的理解之後，可以容易地產生對這種實施方式的替換、變化和等同。因此，本公開的範圍是作為示例而不是作為限制，並且本公開不排除包括對本主題的這種修改、變化和/或添加，這對於本領域普通技術人員是顯而易見的。

本申請要求於2020年2月28日提交的名稱為“熱處理系統中基於透過率的工件溫度測量”的美國臨時申請序號62/983,064的優先權的權益，其通過援引加入合併於此。

100:快速熱處理系統、RTP系統、熱處理系統

105:快速熱處理腔室、RTP腔室

101:頂部

102:底部

106、108:視窗

109:防護環

110:工件

111:中心部分

112:邊緣部分

115:支撐銷

116:頂板

120:工件支撐板

130、140:熱源

150、152、154:紅外發射器

160:不透明區域

161:透明區域

165、166、167、168:感測器

175:控制器

180:側壁/門

185:氣體流量控制器

200:熱處理系統

250、255、260:圖示

251:脈衝

256、261、312:雜散輻射曲線

257、262、313:總輻射曲線

300:熱處理系統

310、320:圖示

311:脈衝

400:溫度測量系統

500:曲線圖

502:曲線

504:不透明範圍

506:部分不透明範圍

520:曲線

522:曲線

600:曲線圖

602、604、606:曲線

650:曲線圖

652:曲線

700、800:方法

702~714:步驟

802~806:步驟

參考附圖，在說明書中闡述了針對本領域普通技術人員的實施方式的詳細討論，其中：

圖1描繪了根據本公開的示例性實施態樣的示例性熱處理系統；

圖2描繪了根據本公開的示例性實施態樣的被配置為測量工件的發射率的示例性熱處理系統；

圖3描繪了根據本公開的示例性實施態樣的用於測量工件的溫度的示例性熱處理系統；

圖4描繪了根據本公開的示例性實施態樣的示例性溫度測量系統；

圖5A描繪了根據本公開的示例性實施態樣的示例性不透明區域材料的透射率圖；

圖5B描繪了根據本公開的示例性實施態樣的示例透明區域材料的透射率圖；

圖6A描繪了根據本公開的示例性實施態樣的示例性工件類型的透射率圖；

圖6B描繪了根據本公開的示例性實施態樣的示例性歸一化工件透射率的透射率圖；

圖7描繪了根據本公開示例性實施態樣的一種用於在熱處理系統中對工件進行溫度測量的方法；和

圖8描繪了根據本公開的示例性實施態樣的用於校準熱處理系統中的感測器的參比強度的方法。

100:快速熱處理系統、RTP系統、熱處理系統

105:快速熱處理腔室、RTP腔室

101:頂部

102:底部

106、108:視窗

109:防護環

110:工件

115:支撐銷

116:頂板

120:工件支撐板

130、140:熱源

150、152、154:紅外發射器

160:不透明區域

161:透明區域

165、166、167、168:感測器

175:控制器

180:側壁/門

185:氣體流量控制器

Claims (20)

1. 一種熱處理系統，用於執行半導體工件的熱處理，所述熱處理系統包括： 一工件支撐板，被配置為支撐工件； 一個或多個熱源，被配置為加熱工件； 一個或多個視窗，設置在所述工件支撐板和所述一個或多個熱源之間，所述一個或多個視窗包括對測量波長範圍內的電磁輻射的至少一部分透明的一個或多個透明區域，以及對測量波長範圍內的該部分的電磁輻射不透明的一個或多個不透明區域；和 一溫度測量系統，被配置為獲得指示工件溫度的溫度測量值，所述溫度測量系統包括： 多個紅外發射器，被配置為發射紅外輻射； 多個紅外感測器，每個紅外感測器與所述多個紅外發射器之一相對應，多個紅外感測器中的每一個被配置為在測量波長範圍內測量紅外輻射，並被設置成使得所述一個或多個透明區域中的至少一個至少部分地在所述多個紅外感測器中的至少一個的視野內；和 一控制器，被配置為執行操作，所述操作包括： 從所述多個紅外感測器獲得與所述工件相關的至少一個第一透射率測量值、至少一個第二透射率測量值和至少一個反射率測量值；和 當所述工件的溫度小於約600℃時，至少部分地基於所述至少一個第一透射率測量值、所述至少一個第二透射率測量值和所述至少一個反射率測量值來確定工件的溫度。
2. 根據請求項1所述的熱處理系統，其中，所述操作進一步包括： 由所述多個紅外感測器獲得指示所述工件所發出的已發射輻射強度的一個或多個發射測量值；和 當所述工件的溫度大於約600℃時，至少部分地基於所述一個或多個發射測量值來確定所述工件的溫度。
3. 根據請求項2所述的熱處理系統，其中，所述一個或多個紅外發射器包括： 一中心發射器，可操作地朝向所述工件的中心部分發射輻射；以及 一邊緣發射器，可操作地朝向所述工件的邊緣部分發射輻射；並且 其中，所述一個或多個紅外感測器包括與中心發射器相對應的中心感測器和與邊緣發射器相對應的邊緣感測器。
4. 根據請求項1所述的熱處理系統，其中，所述一個或多個熱源被配置為發射寬頻輻射以加熱所述工件。
5. 根據請求項4所述的熱處理系統，其中，所述一個或多個不透明區域被配置為阻擋由所述熱源發射的並且在所述測量波長範圍內的寬頻輻射的至少一部分。
6. 根據請求項5所述的熱處理系統，其中，所述一個或多個不透明區域包括羥基摻雜的石英，並且其中所述一個或多個透明區域包括無羥基石英。
7. 根據請求項1所述的熱處理系統，其中，所述多個紅外發射器中的至少一個以脈衝頻率被脈衝化。
8. 根據請求項7所述的熱處理系統，其中，所述至少一個第一透射率測量值、所述至少一個第二透射率測量值或所述至少一個反射率測量值中的至少一個至少部分地基於所述脈衝頻率與所述多個紅外感測器隔離。
9. 根據請求項7所述的熱處理系統，其中，所述脈衝頻率是130Hz。
10. 根據請求項1所述的熱處理系統，其中，所述測量波長範圍包括2.3微米或2.7微米中的至少一個。
11. 根據請求項1所述的熱處理系統，包括至少一個光學陷波濾波器，所述光學陷波濾波器至少部分地設置在所述多個紅外感測器中的至少一個的視野內，其中所述光學陷波濾波器被配置為從能夠由所述多個紅外感測器中的至少一個測量出的波長範圍中選擇出測量波長範圍的至少一部分。
12. 根據請求項1所述的熱處理系統，其中，所述多個紅外感測器包括一個或多個高溫計。
13. 根據請求項1所述的熱處理系統，其中，當所述工件的溫度低於約600°C時，至少部分地基於所述至少一個第一透射率測量值、所述至少一個第二透射率測量值和所述至少一個反射率測量值來確定所述工件的溫度，包括： 至少部分地基於所述至少一個第一透射率測量值和所述至少一個反射率測量值確定工件的發射率；和 至少部分地基於所述至少一個第二透射率測量值和所述工件的發射率來確定所述工件的溫度。
14. 根據請求項1所述的熱處理系統，其中，所述至少一個第一透射率測量值和所述至少一個反射率測量值與所述測量波長範圍的第一波長相關聯，並且所述至少一個第二透射率測量值與所述測量波長範圍的第二波長相關聯；其中所述一個或多個不透明區域對第一波長不透明，而對第二波長透明。
15. 根據請求項1所述的熱處理系統，其中，所述控制器被配置為：當所述工件處理系統中不存在工件時，通過如下因素確定所述多個紅外感測器中的至少一個的參比強度： 從所述多個紅外發射器的相應發射器發射第一數量的紅外輻射； 確定第二數量的紅外輻射入射到所述多個紅外感測器中的相應感測器；和 至少部分地基於第一數量和第二數量之間的變化來確定與相應的發射器和相應的感測器相關聯的參比強度。
16. 一種用於測量熱處理系統中的工件的溫度的方法，所述方法包括： 通過一個或多個紅外發射器發射指向工件的一個或多個表面的紅外輻射； 通過一個或多個視窗阻擋由被配置為加熱工件的一個或多個加熱燈發射的寬頻輻射的至少一部分入射到一個或多個紅外感測器上； 通過一個或多個紅外感測器測量由一個或多個紅外發射器中的至少一個發射並穿過工件的一個或多個表面的紅外輻射的透射部分； 通過一個或多個紅外感測器測量由一個或多個紅外發射器中的至少一個發射並被工件的一個或多個表面反射的紅外輻射的反射部分；和 至少部分地基於透射部分和反射部分確定指示工件的溫度的第一溫度測量值，其中所述工件的溫度小於約600℃。
17. 根據請求項16所述的方法，進一步包括： 通過一個或多個紅外感測器測量指示由工件發射的紅外輻射的所發射的輻射測量值；和 至少部分地基於所發射的輻射測量值來確定指示工件的溫度的第二溫度測量值，其中所述工件的溫度大於約600°C。
18. 根據請求項17所述的方法，其中，至少部分地基於所發射的輻射測量值來確定指示所述工件的溫度的所述第二溫度測量值，包括將發射的輻射測量值和與所述工件相關聯的黑體輻射曲線進行比較，其中所述工件的溫度大於約600℃。
19. 根據請求項16所述的方法，其中，至少部分地基於所述透射部分和所述反射部分來確定所述工件的溫度，其中所述工件的溫度小於約600℃，包括： 至少部分地基於所述透射部分和所述反射部分確定工件的發射率；和 至少部分地基於所述透射部分和所述工件的發射率確定所述工件的溫度。
20. 根據請求項16所述的方法，其中，所述方法進一步包括： 以脈衝頻率對一個或多個紅外發射器中的至少一個進行脈衝化；和 至少部分地基於所述脈衝頻率，使至少一個測量值與所述一個或多個紅外感測器隔離。