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專利名稱：確定半導(dǎo)體晶片的光學(xué)屬性的方法與系統(tǒng)的制作方法
確定半導(dǎo)體晶片的光學(xué)屬性的方法與系統(tǒng)相關(guān)申請本發(fā)明涉及并要求具有美國序列號60/696,608、于2005年7月5日提交 的臨時申請的優(yōu)先權(quán)。
背景技術(shù)：
精確測量熱物體的表面溫度是許多工業(yè)與科學(xué)過程所關(guān)心的。例如，在 制作半導(dǎo)體裝置期間，必須精確地測量與控制溫度。尤其是，在晶片的快速 熱處理期間、或者在修改或向晶片表面添加化學(xué)薄膜或涂層(coating)期間，必 須精確地監(jiān)視半導(dǎo)體晶片的溫度。為了這些半導(dǎo)體制作過程，應(yīng)當(dāng)在幾度的 程度內(nèi)知曉處于可以從小于400攝氏度擴(kuò)展到超過IIOO攝氏度的范圍的溫 度的襯底的溫度。過去，采用(1)接觸方法或(2)非接觸方法來確定熱物體的溫度。例如，在 接觸方法中，熱物體與例如輪流連接到溫度計的熱電偶(thermocouple)的傳感 器接觸，以指示物體的溫度。另一方面，確定溫度的傳統(tǒng)的非接觸方法包括 使用光傳感器，如感測由物體發(fā)射的處于特定光波長的熱輻射的光學(xué)高溫計 (pyrometer)。 一旦了解了由物體發(fā)射的熱輻射，便可估計該物體的溫度。當(dāng)為了在電子行業(yè)中使用而處理半導(dǎo)體材料時，在測量半導(dǎo)體晶片的溫 度時，通常優(yōu)先使用非接觸方法。例如，非接觸方法的一個優(yōu)點是在加熱 處理期間，可使晶片旋轉(zhuǎn)，其提升整個晶片的均衡溫度分布。旋轉(zhuǎn)晶片也提 升處理氣體流與晶片之間的更均衡的接觸。除了能夠旋轉(zhuǎn)晶片外，使用非接 觸方法的另一優(yōu)點在于由于不需要將溫度計(temperature gauge)附在晶片上， 所以，在半導(dǎo)體制造期間，能夠更加快速地處理晶片，以節(jié)省寶貴的時間。對于所有高溫晶片工藝的當(dāng)前及可預(yù)知的興趣， 一個更重要的需求在于 以高精度、可重復(fù)能力和速度的方式確定晶片的真實溫度。精確測量晶片溫 度的能力在所制造的半導(dǎo)體裝置的質(zhì)量與尺寸上具有直接的收益。例如，給 定半導(dǎo)體裝置所需的最小特征尺寸將限制完成后的微芯片的計算速度。隨之，特征尺寸與在處理期間測量并控制裝置溫度的能力相聯(lián)系。因此，在半導(dǎo)體行業(yè)中，開發(fā)更加精確的溫度測量與控制系統(tǒng)面臨著越來越大的壓力。在這方面，常規(guī)的非接觸光學(xué)測高溫(pyrometry)系統(tǒng)的主要缺點在于 所述系統(tǒng)測量的是晶片的表面溫度，而非真實溫度。尤其是，實際的表面發(fā) 射輻射不如理想的或完美地黑體(blackbody)更加有效。通過理論與計算，一 旦了解到黑體所發(fā)射的輻射，便將能夠計算黑體的溫度。然而，例如晶片的 真實的物體只發(fā)出在相同溫度由黑體所發(fā)射的輻射的 一 小比例。該比例被定 義為真實物體的發(fā)射比(emittance)。因此，當(dāng)檢測到由真實物體所發(fā)射的輻射 時，高溫計通常指示可能與物體的真實溫度不同的表面溫度。因此，為了使用高溫計測量真實物體的真實溫度，必須校正所指示的溫 度，以考慮到發(fā)射比。不幸的是，通常，并不了解真實物體的發(fā)射比，且非 常難以精確測量。此外，半導(dǎo)體晶片的發(fā)射比在晶片之間也不相同。所述發(fā) 射比是晶片的屬性，并且取決于許多參數(shù)，例如晶片的化學(xué)成分、晶片的厚 度、晶片的表面粗糙度、晶片表面呈現(xiàn)的涂層，以及高溫計操作的波長。除了能夠確定半導(dǎo)體晶片的發(fā)射比以外，當(dāng)在高溫計所^t喿作的波長、晶 片呈半透明時，也會發(fā)生精確確定晶片的溫度的問題。在低溫時，這個問題 尤其顯著。過去，對于在處理晶片之前、或在處理晶片期間測量半導(dǎo)體晶片的屬性， 已經(jīng)建"R了一些方法。例如，美國專利No.6,056，434 />開了一種通過測量半 導(dǎo)體晶片的反射率、以協(xié)助確定晶片的發(fā)射比的方法。本發(fā)明的公開針對于進(jìn)一步改進(jìn)確定襯底(例如，在熱處理室中將要被處 理的半導(dǎo)體晶片)的光學(xué)屬性的方法。根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容確定晶片的屬性 或特性可能被用于更好的控制加熱處理和/或加熱襯底的方式。發(fā)明內(nèi)容本公開一般針對于這樣的方法，其確定例如半導(dǎo)體晶片的襯底的光學(xué)特 性，以便在加熱處理期間更精確地加熱晶片、或者在加熱處理期間更佳地控 制各種系統(tǒng)組件或變量。所公開的系統(tǒng)與方法允許通過輻射感測裝置(例如， 高溫計)的改進(jìn)的精度與晶片溫度讀數(shù)，或襯底的熱輻射屬性改進(jìn)的測量與/ 或預(yù)測。在一個實施例中，可將根據(jù)本方法確定的襯底的光學(xué)特性提供給用 于改進(jìn)的晶片溫度控制的控制器。在一個實施例中，例如，本公開針對于一種確定半導(dǎo)體晶片的至少一個光學(xué)特性的方法。該方法包括向具有特定厚度的半導(dǎo)體晶片的第一表面上發(fā)射光的步驟。引導(dǎo)發(fā)射到半導(dǎo)體晶片的第 一 表面上的光通過光路(optical pathway),該光路被配置成將從第一表面反射的光與透過晶片的光相分離， 且由晶片的第二、且相對的表面反射。一旦從第一表面反射的光與從第二表面反射的光相分離，便可使用檢測 器檢測從第一表面反射的光。該檢測器可以是例如任何合適的光傳感器，且 可被配置成檢測處于某一波長或某個波長范圍的從第一表面反射的光量。根據(jù)本公開，基于所檢測的從第一表面反射的光量，隨后，確定半導(dǎo)體 晶片的至少一個光學(xué)特性。該特性可以包括第一表面的反射率(reflectivity)、 第一表面的發(fā)射率(emissivity)、第一表面的吸收率(absorptivity)、或第一表面 的透射率(transmissivity)?？商鎿Q或添加地，光學(xué)特性可以包括半導(dǎo)體晶片的 反射比(reflectance)、 發(fā)射比(emittance)、 吸比(absorptance)或透射比 (transmittance)。此外，取代或除了確定半導(dǎo)體晶片第一表面的至少一個光學(xué) 特性之外，使用該方法也能夠用于確定晶片的相反表面的至少一個光學(xué)特性。為了將從第 一表面反射的光與從第二表面反射的光分離而使用的光路可 依據(jù)特定應(yīng)用而變化。例如，該光^^可以包括多個光學(xué)裝置。所述光學(xué)裝置 可包括鏡子、透鏡、光圈(aperture)等等。在一個特定實施例中，例如，光路 包括第一透鏡與第二透鏡，其將光引導(dǎo)到半導(dǎo)體晶片的第一表面的特定位置 上。在光從第一表面反射開后，光再次透過第二透鏡。從該第二透鏡開始， 光由鏡子反射，并透過第三透鏡，以聚焦在光檢測器上。應(yīng)該理解，然而， 上述實施例僅僅代表可用于本公開的光路的一個例子。隨著光通過光路，將從第 一表面反射的光與從第二表面反射的光分離的 方式可:f又決于應(yīng)用而不同。例如，可通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個或多個透^;的焦 距而執(zhí)行分離不同光束?？商鎿Q或附加地，為了分離不同的光流(light steams), 該系統(tǒng)可以包括各種光圈或濾光器。在其它實施例中，為了將從第一表面發(fā) 射的光與從第二表面反射的光分離，可將光以入射角的分布的方式發(fā)射到半 導(dǎo)體晶片的第一表面。為了將光發(fā)射到襯底的第一表面上，可使用的光源可依據(jù)特定的應(yīng)用而 改變。例如，在一個實施例中，光可以包括寬帶光源。可選地，光源可發(fā)射 激光束。一旦基于上述方法而確定了半導(dǎo)體晶片的至少一個光學(xué)特性，便可在各種系統(tǒng)與處理中使用或合并該光學(xué)特性。例如，在一個實施例中， -使用所確 定的一個或多個光學(xué)特性來為控制半導(dǎo)體晶片的加熱處理。在該實施例中， 基于該光學(xué)特性，至少可控制在加熱半導(dǎo)體晶片的處理中的一個系統(tǒng)組件。例如，在一個實施例中，系統(tǒng)組件可以包括具有輻射測量裝置的溫度測 量系統(tǒng)(例如，高溫計)，其在為了確定半導(dǎo)體晶片的溫度而加熱的期間，感測 由半導(dǎo)體晶片發(fā)出的輻射量。使用所檢測的來自第 一表面的光量來確定半導(dǎo)體晶片的發(fā)射比，以與由輻射測量裝置感測的輻射量一起用于確定半導(dǎo)體晶 片的溫度。在一個實施例中，例如，輻射感測裝置檢測在某一波長由半導(dǎo)體晶片發(fā) 射的輻射。在與輻射感測裝置操作的相同波長，檢測由半導(dǎo)體晶片的第一表 面反射的光量。從半導(dǎo)體襯底的第一表面檢測的反射光量的測量還可以發(fā)生 在低于大約100攝氏度的溫度。例如，在輻射感測裝置操作的波長、半導(dǎo)體晶片的透射比小于0.1的溫度下，使用來自半導(dǎo)體晶片的第一表面的所檢測的光量來確定半導(dǎo)體晶片的反射比與發(fā)射比。更特別地，在一個實施例中，可使用在低于大約100攝氏度的溫度下確定的反射比和/或發(fā)射比，來預(yù)測在例如使用模型的更高的溫度下的襯底的發(fā)射比。在可替換實施例中，系統(tǒng)組件可與用于加熱晶片的加熱裝置相關(guān)。在加 熱處理期間，例如，可以調(diào)節(jié)用于加熱半導(dǎo)體晶片的加熱裝置的功率控制器。加熱裝置可以包括例如光能源陣列、加熱的基座(susceptor)、或所述兩者的混 合。在加熱以便調(diào)節(jié)功率控制器、并因此選擇性地增加或減小用來加熱半導(dǎo) 體晶片的能量的期間，可使用所檢測的來自半導(dǎo)體晶片的第一表面的光量來 確定半導(dǎo)體晶片的吸收比。以這種方式，使用吸收比來優(yōu)化功率與能量設(shè)置。 該實施例中，從半導(dǎo)體晶片的第一表面反射、并被4全測的光可以處于與用于 加熱晶片的電磁輻射的波長的范圍充分重疊的波長范圍。在本發(fā)明公開的另一個實施例中，所確定的半導(dǎo)體晶片的光學(xué)特性可用 于校正在輻射感測裝置操作的波長下、透射率大于0.1的較低溫度下的輻射 感測裝置的讀數(shù)。在該實施例中，光源發(fā)射的光入射到晶片的第一表面上， 并且，獨立地檢測從第一表面反射的光量與從晶片的相對表面反射的光量。 例如，可使用光路，以便將從第一表面反射的光量與從晶片的相對表面反射 的光分離。隨后，使用該信息確定晶片的兩個表面的反射率。然后，使用該 反射率確定在輻射感測裝置操作的波長、透射率大于0.1的溫度下的半導(dǎo)體晶片的透射比與發(fā)射比。隨后，所確定的透射比與發(fā)射比可用于校正采用輻 射感測裝置所進(jìn)行的溫度測量。以相似方式，本公開的方法也可用于在較低溫度時控制加熱裝置的功率 或能量級別。在該實施例中，然而，在與用于加熱晶片的電磁輻射的波長范 圍充分重疊的波長范圍，檢測離開半導(dǎo)體晶片第一表面、以及離開半導(dǎo)體晶 片第二表面的反射光。以這種方式，能夠確定吸收比，并使用吸收比來優(yōu)化 功率或能量設(shè)置。如上所述，在熱處理室內(nèi)或處理室外，可以確定半導(dǎo)體晶片的光學(xué)特性。 例如，在一個實施例中，可在任何合適的位置確定光學(xué)特性。例如，測量可 發(fā)生在機器臂的位置或在獨立的室中。 一旦確定了光學(xué)特性，便可將晶片傳 遞到熱處理室以經(jīng)歷各種處理。隨后，可使用光學(xué)特性來控制熱處理系統(tǒng)中 的至少一個系統(tǒng)組件。下面將更加詳細(xì)地討i侖本發(fā)明的其它特性與方面。


在說明書的剩余部分，將特別闡述包括本領(lǐng)域最佳方式的本發(fā)明的全面且清楚的公開，其包括在對附圖的引用，附圖中圖1是可用于本發(fā)明的系統(tǒng)與方法的熱處理室的一個實施例的側(cè)視圖；圖2是依照本發(fā)明做出的系統(tǒng)的一個實施例的平面圖；圖3是圖示發(fā)射到例如半導(dǎo)體晶片的襯底上的光束的側(cè)視圖；圖4圖示發(fā)射到例如半導(dǎo)體晶片的襯底上的兩個光束的側(cè)視圖；圖5圖示發(fā)射到例如半導(dǎo)體晶片的襯底上的兩個光束的另一個實施例的側(cè)牙見圖；圖6是依據(jù)本發(fā)明的可使用的光路的 一個實施例的側(cè)視圖； 圖7是依據(jù)本發(fā)明的可使用的光路的另 一個實施例的側(cè)視圖； 圖8是依據(jù)本發(fā)明的可使用的光路的另 一個實施例的側(cè)視圖； 圖9是圖解下面將更加詳細(xì)地描述的基于位置的光強的圖； 圖10是依照本發(fā)明的可以使用的光路的另 一個實施例的側(cè)視圖； 圖11是依照本發(fā)明的可以使用的光路的另一個實施例的側(cè)視圖； 圖12是依照本發(fā)明的可以4吏用的又一個光^各的側(cè)碎見圖； 圖13是依照本發(fā)明的可以使用的光路的另一個實施例的側(cè)視圖；圖14是依照本發(fā)明的可以使用的光路的另 一個實施例的側(cè)視圖； 圖15是圖解晶片雙面照射的一個實施例的側(cè)視圖； 圖16是圖解晶片雙面照射的另 一個實施例的側(cè)視圖； 圖17是圖解依照本公開的在不同的位置照射晶片的實施例的側(cè)視圖； 圖18是圖解向包含正面與背面涂層的半導(dǎo)體晶片上發(fā)射光束的側(cè)視圖； 圖19是圖解光線入射到晶片的前表面上的傳播、以及在各個位置上的光 強值的側(cè)視圖；圖20是晶片光學(xué)屬性的溫度依賴的圖示，其中，襯底具有溫度相關(guān)的吸 收系數(shù)；以及圖21到26是依據(jù)本發(fā)明的測量晶片屬性的方法的流程圖的不同實施例。 在本說明書和附圖中重復(fù)使用的附圖標(biāo)記意圖代表本發(fā)明相同或相似的 特征或元素。
具體實施方式
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠了解，目前的討論僅僅是示范實施例的描述， 其并不作為對本發(fā)明更寬的方面的限制。通常，本公開針對于這樣的方法與系統(tǒng)，其確定襯底的至少一個光學(xué)特 性，然后使用該特性來控制在襯底上執(zhí)行的處理。例如，在一個實施例中， 襯底可以包括半導(dǎo)體晶片，并且，在加熱處理期間，使用該光學(xué)特性來更好 地確定和控制晶片的溫度。可選地，可使用該光學(xué)特性來控制用于加熱晶片 的加熱裝置。也應(yīng)當(dāng)理解，本公開中的方法可以與除了半導(dǎo)體晶片以外的其它襯底結(jié) 合使用。例如，本公開的方法可以與任何適合的襯底(例如帶狀、薄膜、光纖、 細(xì)絲等等)一起使用。當(dāng)襯底包含半導(dǎo)體材料時，可在襯底的熱處理期間，在襯底的氧化期間、 或在修改或向襯底的表面添加薄膜的其它處理期間，使用本發(fā)明的方法。例 如，可依據(jù)本發(fā)明使用的其它處理包括一些合適的薄膜沉積處理，例如化學(xué) 蒸汽沉積處理或原子層沉積處理。在用于在襯底上沉積材料、或蝕刻襯底的 等離子處理期間，也可使用本發(fā)明的原理。參考圖1,圖解了系統(tǒng)10的通常的一個最佳實施例，系統(tǒng)10可以用于 處理例如半導(dǎo)體晶片的襯底的本發(fā)明的處理中。系統(tǒng)10包括適用于接收例如晶片14的襯底的處理室12，以進(jìn)行各種處理?？蓪⒕?4置于處理室12 中的襯底支撐臺15上，可選地，可將支撐臺15配置為使晶片旋轉(zhuǎn)。室12被 設(shè)計為在非?？斓乃俾逝c仔細(xì)的受控條件下加熱晶片14。室12可由各種材 料制成，包括特定金屬、玻璃以及陶瓷。例如，室12可由不銹鋼與石英制成。當(dāng)室12由熱傳導(dǎo)材料制成時，該室可以包括冷卻系統(tǒng)，例如，如圖l所 示，室12包括纏繞所述室的周長的冷卻管道(cooling conduit)16。管道16適 用于使例如水的冷卻液體循環(huán)，該冷卻液體用于保持室12的壁處于恒溫。室12也可以包括進(jìn)氣口 18與出氣口 20，以將氣體引入室內(nèi)和/或保持室 處于預(yù)設(shè)的壓力范圍。例如，可以通過進(jìn)氣口 18將氣體引入室12內(nèi)，以與 晶片14起反應(yīng)。 一旦經(jīng)過處理，便可使用出氣口 20從該室排氣?？蛇x地，可通過進(jìn)氣口 18將惰性氣體送入室12，以阻止在該室內(nèi)發(fā)生 任何不想要的或不理想的副反應(yīng)。在另一實施例中，進(jìn)氣口 18與出氣口 20 可以用于為室12加壓。當(dāng)需要時，可在室12內(nèi)創(chuàng)建真空。在處理期間，室12能夠適用于使用晶片旋轉(zhuǎn)機構(gòu)21旋轉(zhuǎn)晶片14。旋轉(zhuǎn) 晶片可更加促進(jìn)晶片表面的更強的溫度均勻性，并可促進(jìn)晶片14與引入到室 內(nèi)的氣體之間的增強的接觸。應(yīng)當(dāng)理解，除半導(dǎo)體晶片以外，該室還可適用 于處理光學(xué)部件、薄膜、光纖、帶、以及具有特定形狀的其它襯底。為了在處理期間加熱晶片14,可將一個或多個加熱裝置置于與室相關(guān)聯(lián)。 在該實施例中，加熱裝置22包括多個燈24,例如卣鴒燈、弧光燈、激光器 或其混合。加熱裝置22可以包括反射鏡(reflector)或反射鏡組，用于將由加熱 裝置發(fā)射的熱能導(dǎo)向晶片14上。如圖1所示，燈24可以被置于晶片13之上。 然而，應(yīng)當(dāng)理解，可將所述燈置于任意特定位置。例如，系統(tǒng)10內(nèi)也可以包 括另外的燈，其不但可以被^L置于晶片14之上，也可以在晶片14之下。作為對使用多個燈的替換、或除了燈之外，所述處理室也可以包括各種 其它加熱裝置。例如，加熱裝置可以發(fā)出任何合適的電磁輻射，其被配置為 加熱襯底。例如，加熱裝置可以發(fā)出射頻或微波能量。在其它實施例中，可 在熱壁環(huán)境中、或通過對流加熱來加熱襯底。也可利用能量束加熱襯底。例 如，該能量束可以包括等離子束、電子束、或離子束。在一個特定實施例中，處理室可以包括加熱的基座。例如，可將加熱的 基座置于晶片之上或晶片之下，以在不接觸晶片的情況下加熱晶片。在本領(lǐng) 域中，這樣的加熱基座是眾所周知的。如圖1所示，可將漸進(jìn)功率控制器25裝備到例如燈24的一個或多個加 熱裝置，功率控制器25可用于增加或減小由加熱裝置發(fā)射的熱能。熱處理室10進(jìn)一步包括多個光纖或光導(dǎo)管28,其依次與多個光檢測器 30通信。配置光纖28,以接收由晶片14在特定的波長上發(fā)射的熱能。然后， 將所探測的輻射量傳遞給光檢測器30，光檢測器30生成用于確定晶片的溫 度的可用的電壓信號。在一個實施例中，與光檢測器30相結(jié)合的每個光纖 28都包括高溫計。在該處理期間，可將系統(tǒng)IO設(shè)計為使得光纖只檢測由晶片14發(fā)射的熱 輻射，而不檢測由燈24發(fā)射的輻射。在這一點上，系統(tǒng)10包括濾光器32, 其阻止由燈發(fā)射的處于光檢測器30的工作波長的熱輻射進(jìn)入室12。濾光器 32可以是窗，并且，在一個實施例中，可以由熔融石英(fused silica)或石英 (quartz)組成。如上所述，在由光纖28和光檢測器30進(jìn)行的處理期間，監(jiān)視半導(dǎo)體晶 片14的溫度，光檢測器30感測由晶片14發(fā)射的處于特定波長的輻射量，以 確定溫度。為了基于由光檢測器30感測的輻射量而精確地計算溫度，必須獲 知、或者估計晶片14的各種特性。例如，溫度確定基于晶片14的反射比、 透射比、和/或發(fā)射比，它們經(jīng)常難以被預(yù)測或估計。這些值不但基于晶片14 的溫度而改變，而且可在其被處理時、由于在晶片14上所構(gòu)建的任何結(jié)構(gòu)而 發(fā)生改變。過去，為了設(shè)計能夠確定或估計晶片14的特性的非接觸溫度測量系統(tǒng)， 已經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試。在一些實施例中，例如，在處理晶片的同時，作出確 定或測量。例如，在此引用以作參考的美國專利No.6，056,434討論了一種利 用反射計的原位(in-situ)溫度確定處理。在其它實施例中，已經(jīng)作出在襯底被處理之前測量襯底的各種特性的嘗 試。然而，如上所述，襯底的光學(xué)特性可以隨著溫度而改變。同樣地，襯底 上存在的一些材料可能要發(fā)生轉(zhuǎn)變，或者，可在襯底上形成其它材料，其影 響襯底的結(jié)構(gòu)與光學(xué)屬性。這些障礙已經(jīng)限制了使用預(yù)處理特性作為改進(jìn)處 理的手段的能力。出現(xiàn)的主要問題之一是因為通過其溫度與摻雜而強烈影響例如硅的半 導(dǎo)體材料的光學(xué)吸收。例如，典型地，處于室溫且波長:^l.lpm的輕摻雜硅 晶片是半透明的。結(jié)果，在室溫且波長大于約l.lpm時執(zhí)行的典型測量將受到透射通過襯底、并從晶片的相反表面反射的光的結(jié)果(consequences)的影響。 當(dāng)在處理系統(tǒng)中加熱晶片時，硅的吸收系數(shù)隨著溫度而非常迅速地上升，并 且，晶片變得更加不透明。這個改變導(dǎo)致晶片的反射比與發(fā)射比的大的變化。 在這種情形下，對于改進(jìn)溫度測量或控制，屬性的室溫測量將不太有用。本公開針對于用于在處理晶片之前確定例如半導(dǎo)體晶片的襯底的光學(xué)屬 性的方法與系統(tǒng)。依照本發(fā)明，測量或確定晶片的各種光學(xué)屬性，其不但可 以被用來幫助產(chǎn)生更加精確的溫度確定，也能夠用來以優(yōu)化熱能的吸收的方 式而控制加熱裝置。具有的特別優(yōu)勢是，使用本發(fā)明的方法獲得的信息允許 不但在低溫、而且在高溫時的溫度確定?？稍谔幚砭?，在處理室的外 面執(zhí)行本發(fā)明的方法?？蛇x地，也可在處理室自身的內(nèi)部執(zhí)行所述確定。在討論本發(fā)明的原理之前，對于光束如何與襯底進(jìn)行交互的簡短描述可 能是有用的。例如，圖3顯示具有代表性的類似晶片的結(jié)構(gòu)，其被以入射角 e。入射到其表面的光線A0照射。類似晶片的結(jié)構(gòu)可在其頂表面(WF)與底表 面(WB)具有涂層與裝置特征，其將影響這些表面的反射率與透射率。在頂表 面，反射入射光線中的一部分功率，從而形成反射光線R1。光線的第二部分 穿透前表面(WF),且形成內(nèi)部光線A1。作為由晶片與包含光線AO的入射介 質(zhì)的折射率之間的差異而引起的結(jié)果，該光以不同角度0i穿透。隨著光線A1 穿透通過晶片的厚度，其強度也因為在晶片內(nèi)的能量被吸收而減小。典型地， 通過被稱為比耳定律(Beer，s law)的指數(shù)關(guān)系，該吸收取決于通過晶片的路徑 長度。當(dāng)光線Al到達(dá)晶片的后表面時，其一部分透射通過該表面，以形成光 線T1。第二部分從后表面WB反射，且形成第二內(nèi)部光線A2。如果晶片的 后表面WB在Al到達(dá)點處與AO入射的晶片的前表面平行，那么，倘若超越 晶片后面的介質(zhì)的折射率與包含AO的介質(zhì)相同，則光線Tl將在與原始的光 線AO平行的方向傳播。光線A2也將處于晶片正常的對于Al的相同的角度。 在光線A2回頭朝向晶片的前表面WF時，光線A2也將通過吸收而減弱，其 中，將透射光線A2的一部分，以形成光線R2，并且，將反射它的另一部分 以形成另一個內(nèi)部光線A3。隨后，內(nèi)部光線A3遵循與Al的行為相同的行為，從而返回到晶片的后 表面WB,并且，生成第二透射光線T2、以及另一個內(nèi)部光線A4。隨后， A4遵循與A2的行為相同的行為，從而返回到晶片表面，并生成外部光線R3、以及內(nèi)部光線A5。因此，我們看到入射到晶片的表面的單個光線AO能夠 生成無限系列的反射光線(如R1、 R2、 R3等等)、以及無限組的透射光線T1、 T2等等。實際上，與沿著通過襯底厚度的每一條內(nèi)部光線的路徑的有限的吸收相 結(jié)合的表面的有限的反射率與透射率通常導(dǎo)致隨著內(nèi)部反射數(shù)量的增長， 光線的功率相當(dāng)快速的削弱。然而，如果測量設(shè)備從除了第一反射R1以外的 例如R2、 R3的光線中收集能量，那么，通過村底的光透射的程度將能夠強 烈影響反射比測量。同樣地，通過收集多次反射的光線(例如T2、以及第一光 線T1)的能量，將影響透射比的測量。圖4圖解了在除了作為具有有限大小的校準(zhǔn)束而示出了入射光束、而 不是圖3中的理想的單個光線之外均類似于圖3的場景中，在反射比測量中 的這樣的多次反射光線的效果。所顯示的兩個極限光線A和B代表校準(zhǔn)光束HO的外部限定。如在0VR1 處所示，在兩個晶片表面(例如，HR1與HR2)反射的光束重疊，使得如果光 檢測器用于試圖測量反射率，則由檢測器收集的光不但包括由晶片的前表面 反射的光，而且還包括從晶片的后表面反射的光。這樣的測量將無法區(qū)分由 晶片的前表面和從晶片的后表面所反射的光。同樣地，例如，作為在束HT1與HT2之間的重疊0VT1的結(jié)果，透射 比的測量也將導(dǎo)致受到襯底內(nèi)的光的多次反射影響的測量。通常，本公開針對于這樣的方法與系統(tǒng)，其用于向例如半導(dǎo)體晶片的襯 底上發(fā)射光，并通過各種手段將從晶片的前表面反射的光量與從晶片的后表 面反射的光量分離。 一旦光被分離，則能夠進(jìn)行每個表面的反射率的精確測 量。如在下面詳細(xì)描述的那樣，本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)在之后處理晶片時，該信息 對于控制處理室中的至少一個參數(shù)能夠是有用的。例如，參考圖5，其圖解了用于消除多次反射的效果的方法的一個實施 例。在這個情況中，已選擇入射光束H0的大小以及襯底上的入射角度，以 將從不同表面反射的光束(HR1、 HR2、 HR3等等)分離。從襯底的前面(HR1) 反射的入射光束的位置與從襯底的后表面(HR2)反射的光而到達(dá)前表面的位 置并不重疊。結(jié)果，存在在空間上分離的許多反射光束。這些光束中的光能 夠指向(fallon)不同的檢測器、或傳感器陣列。在入射束的第一反射中所反射 的光的強度只受襯底前表面的反射率的影響，然而，在第二反射束中，則受到襯底的前后面的反射率、以及襯底的吸收系數(shù)的影響。在一些情形中，可能只對前表面的反射率感興趣，但是，通過收集分離 束中的光，有可能更加完整地分析晶片的光學(xué)屬性。例如，通過收集兩個反 射光束，可推出關(guān)于晶片的兩個表面、和/或晶片的吸收系數(shù)的信息。相似的優(yōu)勢也可應(yīng)用于透射光HT1、 HT2等等的不同分量的分析，如圖5所示。此 外，通過對入射到晶片的前表面或后表面的光進(jìn)行分離測量，可獲得甚至更 多的信息，和/或能夠減小在對晶片的光學(xué)屬性的估計中的錯誤的數(shù)量。當(dāng)進(jìn)行如圖5所示的方法時，所使用的一個或多個檢測器可以包括能 夠在特定波長或波長范圍上測量光束的強度的任何合適裝置。盡管在一些實施例中，使用圖5中的配置具有一些優(yōu)勢，但其可能難以 適用于所有類型的襯底，尤其對于那些相對薄且折射率相對大的那些村底類 型。在該環(huán)境中，光的入射束撞擊(impinge)到頂表面的位置與從襯底的后表 面反射的光束撞擊到頂表面的位置之間的距離可以相當(dāng)小，從而導(dǎo)致需要非 常小的入射光束。然而，可使用激光源來為窄光束提供更高強度的照射。在另一實施例中，甚至在反射光束部分重疊的情況下，也可使用各種技 術(shù)來確定并區(qū)分由晶片的前表面反射的光量與由晶片的后表面發(fā)射的光量。 例如，只要光只是部分重疊，便可通過幾何計算來計算重疊的程度。此外， 可通過改變?nèi)肷涫蛉肷浣堑拇笮』蛐螤睿怪丿B的情形變化，這將允許確 定由前表面反射的光量。例如，改變光HO的校準(zhǔn)束的入射角度可以改變反 射率、以及通過襯底的路徑長度。在一個特定的實施例中，例如，在一種情 形中，所檢測的離開襯底的反射光可以包括所有的反射分量Rl、 R2、 R3, 例如，如圖3所示。在第二種情形中，通過改變?nèi)肷浣嵌?，反射束的分量?可以沒有重疊。其后，相似的技術(shù)也可以用于透射光的分析。在其它實施例中，取代或除了操縱光源來分離不同的光分量之外，還可 以設(shè)計光路，將其配置為分離不同的光分量。 一旦分離了不同的光分量，便 可;f全測或測量任何光分量，以排除其它的光分量。例如，在一個實施例中， 從襯底的頂表面反射的光可以與從襯底的底表面反射的光分離。為了確定襯 底的各種屬性，可以檢測從頂表面反射的光量和/或從底表面反射的光量。例例如，圖6圖解了用于區(qū)分由類似晶片的襯底的頂表面與底表面反射的 光的可替換的方法。如圖所示，由光源S發(fā)出的光線傳播通過包括透鏡與鏡子的光路。光線A1由S發(fā)射出，隨后由透鏡L1收集，其形成由光線A2代 表的校準(zhǔn)束。A2通過鏡子M,并作為光線A3而繼續(xù)。L2是對光聚焦的透鏡， 其形成撞擊到晶片前表面WF上的光線A4。從WF反射光線A4的一部分，以形成光線ARF1。由透鏡L2收集ARF1 ， 透鏡L2對其重新校準(zhǔn)，以形成光線ARF2。光線ARF2從鏡子M反射，以形 成光線ARF3。由透鏡L3收集ARF3，透鏡L3將其聚焦，以形成撞擊到4全測 器D2上的光線ARF4。光線A4的第二部分透射通過晶片的表面WF,以形成內(nèi)部光線ATI。 ATI 的一部分透射通過晶片的后表面，以形成透射光線AT2。 ATI的第二部分從 后表面WB反射，從而形成內(nèi)部光線ATRBl。隨后，ATRBl的一部分在前 表面被反射，以形成內(nèi)部光線ATRBRF1。隨后，ATRBRF1向后表面?zhèn)鞑ィ?并且，其一部分透射通過晶片的后表面WB，以形成第二透射光線ATRBRF2。 也將在WB處反射ATRBRF1的第二部分(未示出)，以形成如上所述的無限多 的內(nèi)部光線系列。ATRB1的一部分透射通過前表面WF,以形成第二反射光 線ATRB2。如果光線ARF1與ATRB2兩者均被反射光測量系統(tǒng)的光學(xué)器件(optics) 收集、且到達(dá)同一檢測器元件，則晶片的后表面的反射率將影響反射比測量。ATRB2由透鏡L2收集、并凈皮聚焦，以形成光線ATRB3，再由鏡子M反 射，以形成由透鏡L3聚焦、以作為ATRB5碰撞到檢測器D3的ATRB4。如果D2與D3是分離的檢測器，則在兩個反射光線之間進(jìn)行區(qū)分是可能 的。在這種情形中，從檢測器D2的測量代表僅來自晶片的前表面的反射。 由于通過WF的透射率和來自WB的內(nèi)部反射，其強度將受到晶片中光的吸 收的影響，所以，/人;險測器D3的測量對于晶片屬性的分析可能也是有用的。在一些系統(tǒng)中，源S可以在一個角度范圍內(nèi)發(fā)射光。盡管有可能通過使 用光圏而限制入射角度的范圍，但這可能由于光強的減弱，而導(dǎo)致用于測量 的信號強度的損失。傳播通過光學(xué)系統(tǒng)的光線的行為可以在光軸的不同角度 上被分析。圖7圖解了從S發(fā)射出的兩個光線隨著它們通過如圖6所考慮的 相同的光學(xué)系統(tǒng)的行為。在這一情形中，以與光軸相同的角度發(fā)射光線A與 光線B，但它們位于光軸的相對邊。它們的行為關(guān)于光軸而對稱。光線ARF 與BRF代表從晶片的前表面反射的兩個光線，且可以看出，它們均終止于檢 測器平面的相同點。這是由于，在從晶片的前表面反射以后，選擇光學(xué)器件，以使得將在檢測器平面上重建源S的像。在這個例子中，這意味著選擇Ll的焦距以匹配S與Ll之間的距離，并且，L2的焦距匹配L2與晶片的前表面 之間的距離，并且，透鏡L3的焦距匹配L3與檢測器D2之間的距離。源S經(jīng)由從晶片前表面WF反射而在檢測器平面上成像的情形確保來自 源的能量被有效地轉(zhuǎn)移到放置檢測器D2的檢測器平面上的一小塊區(qū)域。在 如圖7所示的實施例中，由于兩條光線ARF與BRF源自源S的相同點，所 以，兩條光線ARF與BRF會聚到檢測器D2上的相同點。在該實施例中，源 S上的那一點位于光軸上，但是，對于S的平面上的任何點而言都是一樣的。 另一方面，從晶片的后面反射的光線BTRB與ATRB在不同位置到達(dá)檢測器 D2的平面。如果期望，則可用檢測器Dl和D3檢測到它們。如上所述，從 晶片的后面反射的光線BTRB與ATRB也能夠提供關(guān)于襯底的光學(xué)特性的有 用信息。因此，在特定實施例中，可以只對檢測由襯底的前面反射的光線感 興趣，而在其它實施例中，卻只對檢測由襯底的后面反射的光線感興趣。當(dāng) 然，在另一個實施例中，由襯底的前面反射的光線與由襯底的后面反射開的 光線可各自被單獨測量。圖8中示出了根據(jù)本發(fā)明的方法可使用的另一個光路。圖解于圖8中的 光路與圖解于圖7中的光路相似。然而，在該實施例中，兩條光線A與B從 源S以到光軸不同的角度發(fā)射。從晶片的前表面反射的光線ARF與BRF再 次到達(dá)檢測器D2上的相同點。然而，從晶片的后表面反射的兩條光線ATRB 與BTRB到達(dá)不同位置，且只有BTRB到達(dá)檢測器D2。這說明了關(guān)于由晶片 的前面反射或由晶片的后面反射的光線對于由檢測器D2檢測的信號的相對 影響的通常觀點。從晶片的后表面WB反射的能量可能被分布在比從晶片的 前面WF反射的能量更大的區(qū)域上而結(jié)束。結(jié)果，由晶片的后表面反射的能 量對于來自檢測器D2的信號的相對貢獻(xiàn)要小于來自晶片的前面的反射。其 原因是由于選擇光學(xué)器件以使得晶片表面WF的像被形成在檢測器平面上。 由于從晶片的后面WB反射的光線并未在檢測器平面上成像，所以，能量的 分布將更為擴(kuò)散。在圖9中圖解了通過選擇光學(xué)條件以優(yōu)化到達(dá)檢測器的能量強度、而在 由晶片的后面反射的能量與前面反射的能量之間進(jìn)行區(qū)分的原理。曲線A圖 解了對于已從晶片的前表面反射的光線而言，檢測器平面中的功率強度分布。 曲線B顯示了對于已從晶片的后面反射的光線的相應(yīng)的分布。曲線C是對于在后表面已經(jīng)歷多次反射的光線的曲線，而曲線D則是來自曲線A、 B、以 及C的強度和。如果我們考慮由落在軸位置-XD/2至+XD/2之間的曲線D所 代表的光的部分作為由檢測器所檢測的能量，則我們可看到來自曲線A的信 號的貢獻(xiàn)將遠(yuǎn)大于來自曲線B或C的信號的貢獻(xiàn)。如圖6-8所示，為了將不同的光分量分離開和/或控制來自前反射或后反 射的光信號的貢獻(xiàn)，可使用并調(diào)整各種光路。進(jìn)一步，可將其它的技術(shù)或光 學(xué)元件加入到光路中，以幫助將不同的分量分離。例如，光圈或濾光器可被 并入到光路中，以在期望時阻隔光線。例如，參考圖10，其顯示了使用阻隔元件70的光路的一個實施例。在 該實施例中，阻隔元件70用于阻隔光線B以及與軸具有4交小傾角的光線。以 這種方式，檢測器D2只接收已從半導(dǎo)體晶片的前表面WF反射的光線。也可將在晶片表面控制入射角度分布的阻隔元件放置于別處，或者在入 射束，或者在反射束，只要它們的作用在于阻隔這些已從晶片的后面反射的 光線、并且仍舊能夠到達(dá)感興趣的檢測器上即可。如果期望將被測量的反射 比與特殊的入射角或入射角范圍相匹配，則對于入射角分布的控制可能也是 有用的。在一些實施例中，還有可能通過可調(diào)節(jié)的阻隔元件來改變?nèi)肷浣堑?范圍，并在不同的設(shè)置中進(jìn)行反射的光信號的測量。這些種類的測量能夠幫 助特征化樣本的光學(xué)屬性，例如通過特征化晶片內(nèi)的吸收度。依賴于特定應(yīng)用，依照本發(fā)明產(chǎn)生的光路可以包括如圖IO所示的單個阻 隔元件70、或多個阻隔元件。應(yīng)當(dāng)了解的是，阻隔元件可以作為如圖10所 示的分離組件而包含于光路中，或者可以被合并到其它某個光學(xué)元件中。例 如，當(dāng)這些元件能夠限制傳播通過光學(xué)系統(tǒng)、并到達(dá)檢測器的光線的特定范 圍時，透鏡、鏡子或其它光學(xué)元件的有限的直徑能夠充當(dāng)此處所使用的阻隔 元件。阻隔元件70可以是任何能夠減d、一些不想要的光線的裝置。在一個實施 例中，例如，阻隔元件可以包含包括有只允許所選的光線通過的光圈的器件。 如上所述，然而，也可以使用透鏡、濾光器、鏡子或其它光學(xué)元件。用于控制從前表面WF反射的能量與從后表面WB反射的能量的比率的 另 一個方法包括優(yōu)化透鏡(尤其是透鏡L2和L3)的焦距。當(dāng)在檢測器平面D2 處重新成像時，這些透鏡的焦距的比率控制在前表面WF形成的S的中間像 的放大倍數(shù)。通過減小透鏡L2相對于透鏡L3的焦距，可增加放大倍數(shù)。這具有增加區(qū)分從前后表面的反射的能力的作用。圖ll圖解了這一點，由于在該種情形下，我們看到光線BTRB不再指向檢測器D2，所以，與圖8中BTRB 到達(dá)檢測器的例子相比，示出了對于從晶片的后表面反射的光的改進(jìn)的區(qū)分性。如圖ll所示，在一個實施例中，能夠通過減小聚焦深度而分離不同的光 分量。在圖7與8所示的實施例中，晶片的前表面WF位于透鏡L2的焦點上， 且檢測器則位于L3的焦點上。L2的聚焦深度依賴于許多因素，包括焦距和 照射的角度。如果設(shè)定了條件，以使得對于主要從表面WF周圍很窄范圍的 位置發(fā)射出的光線的集合而言，透鏡L2與透鏡L3只在檢測器平面成像，那 么，將聚焦深度限于晶片的表面附近的區(qū)域內(nèi)。由于到達(dá)檢測器的大多數(shù)輻 射已從晶片的頂表面反射，所以，通過確保晶片的后面WB位于聚焦深度之 外，可以分離從晶片的前面與后面反射的光線。在一些實施例中，可以使用入射束中的相對大范圍的入射角度。這種情 形也可能在處理室中對于入射到晶片上加熱輻射的入射角度的范圍更具有代 表性，從而提供了這種測量方法的第二個有用之處。在這種方式之中，能夠 在室中通過光學(xué)建模評估加熱輻射撞擊到晶片上的情形，例如通過使用光線 追蹤(ray-tracing)軟件。隨后，可使用對于加熱輻射的入射角度的范圍的合適 的理解，來將在測量系統(tǒng)中所使用的照射條件與應(yīng)用于處理設(shè)備中的照射條 4牛相匹配。在一些例子中，可從晶片表面相當(dāng)小的區(qū)域內(nèi)收集反射光線，以阻止已 經(jīng)傳播到晶片的后表面且向表面重新反射的光線的收集。收集反射光的區(qū)域 的大小決定于所使用的光學(xué)器件、檢測器的尺寸、以及所包括的任意光圏、 濾光器或其它光學(xué)元件。由于在樣品非常薄的情況下，如果從晶片表面的一 大塊區(qū)域內(nèi)選擇光線，則更難以將從前表面與后表面反射的光線分離，所以， 所分析的面積的最佳大小在部分取決于樣品的厚度。然而，可能存在要考慮 的其它的因素。例如，如果晶片的表面被圖案化，則反射率可能在收集反射 光的區(qū)域內(nèi)變化。如果期望收集區(qū)域的平均屬性，則這可能是具有優(yōu)勢的。例如，在一個實施例中，收集反射光的晶片表面的區(qū)域的尺寸可能相對 專交小，且能夠被設(shè)計成匹配由溫度測量裝置(例如，高溫計)查看的區(qū)域。換句 話說，高溫計的視野能夠匹配收集反射光的區(qū)域。在另一個實施例中，然而， 可從晶片表面上的相對大的區(qū)域收集光。當(dāng)在加熱裝置與襯底之間優(yōu)化功率耦合時，從相對大的區(qū)域收集反射光數(shù)據(jù)可能是有用的。另一方面，如果通 過能量束加熱襯底，則被光學(xué)特性化的面積能夠匹配通過能量束照射的面積。 這樣的方法對于特征化且優(yōu)化激光束能量的耦合尤其有用。這在半導(dǎo)體襯底經(jīng)常是半透明的發(fā)射波長大于 lnm的能量的激光器尤其有用。例如，這樣 的激光器包括二極管激光器、YAG激光器、纖維激光器、CO與C02激光器。在一個特定實施例中，可以跨越襯底掃描光源。關(guān)于反射光的光強的信 息被順序收集。通過移動光源、移動光路、和/或移動襯底自身而發(fā)生掃描。 以這種方式，能夠在襯底上的任何特定位置收集信息?？蛇x地，可跨越晶片 的面積收集平均值。在一個實施例中，為了提供短焦距的鏡頭，可使用顯微鏡物鏡。該鏡頭 可被置于光路中的任何位置，例如如圖11所示的透鏡L2處。當(dāng)置于透鏡L2 處時，可使用顯微鏡物鏡將輻射聚焦到晶片表面上。這樣的鏡頭可以具有小 焦距和高數(shù)字光圈。結(jié)果，它們提供了一種便利的方法，以提供使用大范圍 的入射角度照射晶片，并且收集具有小的聚焦深度的光的光學(xué)系統(tǒng)，尤其當(dāng) 作為結(jié)果的晶片表面的放大倍率相對較大時(例如，光學(xué)系統(tǒng)具有大于x10的 放大倍率，比如大于x50)。然而，也可以考慮一些可選方法，包括更大且離 晶片表面更遠(yuǎn)的光學(xué)器件，只要確保僅從想要的區(qū)域收集光線、且所收集輻 射的大部分僅在第 一表面上被反射即可。測量系統(tǒng)的光軸也不需要與晶片表 面相垂直。通過在平面中掃描檢測器，或通過使用不同尺寸的檢測器，或可變的或 在檢測器平面中掃描光圈，或通過使用成像檢測器，比如電荷耦合器件(CCD) 相機，或檢測器陣列，對于在檢測器平面中光分布的分析是可能的。關(guān)于在 檢測器平面中的光的空間分布的信息能夠被用于改進(jìn)測量。例如，如果襯底 的厚度是已知的、或其被測量，則解釋關(guān)于從晶片的前表面或后表面反射的 分量的強度分布的形狀是可能的。可使用算法將所檢測的分布分解至從前表 面反射的分量，而與產(chǎn)生于襯底中多個反射的其它分量相反。因此，如圖9 的建議，從后表面反射的分量可用數(shù)學(xué)方式從總信號中減去，以產(chǎn)生對于從 晶片的前表面反射的信號的更加精確的估計。在圖5-8與10-11中，焦點主要在于區(qū)分與從后表面反射的光相對的從晶 片的前表面反射的光量。如上所述，事實上，存在無限系列的反射光線。圖 12圖解了來源于光源S的單個光線A如何傳播通過前述的光學(xué)系統(tǒng)。在該示例中，該圖顯示了從晶片的前表面WF反射的光線R1、起源于后表面WB處 一次反射的光線R2、以及分別起源于后表面處的二、三和四次反射的R3、 R4和R5的路徑。理論上，系列中存在無限多數(shù)量的光線，但是，如上所述， 由于能量損失，光線的強度相當(dāng)迅速地減小。光線Rl、 R2、 R3、 R4與R5 相應(yīng)地到達(dá)^r測器D2、 D3、 D4、 D5與D6。為了更好地特征化晶片的光學(xué) 屬性，測量這些光線的每一個的強度是可能的。當(dāng)想要測量光線Rl、 R2、 R3、 R4與R5時，例如，光源S可以是激光源，以生成足夠強度而使測量發(fā) 生。為了使源發(fā)射光線具有一個范圍內(nèi)的入射角度， 一些光線將到達(dá)每個^r 測器元件，而導(dǎo)致如圖9所示的曲線族B&C。強度分布的分析可能有助于識 別如上所述的分量，且這樣的方法能夠結(jié)合光圈或其它限制傳播的角度范圍 的光學(xué)元件的使用，并且，因此反射光分量族能夠到達(dá)檢測器。所描述的關(guān)于反射光分析的原理也能夠應(yīng)用于透射通過襯底的光的分 析。例如，例如，圖13顯示了兩個光線A與B通過光贈4人源S傳#"的一個 實施例，其中鏡頭Ll與L2與以前一樣用作在晶片表面WF形成光源S的像， 且鏡頭L4與L5將WF處的S的像在4全測器平面TD2處重新成像。該設(shè)計確 保透射光線不從晶片的后面反射，TA與TB在TD2的平面處聚焦。在晶片的 后表面處經(jīng)歷至少一次反射的光線，例如ATRBRF與BTRBRF，到達(dá)纟全測器 平面的不同位置。因此，在某種意義上，與反射光線相當(dāng)類似，減小多次反 射光線對于由TD2檢測的信號的貢獻(xiàn)是可能的。圖14顯示單條光線A的行為，以與圖12所圖解的多反射光線相當(dāng)相似 的方式，其透射通過光學(xué)系統(tǒng)與晶片，生成多透射光線。如果需要，這樣的 光線也可以由檢測器陣列檢測，對于那些就反射光空間分布而言的內(nèi)容，相 似的分析方法被用于分析透射光的空間分布。應(yīng)當(dāng)注意到，盡管此處的說明示出了源與晶片之間的兩個透鏡的使用， 但是，能夠通過使用更多或更少的透鏡的各種的可選的光路，或甚至通過將 一些或所有的透鏡替代為鏡子，例如曲面鏡或其它光學(xué)元件，來實現(xiàn)基本原 理。如果需要，控制入射或反射光的偏振狀態(tài)的光學(xué)器件也能夠包含于設(shè)備 中。這樣的光學(xué)器件可以包括起偏器與阻尼器，例如四分之一波片，半波片 或全波片，或其它能夠產(chǎn)生想要的偏振狀態(tài)的輻射的光學(xué)元件，包括面偏振、 橢圓偏振或圓偏振。當(dāng)配置偏振的狀態(tài)和/或配置入射角度時，對于任何給定的測量布置，應(yīng) 注意到考慮這些因素。對于法向入射或近似法向的入射(例如，入射光的入射 角小于大約25度)，效果通常相當(dāng)小。在非法向入射的情形中，利用在S平 面或P平面中偏振的入射輻射來執(zhí)行測量通常是有用的。用于兩種條件的測 量能夠允許對于襯底的光學(xué)屬性的全面確定。橢圓偏振測量也可以在各種時 刻執(zhí)行，比如在襯底的低溫預(yù)特征化期間?？稍谌魏胃信d趣的波長進(jìn)行測量，或可通過附著合適的能譜設(shè)備(例如單源、并收集所有的在具有寬波長響應(yīng)的檢測器處反射的輻射，也能夠執(zhí)行完 整的屬性的測量。用于向半導(dǎo)體晶片上發(fā)射光的光源S可以是任何合適的發(fā)光裝置。例如，光源可以發(fā)出一個波長范圍或特定波長的光。合適的光源可以包括W-halogen 光熱燈泡、Xe-arc燈、放電燈、發(fā)光二極管、激光器、或熱源，例如黑體空 腔、glowbar或其它熱輻射發(fā)射元件。在一些例子中，設(shè)置燈輻射源以使得它 們發(fā)射在處理設(shè)備中使用的能量源的光譜代表將是有用的。完成這點的一個 方法是特征化感興趣的輻射源，并將其與能夠在處理設(shè)備中模仿能量源的波 長濾光元件相結(jié)合。在一個實施例中，光源可以包括超連續(xù)光源。由于超連續(xù)光源比傳統(tǒng)的 寬帶光源(例如鎢-卣燈或LED)更加明亮，所以，對于快速測量晶片的光學(xué)屬 性，超連續(xù)光源擁有一些特殊優(yōu)勢。由于在給定時間內(nèi)能量傳遞非常大，所 以，對于反射光、透射光或掃描光的檢測允許更高信號級別，這對于執(zhí)行非 ?？焖俚臏y量是十分有用的。如果存在相對高級別的可能干擾晶片屬性的精 確測量的雜散的背景輻射，由于非常明亮的照射能夠使得來自這樣的雜散的 光源的光對于來自超連續(xù)光源的光而言是微不足道的，它也可能是有用的。 這對于處理室中的晶片的光學(xué)屬性或熱屬性的測量具有特殊的優(yōu)勢，尤其是 如果晶片是熱的或如果由加熱元件、燈、激光器或等離子體發(fā)射的雜散輻射。 由于大量的輻射可從小的發(fā)射區(qū)域傳遞、并且其可方便地與光線、光導(dǎo)管及 其它能夠方便地被引入處理設(shè)備與室的元件相連接，所以，非常亮的輻射源 也允許使用緊湊型光學(xué)元件。超連續(xù)光源也能夠產(chǎn)生相對平坦的光譜，例如， 在寬波長范圍內(nèi)其并不變化太多。這將具有擴(kuò)展由光源方便地覆蓋的波長范 圍、以及且簡化光譜測量的解釋(如反射與透射光譜)的優(yōu)勢。通過將非線性介質(zhì)暴露于高功率輻射下，而產(chǎn)成超連續(xù)光。例如，通過將來自激光器的高功率脈沖輻射應(yīng)用到水電池(water cell)并收集發(fā)射光的光 譜，而生成超連續(xù)光。有效的方法包括使用光子含晶光纖或錐形光纖。超連 續(xù)光源能夠生成覆蓋對于特征化半導(dǎo)體晶片有用的波長范圍的光譜。例如， 來自KOHERAS A/S(Birker①d，Denmark)的KOHERAS SuperKTMS色超連續(xù) 源產(chǎn)生具有在460nm與2000nm之間功率光譜強度大于4mW/nm的輻射光譜。 這樣的光源對于在處理室中測量晶片透射或反射具有特殊的興趣。該測量可 被用于推斷出晶片的溫度。進(jìn)一步，可直接地或與可選波長濾光元件相結(jié)合 使用光源進(jìn)行各種其它的測量。這樣的元件能夠選擇傳遞到晶片的光的波長， 或從晶片反射、散射、透射或發(fā)射之后的光。測量能夠包括如上所述的反射 與透射，然而它們也能夠包括調(diào)制到達(dá)晶片的光的方法，并且其創(chuàng)建晶片屬 性的熱調(diào)制或電調(diào)制?？蓹z測這樣的調(diào)制，并且使用該調(diào)制來提取關(guān)于晶片 的信息。此外，這樣的光源甚至對于熱處理是有用的，尤其是對于具有涂層才莫式 的晶片的情形。在這種情形中，使用廣譜加熱能夠減小不同圖案區(qū)域的功率 吸收的差異的程度，從而提供更加均衡的處理。當(dāng)使用熱能量源時，將它們的溫度設(shè)置為實際處理條件下晶片溫度的代 表是有用的。如果必要，后者也可以設(shè)置為基于處方(on a recipe-by-recipe basis) 而匹配的晶片溫度。例如，如果關(guān)鍵過程步驟發(fā)生在IOOO攝氏度，則其熱量 源也應(yīng)在這個溫度。對于這些使用寬帶輻射源的例子，使用寬帶檢測器，例 如熱電堆、測輻射熱儀，或焦熱電裝置檢測反射輻射將是便利的。通過校準(zhǔn) 程序，可補償在處理室中與在測量設(shè)備中所應(yīng)用的條件的差異。如果處理設(shè) 備使用激光器加熱晶片，則在同一波長進(jìn)行光學(xué)測量將是必要的。如果激光 以入射與偏振狀態(tài)的特定角度入射到晶片上，這些方面也可以在測量中合并。應(yīng)當(dāng)了解到，可執(zhí)行襯底的前表面與后表面上的測量，以提供對于襯底 的光學(xué)屬性的更加完整的描述。如上所描述，在一個實施例中，可在跨越晶 片表面的許多位置處進(jìn)行測量。隨后，該信息可以提供整個晶片的輻射屬性 的空間分布的地圖。在跨越晶片表面的多個位置執(zhí)行測量對于提高處理的一致性尤其有價 值，例如，通過提高溫度一致性。例如，可向測量與控制系統(tǒng)提供關(guān)于整個 晶片表面的光學(xué)屬性或熱屬性的變化的信息。在一個實施例中，為了預(yù)測如何在晶片上不同的位置優(yōu)化加熱條件，可通過基于模型的控制器使用該信息。型的控制系統(tǒng)提供屬性的分布，以優(yōu)化溫度一致性。當(dāng)加熱或另外將襯底置 于一個或多個激光束的影響下，也能夠使用相似的方法以控制存在變化的功率。對于校正用于檢測晶片上不同位置的溫度的傳感器的讀數(shù)而言，關(guān)于跨 越表面的光學(xué)屬性變化的信息可能是有用的。關(guān)于晶片的厚度或摻雜變化的 信息也可以用于相似的目的。同樣地，關(guān)于晶片上涂層或模式的變化的信息 能夠以相似的方式使用。在一些情形下，在至少兩個配置中執(zhí)行測量可能是有用的， 一個是只收 集來自被照射表面的反射光，而一個是光學(xué)配置，以使得聚焦深度大且在晶片的兩個表面反射之后收集光(如圖3所示情形)。通過改變在一個光路內(nèi)的聚 焦深度而使得這兩種情形互相調(diào)和，例如通過使用如圖IO所示的光圏或通過 分離測量步驟。來自晶片兩個表面的反射測量與晶片的透射測量的組合允許相當(dāng)完整的 光學(xué)屬性的特征化。在室溫下執(zhí)行透射率與反射率的測量的一個有用方面在 于它們允許確定晶片是否重?fù)诫s。這能夠通過推斷波長大于 lixm的光學(xué)吸收 度來確定。如果對于輕摻雜材料，吸收系數(shù)明顯大于所預(yù)期的，例如電阻系 數(shù)大于0.5Qcm的硅，則該材料可被識別為重?fù)诫s。這個信息能夠用于改進(jìn) 溫度測量精度，并改進(jìn)溫度控制，尤其是在溫度低于 800攝氏度的處理期 間。例如，在多于一個溫度處執(zhí)行預(yù)測量可被用于區(qū)分輕摻雜晶片與重?fù)诫s 晶片，或者通常提供關(guān)于摻雜的性質(zhì)的信息。在多于一個溫度處執(zhí)行測量對 于確定晶片的其它屬性也是有用的。例如，在不同溫度的測量與檢測表面反 射率相結(jié)合可以顯示表面反射率中的溫度相關(guān)性。該信息對于改進(jìn)反射比、 透射比、發(fā)射比，或吸收比的估計的精度是有用的。例如，在感興趣的溫度 (T2)，可通過在其它的溫度(例如T1與T3)獲得的測量來獲得表面的反射率。 在多于一個溫度特征化特征與外推第三溫度的概念對于估計襯底的吸收系數(shù) 的溫度相關(guān)性也可以是有用的。這些測量中的任何一個能夠與調(diào)制透射通過襯底的光的方法合并，例如 通過引入額外的自由載流子吸收的照射，例如通過在半導(dǎo)體中創(chuàng)建額外的電子空穴對。吸收度的調(diào)制將通過對于通過襯底的厚度傳播的光線敏感的反射 或透射輻射的分量中的相應(yīng)調(diào)制來證明它自己。對于改進(jìn)精度，該方法是有 用的。我們也能夠通過應(yīng)用其它形式的輻射來調(diào)制光透射，包括可輕松獲得 的來自P輻射發(fā)射器的(3粒子流的機械調(diào)制的電子放射。其也可能通過有意 調(diào)制晶片溫度并觀察所測量屬性中的改變而獲得額外的信息。如上所述，作為表面圖中的模式化與變化的結(jié)果，晶片表面可以散射輻 射。在這種情形中，可通過散射模式來影響反射光束與透射光束的強度。特征化散射光的存在和程度的一種方法是檢查是否晶片任一表面的對入射光 測量的透射率相同。如果其依據(jù)被照射的表面而不同，則很有可能是晶片 的至少一個表面正在沿著對于透射測量不被正確收集的方向散射光。因此， 不均勻的透射比的測量可能是光散射的征兆。晶片的光散射模式的特征化能 夠幫助改進(jìn)光學(xué)屬性預(yù)測的精度。這對于在高溫計波長處提供光語發(fā)射比的 改進(jìn)的估計尤其有用。在光散射的效果尤其明顯的一些情形下，測量晶片的 雙向反射比分布函數(shù)、以執(zhí)行光譜發(fā)射比的精確估計可能是必要的。對于測 量反射比與透射比而使用積分球來控制照射條件也可能是有用的。當(dāng)特征化晶片與任何給定加熱能量源之間相互作用時，計算通常需要考 慮能量源發(fā)射的能量的光譜分布。能夠通過越過覆蓋能量源發(fā)射其能量的光 譜區(qū)域的波長間隔、測量作為波長的函數(shù)的感興趣的光學(xué)屬性，而覆蓋該方 面。可以使用光學(xué)屬性的加權(quán)積分獲得綜合的屬性。例如，如果感興趣的屬 性是變量f(入,T)，且能量源發(fā)射光譜lL(人)，那么，綜合屬性為F(T),其中= J ￡r、 ~~在一個包括由加熱源發(fā)生的大多數(shù)能量的波長范圍中計算該積分。變量f(入,T)可以是反射比、吸收比、透射比等等。對于確定耦合能量源的功率，綜合的吸收比特別有用。相似的原理也可應(yīng)用于確定綜合的發(fā)射比，例如總發(fā)射比。在這種情形下，加權(quán)的光譜是與感興趣的溫度的黑體輻射光謙。例如，可以根據(jù)以下方程，從光譜發(fā)射比s (入，T)計算總發(fā)射比￡ t。t(T):|VM(;i,7>(A,r)ta￡'。'(7)_ JX"，幾其中，Wbb(入，T)是Planck輻射函數(shù)，其描述黑體輻射器的輻射光譜。在包括 黑體輻射器在溫度T發(fā)射的大多數(shù)能量的波長范圍中執(zhí)行該積分。當(dāng)其處于任何給定的溫度時，可使用綜合發(fā)射比的估計來幫助確定從晶片輻射的熱度。 確定綜合屬性的可選的方法可包括使用合適的光譜照射晶片，并因此直接執(zhí) 行綜合測量。后面的方法可能需要小心制作照射光譜、以及光學(xué)檢測系統(tǒng)的 光譜響應(yīng)，但可能在一些情形中具有更快、更筒單的優(yōu)勢。如上所描述，在一個實施例中，測量可在襯底的前表面與后表面執(zhí)行， 以提供襯底的光學(xué)屬性的更加完整的描述。在另一個實施例中，晶片的兩面 均可以;陂照射，以才丸行雙面測量。例如，圖15顯示一種布置，其包括提供入射到晶片兩表面中任一表面的光的能力的設(shè)備。輻射源SWF照射晶片的前面(WF)。由WF反射的光被DRWF 收集，這是輻射收集和感測布置。如果需要，DRWF能夠包括限制所檢測的 輻射只是由WF反射的分量。同樣地，DTWF是輻射收集與收集透射通過晶 片的輻射的感測布置。輻射源SWB照射晶片(WB)的后側(cè)。由DRWB收集從 WB反射的光，這是輻射收集與感測布置。如果需要，DRWB能夠包括限制 所檢測的輻射只是由WB反射的光學(xué)器件。同樣地，DTWB是輻射與收集透 射通過晶片的輻射收集和感測布置。為了晶片的屬性的更加完整的特征化， 這些測量子系統(tǒng)的合并允許利用從晶片的任一側(cè)的照射的測量。圖16顯示了第二布置，其包括提供入射到晶片的兩個表面中任一表面的 光的能力的設(shè)備。輻射源SWF照射晶片的前側(cè)(WF)。 D1收集從WF反射的 來自SWF的光，這是輻射收集與感測布置。如果需要，Dl能夠包括限制所 檢測的輻射只是由WF反射的分量。同樣地，D2是輻射收集與感測布置，以 收集來自SWF的透射通過晶片的輻射。輻射源SWB照射晶片的后面(WB)。 在這個布置中，配置光學(xué)元件，以使得來自SWB的從WB反射的光被D2收 集。如果需要，D2能夠包括限制所檢測的輻射只是由WB反射的光學(xué)器件。 同樣地，Dl能夠收集來自SWB的透射通過晶片的光。如才艮據(jù)圖15中而成為 可能的那樣，該實施例可執(zhí)行同樣的測量，但是，該實施例使用更少的光學(xué) 組件與檢測器，并由此將更便宜與更簡單。按照圖16中的方案，也可能更易 于在晶片上相同的空間位置執(zhí)行測量。如果需要，可在不同時間執(zhí)行使用來 自SWF與來自SWB的輻射的測量，以防止來自SWF的輻射在檢測器檢測 來自SWB的輻射的同時到達(dá)。可選地，通過使用來自SWF與SWB中至少 一個的輻射輸出的調(diào)制，向至少一個信號提供時變特性，該信號允許按照輻 射來源于的特定光源而^皮區(qū)分。例如，SWF的輸出可在已知頻率進(jìn)行亮度調(diào)制，且來自D1與D2的信號能夠被過濾，以追蹤所述頻率分量的行為。分離 信號的其它的方法能夠包括來自SWF與SWB的光輸出的差異(例如波長或偏 振狀態(tài))的采用(exploitation of differences)。光收集與感測布置Dl與D2的特 性發(fā)生變化也是可能的，以使得它們更適于來自SWF與SWB的輻射的測量。 例如，在其收集來自SWF的從晶片反射的光的同時，Dl的特性可能被設(shè)置 用來優(yōu)化反射光的收集，然后，當(dāng)收集來自SWB的透射的光時，它們被設(shè)置 為優(yōu)化透射光的收集。當(dāng)然，如果需要，可以優(yōu)化特性，以同時執(zhí)行這些功 能。圖15與16中所顯示的光收集與感測布置的能夠為晶片屬性的測量而優(yōu) 化的特性可以包括光學(xué)元件(例如透鏡、光圏、鏡子和檢測器)的位置與形狀的 調(diào)節(jié)與選"^奪。它們也能夠包括濾光元件或偏振元件。它們也能夠包括例如電 子的或數(shù)字的濾光器、放大器設(shè)置和信號處理電路和算法。輻射源SWF和 SWB也能夠包括光學(xué)的和電子的元件，以協(xié)助優(yōu)化反射光或透射光分量的測 量，并且，如果需要，這些元件能夠因特殊晶片屬性的測量而變化。盡管圖 15與16中所顯示的配置顯示入射光與晶片的法線成一個角度，但是，如果 需要，測量也可以法向入射或近似法向入射而進(jìn)行。在這種情形中，包括允 許光收集與感測布置的分束光學(xué)器件以釆樣由晶片反射或透射的輻射、而不 完全阻礙入射輻射的路徑是便利的。對于多數(shù)應(yīng)用，使用向晶片傳遞輻射，或收集由消色差的晶片反射的輻 射或透射的輻射的光學(xué)元件是有用的。這樣的光學(xué)元件具有這樣的特性，即 它們的聚焦屬性并不隨著波長而明顯變化。這允許在來自晶片的相同區(qū)域的 采樣輻射中執(zhí)行測量的時候，在寬的范圍的波長中執(zhí)行測量(順序地或同時 地)。通過反射光學(xué)元件獲得消色差方法是最筒單的。圖17顯示了設(shè)備的示例，其中在晶片上多于一個位置處執(zhí)行測量。在該 示例中，光入射到晶片的前表面，但是，該方法容易擴(kuò)展到晶片后表面上的 光入射的測量，或圖16與17中的方法，其中雙面測量是可能的。通過其它 方案，在多個位置測量或者甚至晶片屬性的映射也是可能的。例如，能夠機 械地移動晶片通過測量布置，以使得能夠在不同位置評估屬性。可選地，能 夠相對于固定晶片移動測量設(shè)備，或能夠在晶片表面上掃描用于測量的輻射 束。另一個方法包括使用更寬的輻射束照射整個晶片，或至少晶片的一個片 斷，并分析輻射的反射束與透射束。該束能夠包括從整個晶片反射、或來自于子區(qū)域(例如線型區(qū)域)的光。通過掃描關(guān)于輻射束的輻射收集與感測布置， 或掃描相對于收集與感測布置的輻射束，能夠執(zhí)行這樣的分析。可選地，能 夠通過光學(xué)系統(tǒng)收集光束，并傳遞到成像裝置，例如相機。 上述方法的實際應(yīng)用一旦我們已獲得表面反射率的測量，并且如果需要，獲得晶片透射率， 則該信息能夠用于在晶片處理期間預(yù)測晶片的熱輻射的屬性。 一個非常簡單的方法可用于傳導(dǎo)在晶片溫度T"OO攝氏度的步驟。在這種情況下，對于大 多數(shù)考慮，厚度大于600 ym的硅晶片在所有感興趣的波長可被認(rèn)為是不透 明的。如果就是這樣的情況，則在任一給定波長的晶片的反射率與發(fā)射比與 基爾霍夫(Kirchhofi)定律相關(guān)。一個更加復(fù)雜的方法將合并關(guān)于晶片溫度的信息，以產(chǎn)生對于輻射屬性 的改進(jìn)的評估。例如，如果高溫計讀^:可用，則可以不同的方式^f吏用從中4, 斷的溫度改進(jìn)屬性的估計。 一個方法是從模型預(yù)測晶片的吸收系數(shù)，然后將 該屬性與晶片的光學(xué)屬性的室溫測量相合并，以提供晶片的高溫屬性的更加 精確的評估。高溫計讀數(shù)也能夠用于提供來自晶片的輻射損失的更好的評估。該損失 依賴于輻射損失與溫度。通過合并所述兩屬性的評估，能夠獲得來自晶片的 不同區(qū)域的輻射熱損失的改進(jìn)的評估，并因此通過對燈的功率進(jìn)行合適的調(diào) 節(jié)，能夠改進(jìn)晶片溫度控制和溫度一致性。例如，下面是更加詳細(xì)的方法，以使用從圖示的光路中收集的信息。如 上所述，在一個實施例中，本公開針對于在襯底的內(nèi)部透射比小于0.1的高 溫處、校正輻射感測裝置(例如高溫計)的讀數(shù)的方法。在該實施例中，本發(fā)明 的光路被用于收集從晶片的一個表面(例如晶片的前表面)反射的光。在晶片處 于相對低的溫度(例如室溫)時執(zhí)行測量。也可以在與高溫計操作的充分相同的 波長范圍執(zhí)行測量?？蓮谋竟_中的方法確定晶片的前表面的反射率。該反射率被用于推斷 或確定高溫下晶片的反射比。特定地，在高溫下，由于內(nèi)部透射率隨溫度減 小，反射比與前表面的反射率充分相同。晶片的發(fā)射比可以通過反射比確定。 例如，晶片的發(fā)射比通常等于1減去反射比。所確定的發(fā)射比隨后被用于校 正高溫計讀數(shù)，并改進(jìn)溫度控制的精度。在一個可選的實施例中，本發(fā)明的方法也能夠被用于在低溫處校正高溫計讀數(shù)，其中襯底的內(nèi)部透射比大于O.l。在該實施例中，當(dāng)晶片處于相對j氐 溫且處于高溫計操作的波長范圍的時候，如圖所示的光學(xué)布置可以被用于收 集并確定從晶片的一個表面反射的光量。在一個實施例中，本公開的光學(xué)布置也可以用于收集從晶片的相反表面 反射的光，例如如上的使用相同條件的晶片的后表面。通過該信息，可以確 定晶片前表面的反射率與晶片后表面的反射率?？梢酝ㄟ^^^莫型或在高溫處的 晶片的其它測量來測量或確定晶片的透射比。在確定透射比后，可確定晶片的發(fā)射比。例如，發(fā)射比通常等于1減去 透射比減去反射比。該發(fā)射比隨后能夠被用于校正高溫計讀數(shù)，并改進(jìn)溫度 控制的精度。除了提供改進(jìn)的溫度測量，本^Hf中的方法也能夠被用于控制加熱裝置， 以優(yōu)化功率吸收。例如，在高溫處，其中晶片的內(nèi)部透射比小于O.l，本公開 中的方法能夠被用于收集并確定從一個表面(例如晶片的前表面)反射的光量。 這些測量可以在例如在室溫或接近室溫的低溫下完成。在該實施例中，然而， 執(zhí)行測量的波長范圍應(yīng)當(dāng)與在處理期間被用于加熱晶片的加熱裝置的波長范 圍充分重疊。一旦確定晶片的一個表面的反射率，該反射率被用于確定在更高溫度下 的反射比。如上所提到的，在更高的溫度下，由于內(nèi)部透射比的減小，反射 比與反射率充分相等。隨后，能夠使用反射比確定吸收比，其通常等于在更高溫度下的發(fā)射比。 特別是，吸收比等于1減去反射比。隨后，吸收比能夠被用于對室內(nèi)的一個 或多個加熱裝置，優(yōu)化功率吸收和/或能量設(shè)置。上述方法非常好地與那些顯示于圖1中的系統(tǒng)相適應(yīng)，其中，通過加熱 裝置22, >^人晶片的一面，對晶片14加熱。如果通過分離加熱裝置而加熱晶 片的兩面，然而，對于晶片反面，能夠重復(fù)使用上述方法。通過這種方式， 可以獨立于加熱晶片的底面的第二加熱裝置，而控制加熱晶片的頂面的第一 加熱裝置。本公開的方法也能夠被用于在低溫下優(yōu)化加熱裝置的設(shè)置，其中，襯底 的內(nèi)部透射比大于O.l。在這個實施例中，光學(xué)布置被用于收集在室溫或接近 室溫下從測量決定。通過該信息，可確定襯底的前表面的反射率與后表面的反射率。隨后， 測量或在高溫下由晶片的模型推斷襯底的透射比。
一旦確定透射比，便可通 過^f叚設(shè)吸收比與發(fā)射比充分相等來估計吸收比。因此，吸收比等于1減去透 射比減去基于晶片的一側(cè)的反射比。隨后，在晶片處理期間，吸收比被用于 優(yōu)化在加熱裝置上的功率輸出和/或加熱裝置的能量設(shè)置。再次，如果第一加熱裝置加熱晶片的一側(cè)，且第二加熱裝置加熱晶片的 相反的一側(cè)，對于晶片的相反的表面，上述方法能夠重復(fù)，以彼此獨立地優(yōu) 化所述兩個加熱裝置。除了上面的實施例之外，從本公開的方法中獲得的信息能夠被用于控制 包括在熱處理室中的各種其它參數(shù)。盡管在如圖IO所示的熱處理室10中可以確定如上所述的光學(xué)特性，但— 在一個實施例中，可以在不同的位置確定光學(xué)特性，例如任何合適的平臺上、 機器臂上、或獨立的室中。另外，上述測量可緊接在處理之前發(fā)生，或在與 晶片處理本身不同的時間發(fā)生。例如，參考圖2,圖解了整個的晶片處理系 統(tǒng)。在該實施例中，大多數(shù)晶片堆疊在熱處理室IO與根據(jù)本發(fā)明制作的晶片光學(xué)處理室200附近的筒(cartridge)100中。為了將晶片從一個位置移動到另 一個位置，系統(tǒng)進(jìn)一步包括晶片操作裝置110。在處理期間，包含在筒100中的晶片可以被移動到晶片光學(xué)處理室200 中，根據(jù)上面描述的方法，以確定晶片的至少一個光學(xué)特性。 一旦確定晶片 的特性，隨后，便使用晶片才喿作裝置110再次將晶片傳輸?shù)綗崽幚硎?0中。 隨后，在晶片光學(xué)處理室200中確定的晶片的光學(xué)特性可以被用于控制至少 熱處理室10中的一個處理變量或系統(tǒng)組件。例如，該信息可用來為加熱裝置 控制功率控制器，或可被用于校準(zhǔn)或控制用于在處理期間確定晶片的溫度的南溫計?；貋韰⒖紙D1，熱處理室10可進(jìn)一步包括系統(tǒng)控制器50,例如，其可以 是微處理器?？刂破?0可以被配置為從光檢測器30接收電壓信號，其代表 從各種位置釆樣的輻射量?？膳渲每刂破?0為基于從光檢測器30檢測的輻 射量，并結(jié)合在晶片光學(xué)處理室200中確定的光學(xué)特性，計算晶片14的溫度。如圖1所示的系統(tǒng)控制器50也能夠與加熱裝置功率控制器25通信。再 次，基于在室的外面確定的晶片的光學(xué)特性，控制器50能夠有選擇地增加或減小加熱裝置的功率，以優(yōu)化由加熱裝置發(fā)射且由晶片14吸收的熱能量的吸收。然而，除了控制輻射強度之外，應(yīng)當(dāng)了解到，功率控制器25結(jié)合系統(tǒng)控 制器50還可以被用于以其它方式控制加熱裝置22。例如，系統(tǒng)控制器50也 可以被配置成改變由燈24發(fā)射的輻射量，以使得晶片表面的不同部分經(jīng)受不 同量的輻射。根據(jù)本發(fā)明，也可以有選擇地控制輻射接觸晶片14的入射角度 與輻射的波長。根據(jù)本發(fā)明，在進(jìn)一步詳細(xì)討論各種特別的方法之前，首先討i侖即使當(dāng) 晶片包含前表面或后表面涂層時、光如何傳播通過晶片以及光強如何基于其 傳播路徑而改變可能是有幫助的。例如，參考圖18，顯示了襯底或晶片14,其包括前側(cè)涂層80與后側(cè)涂 層82。顯示出入射光功率(power)84接觸到晶片14的前側(cè)涂層80。當(dāng)側(cè)根據(jù)本公開的方法時，應(yīng)當(dāng)考慮如圖18所示一般的晶片14具有各 種屬性。例如，晶片的兩個表面可以具有不同的反射率與透射率。此外，對 于從晶片的外面入射到表面上的輻射、或從晶片內(nèi)入射的輻射，表面的反射 率可以不同。表面區(qū)域可以包括各種影響反射率與透射率的薄膜與圖案。這 些表面區(qū)域(在晶片的前面與后面)覆蓋形成大多數(shù)晶片的襯底材料。當(dāng)晶片為 半透明時，在晶片中傳播的各種能量束的多反射影響其前表面反射比R*wf, 與其透射比S氣就好像是在晶片的外面所觀察到的。所有的光學(xué)屬性均可以 是波長人與溫度T的函數(shù)。在下面的討論中，Tt是晶片頂表面的透射率，Tb是晶片底表面的透射率， 對于從襯底的外面入射到襯底上的輻射，Rtv是對于從襯底中入射到襯底上的 輻射的晶片頂表面的反射率，Rts是對于從襯底中入射到襯底上的輻射的晶片 頂表面的反射率，并且，Rbs是晶片的底表面的反射率。通常，如果入射輻射 不是法向入射，則所有的屬性將是入射角與輻射的偏振平面的函數(shù)。通常，大多數(shù)晶片的材料具有吸收系數(shù)oc (入，T)，其是輻射波長人與溫 度T的函數(shù)。光線傳播通過襯底所經(jīng)歷的強度的衰減，能夠通過下面的方程 描述<formula>formula see original document page 33</formula> (1)其中，d是襯底的厚度，6i是傳播的內(nèi)角。后面的角度是光線的方向與晶片表面的法線之間的角度。正如此處所使用的，變量"a"指內(nèi)部透射比。在圖19中，我們看到，反射光線R1的強度僅由晶片前表面(WF)的反射 率Rtv所影響，以使得如果入射光線具有強度I，隨后，則光線Ri具有強度 RtJ。已經(jīng)透射到襯底的光線僅在其所傳播通過的前表面區(qū)域到大多數(shù)晶片的 那一點具有強度TtI。隨著光線A1穿過襯底，由于能量吸收，其損失強度。 結(jié)果，其在它剛好到達(dá)后表面區(qū)域(WB)的那點具有強度aTtI。當(dāng)反射光線A2 到達(dá)前表面時，作為在襯底中的吸收的結(jié)果，其已損失更多的強度，其現(xiàn)在 具有的強度為"，4/ 。最初形成光線A3的在前表面反射的光線A2的部分具 有強度。27;/^&/,然而，透射通過前表面的部分形成光線R2，其具有的強度 為^7;2^/。當(dāng)光線A3到達(dá)后表面時，其強度為。37;^/。最初，反射形成 光線A4的A3的部分具有強度為"32;《&/ ，然而，形成光線T2的透射通過 后表面的部分具有強度為^rA^; ;/。當(dāng)光線A4到達(dá)前表面時，其具有強度 為從前表面反射以形成光線A5的部分具有強度為"乂《《/,然而，透射通過前表面以形成光線R3的部分具有強度為"42;2《&/。從這點來看，容易看出隨著更多的多反射發(fā)生，每個連續(xù)的從襯底形成的透射光線與 反射光線將相對于前一個進(jìn)一步衰減。衰減引起通過襯底的兩個通道，以及 從頂表面通過反射與從底表面，以使得每條光線相對于前一條光線在強度上減小一個因子"2^^。能夠通過計算所有分量T1、 T2等等的總和，而獲得通過晶片透射的總強 度，其組成順序形式"t;7;/ +《7>乂&)/ + "7;7>2凡&)2/ + ar'7;(aX&)3/ +..……(2)其也可以被簡化為以下表達(dá)式/《7;{i + a2i te4 +("乂&)2 + ("乂4)3 +………}. (3)同樣地，可通過將所有分量R1、 R2、 R3等相加，而獲得從晶片反射的 總強度，其組成順序形式+ a2r,2wis/ + "2rf2i As (a2^4)/ + ("2i ,s4 )2 / + 。27;2i 6s ("乂i^ )3 /+……，其也可以被簡化為以下表達(dá)式<formula>formula see original document page 35</formula>表達(dá)式(3)與(5)包括幾何級數(shù)，其可以被簡化為更簡單的表達(dá)式。考慮到 總透射能量與入射強度的比率I,給出晶片的透射比為=， (6) 1-"^人同樣地，通過下述表達(dá)式給出晶片的前表面的反射比通常，透射比與反射比也依賴于入射角度與所考慮的偏振平面。通過分別考慮兩個正交的偏振平面，P-偏振狀態(tài)與S-偏振狀態(tài)，這個問題可被處理。 對于每個情形，使用合適的反射率與透射率確定相應(yīng)的反射比與透射比。對于4壬/f可給定波長,晶片前表面的發(fā)射比￡ WF 或吸收比AWF，可通過下面的表達(dá) 式獲得入射角與偏振狀態(tài)5 WF =AWF=1 - -合并方程6、 7和8，我們可推出￡<formula>formula see original document page 35</formula>(9)在給定關(guān)于表面的反射率、透射律、和襯底的吸收系數(shù)與厚度的合適的 數(shù)據(jù)集合，該表達(dá)式可用于計算晶片前表面的發(fā)射比與吸收比。通過來自特定光線的可選收集能量，確定特定屬性傳統(tǒng)的測量并不在反射光與為由晶片反射或透射的強度作出貢獻(xiàn)的透射 光之間進(jìn)行區(qū)分。結(jié)果，丟失可能對表現(xiàn)晶片屬性有用的信息。例如，通過可選擇的測量光線R1的強度，可直接推斷得出量Rtv,而無需知道a、 Tt、 Rbs 或Rts,如果是測量/C則需要這些變量。同樣地，通過可選擇地測量光線T1 的強度，可確定量aTtTb，而無需知道Rbs或Rts,如果是測量^則需要這些變量。此外，通過可選擇地測量其它光線的強度，能夠獲得更多的信息。例如， 如果確定內(nèi)部透射比a，則可用方程1推斷吸收系數(shù)。通過重新整理方程1 如下，可計算吸收系數(shù)a(A，r) = -^Mna (10)且對于法向入射，其將簡化為0, =0的情況，以使得a(A,r) = -^ (11)在輻射不是法向入射的情形中，角度《可由Snell定律獲得。實際上，大 多數(shù)半導(dǎo)體材料的折射率相當(dāng)高(>3),以使得近似的A s 0,通常導(dǎo)致所獲得 吸收系數(shù)的值的錯誤小于7%,且如果碰撞到晶片的輻射的入射角度<30° ， 誤差將典型地小于2%。通過選擇性地測量光線R2的強度，可獲得變量"2 ;2&。由于其與內(nèi)部透 射率的相關(guān)性將使得我們能夠使用反射光分量的測量推斷襯底中光學(xué)吸收的 大小，這是非常有用的。盡管通常是通過執(zhí)行透射比測量確定襯底中的光學(xué) 吸收，在一些環(huán)境中，由于幾何的、機械的或其它制約，執(zhí)行透射比測量是 困難的，在這些情況中使用反射測量達(dá)到該目標(biāo)則是有用的。盡管iC也受到 內(nèi)部透射比的影響，但使用直接測量iC推斷內(nèi)部透射比可能是困難的。例如， 如果光線R1的強度遠(yuǎn)大于光線R2的強度，則由并不依賴于內(nèi)部透射比的第 一表面反射Rtv占據(jù)iC測量的優(yōu)勢。結(jié)果，產(chǎn)生光線R2、 R3等對反射比的 貢獻(xiàn)的非常精確確定是困難的。這使得基于iC的測量作出內(nèi)部透射比的確定 更加傾向于出錯。相反地，光線R2的強度直接受到內(nèi)部透射比大小的影響，于是它的測量可以給出更加精確的估計。反射分量R2也受到晶片頂表面透射率Tt與后表面反射率Rbs的影響。因 此，通過測量R2的強度，也可以確定上面的屬性。作為光線R2、 R3等的貢 獻(xiàn)的結(jié)果，反射比i ;對它們也是^:感的。然而，它也受到Rtv和Rts的影響， 所以使用<F的測量來推斷Tt或Rbs可能是更加困難的。在各種環(huán)境中，選擇性地測量任何其它光線的單獨貢獻(xiàn)也可能是有用的。 例如，光線T2對變量a、 Tt、 Tb、 Rbs和Rts是敏感的。對于該光線強度的測 量允許透射測量為從襯底中入射的輻射提供關(guān)于前表面反射率的信息Rts。光 線強度的比率也可能是有用的。例如，光線T2與T1，或R3與R2的強度的 比率給出變量^^&。 晶片的后表面與前表面的分離測量對于晶片的更加全面的特性，布置分離測量從兩個相反側(cè)入射到晶片上 的光的反射和/或透射光分量將是有用的。例如，光線AO可以入射到如圖19 所示標(biāo)有WF的一面上，或能夠入射到面WB上。如果光線A0以相同的角度和相同的偏振入射，那么，對于兩種方案，透 射光分量T1、 T2等應(yīng)當(dāng)相同。如果交換下標(biāo)t與b，由于每一項并不改變(每 一項相應(yīng)于透射光的強度)，當(dāng)檢查表達(dá)式2中級數(shù)的項時，這是明顯的。從 WF到WB改變被照射的表面，其下標(biāo)的交換是數(shù)學(xué)等價的。兩種照射條件 下，透射光測量的一致性可用于^r查測量設(shè)備運行良好。然而，如果任一晶 片表面具有引起光散射的任何特征，則反射或透射光線的模式可能將更加復(fù) 雜，且強度測量可能變得對于被照射的一側(cè)更加敏感。如果大塊晶片能夠散 射光，這也可以是正確的。盡管透射光分量應(yīng)當(dāng)相等的，而不管照射在哪個表面，同樣的情況對于 反射光分量則不如此。結(jié)果，表面WB的照射，提供了關(guān)于晶片光學(xué)屬性的 新的信息。當(dāng)晶片被照射在前表面時，i ;并不必須與當(dāng)后表面被照射時的i4 相等。由方程7給出晶片的反射比iC,且iC則由下面的方程給出4《+ "2， (12)其中，Rbv是對于從晶片的外面入射到晶片上的輻射的后表面的反射率,同樣地，對于我們命名為R1WF、 R2WF、 R3WF等前表面照射的各種反射 光線，并不必須匹配相應(yīng)的我們命名為R1WB、 R2wb、 R3wb等后表面照射的 光線。如果將下標(biāo)t與b交換，由于每一項都交換(每個項相應(yīng)于反射光線的 強度)，當(dāng)檢查表達(dá)式4中級數(shù)的項時，這種不對稱的起源變得明顯。這種不 對稱允許背面照射的測量提供關(guān)于晶片的光學(xué)屬性的額外的信息。特別是， 我們發(fā)現(xiàn)對于從晶片外面入射的輻射Rbv，第一反射光線Rlws能夠提供后表 面反射率的測量。然而，第二反射光線112，強度的測量能夠提供變量"27;2& 的測量。從該討論中，對于從晶片的前面與后面照射的情形，反射光和/或透射光 分量的測量能夠提供許多關(guān)于晶片光學(xué)屬性的信息片段，這是明顯的。應(yīng)當(dāng) 注意的是，從晶片的任一或兩個表面的吸收比或發(fā)射比的測量中抽取光學(xué)屬 性的信息也是可能的。對于晶片的兩面，這些變量通常也是不相等的。晶片 前面的發(fā)射比5wf和其吸收比Awf可從方程8中推出，其導(dǎo)出方程9，然而，晶片后面的發(fā)射比5 wb和其吸收比awb可通過下式得到<formula>formula see original document page 38</formula>(13)其導(dǎo)出下面的方程<formula>formula see original document page 38</formula>
(14)盡管這些變量的直接測量需要特殊的儀器，它是可能的。例如，在任何 給定波長處的發(fā)射比可由測量由晶片熱發(fā)射的輻射而推出。通過比較在與晶 片相同溫度下，來自晶片的與來自黑體輻射源的熱發(fā)射的強度，推出發(fā)射比 是可能的。這樣的測量可被用于測量e WF和￡ WB。能夠測量給定波長下的吸收比，即通過在該波長使用已知強度的輻射照射晶片，并觀察晶片溫度隨時間 的變化。在感興趣的波長處，晶片溫度的增加可能與晶片的吸收比相關(guān)。這樣的測量可用于確定Awf和Awb。從測量中獲得關(guān)于晶片屬性的信息在本公開中所描述的測量可用于各種目的，包括被處理的晶片類型的描述。例如，最佳的處理方法可能需要關(guān)于襯底材料的信息，它的摻雜、晶片 厚度，以及在給定波長范圍內(nèi)晶片的反射比與透射比。這樣的信息能夠用于 預(yù)測光譜發(fā)射比或吸收比的溫度相關(guān)性，或總發(fā)射比或吸收比。該信息能夠 用于改進(jìn)熱處理的 一致性與可重復(fù)性，且也能夠為了最佳的時間效率并獲得 最好的晶片生產(chǎn)量，而用于優(yōu)化加熱處理的控制。盡管能夠分別向處理設(shè)備 提供關(guān)于被處理晶片類型的信息，有時，這是不方便的，或著信息不可用。 在這種情形下，緊接在處理之前或甚至在處理的較早部分期間，所期望屬性 的原位確定可能是想要的。例如，由于襯底的材料屬性影響其由a(義,r)的波長相關(guān)性描述的吸收光 譜，通過獲得被鏈接到吸收系數(shù)a(A,r)的內(nèi)部透射比的評估，能夠發(fā)現(xiàn)正被處理的晶片的類型。理論上，能夠通過其吸收光譜的測量而識別正被處理的 晶片的類型。例如，制作襯底的材料能夠通過將所測量的吸收光譜與一系列 各種材料的吸收光譜數(shù)據(jù)相比較而識別。例如，如果正被處理的晶片是輕摻雜硅，則吸收光譜隨著波長從0.8iam增加而大量減小吸收，其中在室溫下的 (;1,:0為~850，-1，其中，在室溫下的a(義，r)為 0. 02cm-'。這個明顯的特性通常被稱作吸收限，且其光譜位置被鏈接到材料的帶結(jié)構(gòu)中最小能隙的數(shù)量。 在吸收光譜中，如此特有的特征的識別能夠幫助識別晶片襯底是由硅制成的。相反，如果晶片是由鍺制成的，則吸收限特性將出現(xiàn)在波長范圍接近1.8 iam。相似的方法可用于區(qū)分其它材料的出現(xiàn)，例如GaAs、 InP、 InSb、 GaSb、 GaN、 InN、 SiC和鉆石，是因為這些材料的吸收光譜也顯示吸收限。其還可 被用來識別諸如硅鍺合金的半導(dǎo)體合金、或GaAs和InP的四元易熔合金 (quaternary alloy )的存在。吸收光譜的分析甚至能夠用于推出這些合金的組 成，例如硅與鍺成分的比率。尤其是a(義,r)的分析也能夠用于在各種絕緣體 與金屬間區(qū)分，也適用于半導(dǎo)體，這是因為絕大多數(shù)材料在它們的吸收光譜 中顯示特有的特征。例如，由于出現(xiàn)電子在能級之間遷移，許多材料顯示吸收特性。這樣的 特性典型地出現(xiàn)在紫外(UV)、可見的以及近紅外波長。許多材料也顯示與原 子種類的振動的平均位置相聯(lián)系的吸收特性。參考關(guān)于吸收限的光譜位置、 電子遷移和振動的吸收特性等的所測量的吸收光譜的比較可被用于識別所處 理的材料。實現(xiàn)吸收現(xiàn)象是重要的，其能夠影響反射光強度與透射光強度， 以及它們?nèi)我粋€的測量可用于推斷關(guān)于吸收光譜的信息。然而，在不透明表面的情形中，反射光譜的分析也能夠提供相似的信息。吸收光譜也能夠用于確定晶片摻雜的狀態(tài)。例如，電活躍摻雜物導(dǎo)致自 由載流子吸收現(xiàn)象。自由載流子吸收則由具有能夠通過半導(dǎo)體格子的電荷載 流子的電磁輻射的相互作用而產(chǎn)生。吸收的強度依賴于自由載頻的濃度(concentration),在半導(dǎo)體中，自由載流子可以是電子或空穴，其依賴于摻雜 的種類。在n-型半導(dǎo)體中，占優(yōu)勢的載流子是電子，然而，在p-型半導(dǎo)體中， 占統(tǒng)治地位的則是空穴。自由載流子吸收的波長與溫度相關(guān)性能夠通過理論 或經(jīng)驗?zāi)Ｐ投烙?。這樣的模型也能夠包括吸收光譜上摻雜的其它作用，例 如在重?fù)诫s半導(dǎo)體中的禁帶收縮效應(yīng)，以及與帶之間遷移相關(guān)的吸收。通過 收集與吸收光譜相關(guān)的信息，并用模型分析光譜，確定載流子(電子或空穴) 的類型及其濃度則是可能的。在半導(dǎo)體制造步驟期間，該信息能夠用于預(yù)測 行為。除了關(guān)于襯底的信息之外，光學(xué)屬性的測量還提供晶片表面涂層與模式 的信息。可在晶片的前后兩面涂;ff(coat)。這些涂層可由一沓多個薄膜組成。 它們也可以被橫向地圖案化，以形成各種裝置特性，且也可以是溝渠形特征 或其它非平面的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。典型地，裝置特性將在晶片(前面所述的WF) 的前面。本公開中所描述的光學(xué)測量也可以幫助表現(xiàn)特征的種類的特性和晶 片表面附近出現(xiàn)的層。從描述中獲得的信息能夠在半導(dǎo)體制作步驟期間，用 于改進(jìn)過程控制。此處，對于形成關(guān)于晶片任一表面上的薄膜與結(jié)構(gòu)種類更 加完整的了解，區(qū)別前后表面反射能力是有用的。反射光與透射光測量均受 到晶片兩個表面的光學(xué)屬性的影響，下面將進(jìn)一步描述。各種反射光與透射光測量的比較有助于識別在任何給定波長，任一表面 上的薄膜是透明還是不透明的，以及襯底是透明還是不透明的。例如，如果 晶片表面的薄膜是不透明的，例如T尸0，可能像是如果晶片被鍍上金屬層的 情況那樣，則前表面反射比74=尼，與多級反射7 2,、 i 3,等全為零。在該 情形中，透射比^以及所有的透射光分量Tl、 T2等也都為零。然而，如果 襯底透明，即a-O,且后表面層透明，即Tb共O，則后表面反射比i4^i l柳且 R1wb^0。因此，對于前后表面照射的反射光分量的比較能夠有助于識別是否 在晶片的一個表面上的薄膜是不透明的。如果我們發(fā)現(xiàn)一個表面上的反射比 與反射率相同，然而，對于另一個表面并不相同，則可能是前一表面包括不 透明薄膜。應(yīng)當(dāng)注意到，如果后表面反射率Rbs=0，由于沒有第二次反射，則前表面的反射比也將等于其反射率，但是，在這種情況中，透射比將不為 零，除非前表面碰巧是一個全反射體。在實踐中不大可能出現(xiàn)這樣的情形。 可將該方法同等地良好應(yīng)用于尋找晶片的前或后表面上的不透明薄膜。為了 相同的目的，也能夠分析其它的測量量。例如，如果透射比,或第一透射光分量T1為零，且后表面反射比/4^i l柳且Rl職-0，則我們能夠推出前表面是不透明的。如果晶片襯底是不透明的，則a-O,且晶片每一表面的反射比等于其反 射率，例如《，=^且^4=&。然而，反射光分量R2wf、 R3wf等，與R2wb、 R3wB等為零。然而，透射比,=0,且所有的透射光分量T1、 T2等也全為零。 因此，在任一給定波長，這些反射能量或透射能量分量的分析能夠用于推出 襯底材料是否是不透明的。然而，我們應(yīng)當(dāng)注意如果兩表面上的薄膜是不透 明的，例如，即使襯底本身是透明的，即a-0，如果T尸0且T^0，則相同 的條件可能出現(xiàn)(例如《—i^、 ^4=4、 S*=0、 T1=0、 丁2=0等等)。能夠被用于確定是否晶片的表面包含吸收薄膜的其它測試是測試對于從 襯底中入射的輻射與從襯底外入射的輻射，其反射率是否相同，例如，如果 則晶片的頂表面包含吸收薄膜。然而，如果i^^(l-7;),則頂表面包 含吸收薄膜。相似的規(guī)則可應(yīng)用于表現(xiàn)晶片后表面的特性。如果上薄膜和底薄膜均為透明，且晶片也是透明，則出現(xiàn)特殊情形，其 中對于從晶片的任一面入射的光，反射比相同。在該情形中<formula>formula see original document page 41</formula>結(jié)果，晶片及其所有涂層是否為非吸收的筒單測試即是檢查是否/C =《s。通過選擇在其中執(zhí)行這樣的診斷測試的波長范圍，可查明晶片特性的不 同方面。例如，通過選4奪紅外區(qū)域中的波長范圍，例如1.55|im，如果4企測 晶片顯示可感知的吸收系數(shù)，例如，大于1，-1,則晶片必定為重?fù)诫s，例如， 具有小于O.lQcm的電阻系數(shù)。合適的吸收級別的定義的抽取標(biāo)準(zhǔn)依賴于波 長，以一種對于在光學(xué)吸收上摻雜的作用能夠從模型確定的方式。對于任意 測試，最好在多個波長執(zhí)行測試，以減小表面反射率或一些其它的條件的不 正常的合并，而產(chǎn)生錯誤結(jié)果。也能夠使用寬帶光源執(zhí)行測試，如果需要， 其在各種波長傳遞光。襯底吸收系數(shù)的確定為了推出a(A,r)的值，通常有必要推出由方程1給出的內(nèi)部透射比。內(nèi) 部透射比可以通過測量圖19所圖解的反射光或透射光分量而獲得，或從由表 面WB被照射的測量中獲得相似的分量獲得。然而，通常，了解晶片的其它 屬性也是必要的。例如，通過重新整理表達(dá)式7， "a"由下述表達(dá)式給出<formula>formula see original document page 42</formula>(16)因此，為了獲得a的值，應(yīng)當(dāng)知道i :、 Rtv、 Rts、 Tt、以及Rbs。盡管這 些變量可以從其它的測量或計算中得到，但通常它們是未知的。由于通過測 量反射光分量Rl可建立第一表面反射Rtv的值，本公開中描述的方法能夠幫 助改進(jìn)a的估計。通過傳統(tǒng)的方式，反射比iC也能夠建立。在實際重要性的 許多情形中，本公開的方法能夠進(jìn)一步提供感興趣的光學(xué)屬性的完整描述， 包括內(nèi)部透射比的精確確定，以及由此而來的吸收吸收cx(A,r)。內(nèi)部透射比也能夠從透射光測量中獲得。重新整理表達(dá)式6,可獲得如 下表達(dá)式<formula>formula see original document page 42</formula>(17)此處，為了獲得a，需要知道^、 Tt、 Rts、 Tb、以及Rbs的值。再一次，這些 變量可以從其它測量或變量中得知，但通常，它們是未知的。內(nèi)部透射比的 值也能夠從發(fā)射輻射或透射輻射的特定分量得到。例如，如上所示，光線T1 具有強度lTi,其由aTtTbl給出。因此，從下述表達(dá)式推出內(nèi)部透射比<formula>formula see original document page 42</formula>(18)內(nèi)部透射比可從光線R2的強度的測量獲得，其具有強度"27;2^/。由此，內(nèi)部透射率可由下述表達(dá)式推出<formula>formula see original document page 43</formula> (19)由于從襯底顯現(xiàn)的每個連續(xù)的透射與反射光線將相對于前一個而衰減，內(nèi)部 透射率也能夠從連續(xù)的反射光線與透射光線的強度的比率的測量獲得。作為 通過襯底的兩個通道，以及從頂表面以及底表面的反射的結(jié)果，出現(xiàn)衰減， 以使得每條光線相對于前面的光線，其強度都減小一個因子？^&。因此， 如果光線R3的強度是/^ ， 與、2的比率為K，由〖=/M 〃S2 = "2&1給出， 且我們能夠從下面的表達(dá)式推出<formula>formula see original document page 43</formula> (20) 相似的方法可用于連續(xù)透射光線(例如Tl和T2等等)的比率。 表面涂層不吸收輻射的情形晶片的頂表面與底表面均不包含吸收薄膜的情形很特別。在這種情況下，7>1-&、 7; = i-i、 & = &和1 = &。這使得我們可以使用本公開中的方法按照我們能測量的變量，為發(fā)射比與透射比重新整理表達(dá)式，包括第一表面反射率Rtv和Rbv，其能夠相應(yīng)的從RlwF和R1wb中獲得，表達(dá)式為<formula>formula see original document page 43</formula> (21)同樣地，對于從后面入射的光的晶片的透射比為<formula>formula see original document page 43</formula> (22)給出透射比為<formula>formula see original document page 43</formula> (23)這些表達(dá)式21、 22或23中的任何一個可用于推斷內(nèi)部透射比，且由此 從所測量量中確定襯底的吸收系數(shù)a(義,r)。例如，重新整理21,獲得下面的<formula>formula see original document page 44</formula>本公開中描并由此能夠用于產(chǎn)生內(nèi)部透射比的精確確定?？赏ㄟ^傳統(tǒng)方法獲得反射比 i :，且可通過本^^開中描述的方法確定反射率Rtv和Rbv。例如，通過照射晶 片的前表面，且只收集在晶片的前表面反射一次的光，能夠推斷出反射率Rtv。 隨后，通過照射晶片的后表面，并只收集在晶片的后表面反射一次的光，能 夠推斷出反射率Rbv。已測量iC、 Rtv、和Rbv,則能夠計算方程24中的內(nèi)部 透射比。也能夠從相似的方法中推斷內(nèi)部透射比，即結(jié)合方程22的使用，測 量后表面的<formula>formula see original document page 44</formula>其通過重新整理方程23而獲得。再一次， 一旦獲得透射比S'，且獲得反射率 Rtv和Rbv，方程25可用于推斷內(nèi)部透射率。同樣地，可從透射光線T1的測 量中獲得內(nèi)部透射率，并使用通過重新整理方程18而獲得的表達(dá)式<formula>formula see original document page 44</formula>內(nèi)部透射比也能夠通過測量反射光線R2的強度，并使用通過重新整理方程 19而獲纟尋的表達(dá)式而獲4尋。<formula>formula see original document page 44</formula>內(nèi)部透射比能夠通過測量連續(xù)的反射光線與透射光線的比率，并使用通過重 新整理方程20而獲得表達(dá)式而獲得?？傊?，對于在晶片前后表面上的薄膜均為非吸收的情形，本公開的方法 允許對襯底材料的吸收系數(shù)的精確確定。在薄膜吸收的情形中，可能需要進(jìn) 一步的測量或建模，以達(dá)到對于吸收系數(shù)足夠精確的確定。然而，由于在重 要的實際應(yīng)用中出現(xiàn)這種情況，表面薄膜為非吸收的情形具有實際重要性， 例如在裝置制造序列的早期執(zhí)行的氧化或沉積過程，以及在一些半導(dǎo)體晶片 的退火過程中，例如離子注入損傷退火。在這樣的過程中，至少對于紅外波 長，表面薄膜頻繁相對的透明。然而，在許多模式薄膜出現(xiàn)在晶片上的情形 中，即使這些薄膜自身是吸收的，所述模式意味著吸收薄膜僅部分地覆蓋晶 片的表面，且由此允許入射輻射的重要片段透射到襯底中。應(yīng)當(dāng)明白的是倘若與晶片前表面和后表面之一的透射率Tt和Tb相比，內(nèi)部透射比a相當(dāng)小， 盡管表面薄膜的確顯示一些吸收，非吸收薄膜情形的分析可能仍舊是適度地 精確。該方法的成功能夠依賴于任何表面層和/或表面覆蓋度的吸收的力度。 因此，倘若相對于輻射傳播通過襯底到相反表面所引起的吸收度，由這些特 性引起的吸收度更小，則該方法可能甚至被用于出現(xiàn)吸收薄膜的情況，例如 金屬、硅化物或重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)域。典型的晶片在其后表面并沒有吸收材料 厚層，以使得通常有理由假設(shè)后表面是非吸收的。圖20顯示在波長入處， 一片材料的一些光學(xué)屬性的溫度相關(guān)性的示例。 在該示例中，組成片(通常指襯底)的多數(shù)部分的材料的吸收系數(shù)a(義,r)隨溫度 而變化。結(jié)果，內(nèi)部透射比也隨著溫度而改變。在下面的討論中，進(jìn)一步詳 細(xì)描述了本公開中的方法，以顯示它們?nèi)绾斡糜陬A(yù)測作為溫度的函數(shù)的光學(xué) 屬性。所使用的方法依賴表面反射率的低溫測量與硅的光學(xué)吸收模型的結(jié)合。在所顯示的示例中，所考慮的情形是針對輕摻雜的硅晶片。在這個例子 中，輕摻雜意味著電阻系數(shù)遠(yuǎn)大于 lQcm。所考慮的晶片具有775 ]um的厚度， 對于如半導(dǎo)體裝置制造中所使用的直徑為300mm的硅晶片是典型的。在這個 例子中，晶片前表面的反射率i^ =0. 3,且晶片后表面的反射率& = 0. 6,且 假定這兩個表面的反射率并不隨溫度而改變，且在表面上不存在吸收薄膜。 對于2. 3jam的波長，光學(xué)屬性是作為溫度的函數(shù)而計算的。在該例中，計算 晶片上法向入射的入射輻射或在法向入射中從晶片發(fā)射的輻射。所計算的變 量是晶片前后表面的反射率i :、《B，晶片的透射比5*,以及晶片前面的發(fā)射比￡^、晶片后面的發(fā)射比e附?？蓮纳厦娴姆匠?、 7、 9、 12和14的關(guān)聯(lián) 中獲得這些變量。所有這些變量都是波長與溫度的函數(shù)，且在該例中，由于 內(nèi)部透射比是溫度的函數(shù)，而出現(xiàn)溫度相關(guān)性。由于吸收系數(shù)a(義，r)的溫度 相關(guān)性，而出現(xiàn)內(nèi)部透射比的溫度相關(guān)性。對于在波長為2. 3ym,可從 Vandenabeele與Maex的J. AppL Phys. 72， 5867 (1992)中所給出的模型中獲得 a(義,r)此處所顯示的計算。通常，用于推斷a(A,r)的模型可以是任何關(guān)于感興 趣的材料的吸收系數(shù)的波長和溫度相關(guān)性的理論或經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀＠纾瑢τ谳p 摻雜硅，由Rogne等在Appl. Phys. Lett. 69, 2190 (1996)中所描述的光學(xué)吸 收模型提供計算波長在 1到 9pm之間、溫度在室溫到 800攝氏度之間的 的方式 。 Timans 在為由 F. Roozeboom(Klumer Academic Publishers, Dordrecht,荷蘭，1995)所編寫的"Advances in Rapid Thermal and Integrated Processing" 中的章節(jié)"The Thermal Radiative Properties of Semiconductors" 35頁中的輕摻雜硅與重?fù)诫s硅的光學(xué)吸收與反射系數(shù) 提供數(shù)據(jù)與模型。該模型也可以從 0. 5 |am到入~30 jum的遠(yuǎn)紅外線的可見區(qū) 域中提供對于寬范圍波長的估計。所描述的模型也能夠考慮到襯底的摻雜情 況，例如摻雜濃度，或關(guān)于襯底中電子與空穴濃度的信息。該著作中也已描 述其它合適的模型，包括例如用于自由載流子吸收的Drude模型，其可用于 估計紅外吸收中電子與空穴濃度的作用。對于預(yù)測光學(xué)和熱屬性所需要的其它信息是晶片的厚度。依賴于預(yù)測中 所需要的精度，所述厚度可由所處理的由用戶作為輸入?yún)?shù)提供的晶片大小 的合適厚度估計，或利用工具手動或自動的測量。在所示出的該示例中，在低溫時，2.3 |am處的a(A,r)非常低，例如當(dāng)室 溫時，估計要小于10-6，-\在這種情況下，asl。相反，在高溫時，a(A,r)是 大的，例如在730攝氏度是為 100cm-1 。在那種情形中，as 0.00054。隨著溫 度升高，內(nèi)部透射比進(jìn)一步趨近于零，且晶片變得不透明。對于溫度低于 250 攝氏度，該圖顯示內(nèi)部透射比如何保持為 1，且襯底有效地透明，但是隨著 溫度升高，內(nèi)部透射比減小，直到溫度大于750攝氏度，可以說晶片為半透 明。在介于250和750攝氏度之間的間隔，可認(rèn)為晶片是半透明的。在其中晶片是透明的低溫下，透射率5* = 0.34，但隨著溫度升高，其落向 零，對于溫度大于750攝氏度，其將小于10入在低溫時，如上面方程15所 預(yù)計的，前表面入射光的反射比等于后表面入射光的反射比。在該例中，室溫下，/^=《￡=0.66。然而，隨著溫度升高，iC與/4均減小，且不再相等。 減小的發(fā)生是由于在襯底中吸收的增加降低了第二表面(相反于被照射的表 面)反射光對反射比的貢獻(xiàn)。當(dāng)襯底變得有效的不透明時，反射比等于相應(yīng)的 被照射表面的反射率，以使得/ :=^=0.3且^4 =1=0.6。當(dāng)晶片為透明時， 所觀察的來自兩相反面的片的發(fā)射比在低溫下均為零。不能吸收輻射的物體 也不能發(fā)射輻射的基本規(guī)律則是一致的。隨著溫度升高，晶片變得半透明， 發(fā)射比也增加，直到晶片有效的不透明，它們等于相應(yīng)的表面的發(fā)射比，以 使得= 1 -i =0.7且￡附=1 -4 = 0.4 。該例顯示本公開如何在溫度提升時，提供發(fā)射比或等價的吸收比的估計。 原則上，在加熱期間，可推斷這些變量，例如通過在處理室中進(jìn)行/C和f的 實時測量，并隨后從方程8計算￡ 。然而，在一些環(huán)境中，在室中執(zhí)行精確 測量可能是困難的。相反，本公開中的方法允許在處理室外的便利位置確定 晶片的任何屬性。隨后，這能夠與關(guān)于a隊r)隨溫度的趨勢的了解，以及晶 片厚度的了解相結(jié)合，以做出處理期間晶片的發(fā)射比與吸收比的預(yù)測。在該 例中，當(dāng)晶片處于處理室中T〉750攝氏度，室溫下Rbv的測量對于^合適的 值的確定是足夠的。關(guān)于發(fā)射比的信息可用于校正高溫計的讀數(shù)，以確定晶 片的溫度。建模方法也可用于預(yù)測作為溫度的函數(shù)的晶片光譜吸收比的溫度 相關(guān)性。可向控制算法提供該信息，以改進(jìn)對于加熱處理的控制。例如，通 過提供晶片與加熱能量源燈之間匹配的功率的改進(jìn)估計，或通過提供來自晶 片的輻射能量熱損失的改進(jìn)估計。圖21中的流程圖顯示如何執(zhí)行本公開方法的一個實施例。第一步是將晶 片裝載到可執(zhí)行光學(xué)測量的位置。下一步是在初始溫度T1測量晶片的光學(xué)屬 性。初始溫度可以是接近室溫。光學(xué)屬性可以是本公開前面所提到的任何屬 性。通過使用包括照射晶片的任一表面的方法，可測量它們。下一步，其是 可選的，包括確定晶片的厚度。該確定可通過測量或通過收集來自外部輸入 的數(shù)據(jù)的信息。晶片厚度測量的各種方法都可在此處使用，例如光學(xué)的、電 的或機械測量。通常，最好使用探測器執(zhí)行厚度測量，而不接觸晶片表面， 以防止表面損傷或沾污，尤其在將要制作的電子裝置的晶片表面上。例如， 可通過使用紅外干涉計測量晶片的厚度。也可以通過使用光學(xué)探測器測量厚 度，以產(chǎn)生前后表面位置與隨后確定它們之間距離的精確的同步測量。在這 種情況中，在探測器所使用的波長處，晶片無需透明。光學(xué)探測器能夠基于光學(xué)干涉計的方法，或它們也能基于激光三角測量的方法。晶片厚度也能夠 通過電容位移探測器測量。也能夠使用通過檢測氣流行為對表面位置的影響 而確定尺寸的氣動測微儀進(jìn)行測量。也能夠通過稱重晶片來確定，并使用估 計晶片的面積與密度來推斷厚度。在一些情形中，如果晶片表面上的涂層本 身具有充實的厚度，當(dāng)確定襯底自身的厚度時，考慮它們的厚度可能是必要 的。這可以通過從包括這樣的涂層的晶片的厚度的測量中減去涂層的厚度來 實現(xiàn)。下一步，也是可選的，包括確定晶片的摻雜。該確定可通過測量或從外 部輸入數(shù)據(jù)中收集信息。如果需要確定摻雜，典型地，這需要電的或光學(xué)的 測量。如上面所指出的，該測量中所描述的方法可用于幫助確定襯底摻雜的性質(zhì)。摻雜的信息可包括摻雜的類型，例如晶片襯底為n型材料或p型材料。它也可以包括襯底的電阻率。它也可以包括用來l參雜襯底的物品和襯底中的 摻雜濃度。它也可以包括襯底中電子和空穴的濃度。確定摻雜的其它方法也 包括使用接觸或非接觸探測器的直接電測量。非接觸探測器通常是首選，以 防止表面損傷或沾污。非接觸探測方法可以包括檢測在襯底中由振蕩電磁場 引起的渦電流。也可以提供關(guān)于晶片的種類與屬性的其它信息。例如，所提供的信息可 以包括晶片襯底的種類，例如晶片是否是硅、鎵、砷化物、鍺等。也可以包 括關(guān)于出現(xiàn)在晶片表面上的薄膜的性質(zhì)的信息，如在晶片的任一表面上存在 的薄膜的厚度、材料、以及屬性。它還可包括有關(guān)在晶片表面上存在的圖案 的性質(zhì)的信息。能夠提供的其它屬性也包括熱屬性，例如導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散 系數(shù)或特殊的熱容量。厚度與摻雜的測量作為可選的而被描述，這是由于對 于光學(xué)屬性的一些筒單預(yù)測，并不必需高度精確的了解這些變量。然而，對 于改進(jìn)的處理控制的各種目的，晶片厚度的測量也可能是有用的。例如，晶 片的熱質(zhì)量依賴于其厚度。結(jié)果，晶片的加熱速率或冷卻速率受晶片厚度的 影響。晶片厚度的確定有助于改進(jìn)加熱或冷卻晶片的控制。例如，能夠向用 于設(shè)置加熱功率的控制算法提供關(guān)于晶片厚度的信息。如果加熱是開環(huán)的， 這對于控制過程也可以是有用的，也就是無需從監(jiān)測晶片溫度的溫度檢測器 反饋控制。該信息可與所使用的加熱類型無關(guān)的使用，且當(dāng)通過電磁輻射或 通過熱傳導(dǎo)或氣體對流加熱晶片時使用。例如，可被用于在通過電熱板或基 座進(jìn)行加熱晶片的系統(tǒng)中改進(jìn)控制。通過精確了解晶片厚度，在將其裝載到電熱板上之后，預(yù)測晶片溫度的演進(jìn)，將是更加容易的。在該例中，可獲得 控制中的改進(jìn)，甚至無須晶片光學(xué)屬性的任何測量。這樣的改進(jìn)在晶片主要 由熱傳導(dǎo)加熱的情形中尤其有用。在該情況中，光學(xué)屬性對于傳遞到或傳出 晶片的熱量具有更小的影響，但是晶片的熱質(zhì)量對于加熱循環(huán)仍舊具有強烈 的作用。下一步是至少在感興趣的一個第二溫度T2使用模型預(yù)測光學(xué)屬性。實際上，這可以包括在溫度范圍上預(yù)測光學(xué)屬性，也就是建立光學(xué)屬性的溫度相 關(guān)性。該光學(xué)屬性再次可以是本公開中的任何一個光學(xué)屬性，例如發(fā)射比、 吸收比、反射比、透射比或表面反射率或發(fā)射比等?？稍谌我桓信d趣的波長 或溫度預(yù)測這些屬性。所使用的模型可以是基于本公開給出的方程，或另一方程集，或允許預(yù)測光學(xué)屬性的算法。模型的輸入至少包括在第一溫度T1執(zhí)行的初始測量。其 可選地包括關(guān)于晶片厚度與晶片摻雜的信息。在晶片摻雜的信息是可獲得的 情形中，其可被用于預(yù)測襯底的光學(xué)吸收系數(shù)和/或反射系數(shù)如何隨波長和/ 或溫度而變化。下一步驟包括使用關(guān)于光學(xué)屬性的信息，以評估與加熱處理相關(guān)的參數(shù)。 參數(shù)的例子包括在用于檢測晶片溫度的高溫計所使用的波長處的晶片的發(fā)射 比。在該情形中，發(fā)射比改進(jìn)的評估能夠提供更加精確的溫度讀數(shù)。通常， 高溫計可以基于由晶片發(fā)射的熱輻射的強度的檢測值而確定晶片溫度。晶片 發(fā)射比或反射比可提供給基于由襯底發(fā)射的輻射的強度的檢測值而計算晶片 溫度的算法?，F(xiàn)有技術(shù)中已描述許多測高溫的方式。已顯示有助于減小發(fā)射 比改變對高溫計所確定的溫度的效果的方法，例如通過面對至少部分晶片表 面形成反射腔來提高晶片的發(fā)射比。然而，如果可以獲得輻射的初始評估， 則精度改進(jìn)是有可能的。對于減d、發(fā)射比變化的效果的其它方法包括使用原 位光學(xué)測量，以在處理期間測量晶片的發(fā)射比的方法。 一個這樣的方法是脈 動高溫計方法。在該方法中，發(fā)射比的初始估計可用于提高測量的精度。這 里， 一個重要的方面涉及雜散光對測量精度的影響。這樣的光可從晶片反射， 并隨后由高溫計檢測，而將錯誤引入到溫度測量中。通過精確估計晶片的反 射比，能夠更加精確地估計反射的雜散光量，并由此在確定晶片溫度中考慮 其作用。此外，在晶片為半透明的情形中，例如方程8和13中的例子，為了 確定晶片的發(fā)射比，而了解晶片的透射比與反射比通常是必要的。如果需要，本發(fā)明中的方法也能夠用于確定透射比與發(fā)射比。透射比的測量也有助于獲 得由襯底透射的雜散輻射量的估計，其將在為了確定晶片的溫度而解釋所檢 測輻射時^^皮考慮。在一些情形中，透射比和/或反射比的測量也能夠用于確定晶片溫度。例 如，如果我們知道這些變量之一在給定波長的溫度相關(guān)性，則我們能夠使用 它們中任一的原位測量以確定晶片溫度。該方法的優(yōu)點是測量由晶片發(fā)射的 輻射不再是必要的。也可使這樣的方法對于雜散光問題不敏感。這也能夠在 相對低溫處使用，其中由于熱發(fā)射輻射的低強度，測高溫可能是非常困難的。 反射比或透射比的溫度相關(guān)性可通過使用本發(fā)明中描述的方法而估計，甚至 在不存在關(guān)于晶片表面出現(xiàn)的涂層的現(xiàn)有知識的情形中。例如，如所述，能 夠獲得晶片前表面和后表面的反射率?？蓮脑缦让枋龅哪Ｐ椭蝎@得硅的吸收 系數(shù)的溫度相關(guān)性，如果需要，則與所測量的反射率結(jié)合，以提供透射比或 反射比的溫度相關(guān)性的評估。由此在該示例中，被建模的參數(shù)是透射比或反 射比的溫度相關(guān)性。該參數(shù)也可以用于確定加熱系統(tǒng)特性的設(shè)置的控制算法中。該特性影響 向晶片的能量傳遞，或由晶片的能量損失，并由此影響溫度，與晶片的加熱 速率或冷卻速率?？赡苡绊懻麄€晶片上的這些量，或者它們僅在晶片上的特 定區(qū)域受到影響。在后一種情形中，通過系統(tǒng)特性的改變，能夠影響晶片溫 度一致性。系統(tǒng)特性可以是處理變量，例如功率或通過加熱燈或能量束傳遞 的能量、加熱輻射元件的溫度和位置、應(yīng)用于電導(dǎo)體上的電流或電壓、射頻 或微波功率的大小，或氣流的大小。處理變量的其它例子包括室中的氣體的 成份，及其壓力、氣流方向等。該特性也可以是加熱系統(tǒng)的物理特性，例如 反射體的位置、反射體的反射比、能量的加熱束的位置與大小、波長、入射 角度或電磁能量束的偏振狀態(tài)，相對于晶片位置的加熱源的位置，晶片與電 熱板之間或晶片與散熱器等之間縫隙的大小。為控制算法所提供的參數(shù)可以是任何影響晶片熱響應(yīng)的因子?？刂扑惴?可以是基于模型的控制器。例如，算法能夠為處理或系統(tǒng)變量預(yù)測合適的設(shè) 置，以在給定加熱周期中保持晶片溫度，并/或保持晶片中合適的溫度一致度。 預(yù)測可以是基于在處理期間發(fā)生的加熱傳輸現(xiàn)象的模型。清楚地，通過為模 型提供關(guān)于晶片屬性的更好的信息，改進(jìn)模型與真實的逼真度是可能的，并 由此獲得處理或系統(tǒng)變量更好的估計?？稍陂_環(huán)模式下操作控制算法，其中基于模型預(yù)測設(shè)置。其也可能在閉環(huán)模式下操作，其中從至少一個檢測器為 算法提供關(guān)于晶片情況的反饋。在后一情形中，控制算法也可以使用熱傳輸 現(xiàn)象的模型，以改進(jìn)控制設(shè)置的選擇。事實上，該算法能夠包括預(yù)測基于來 自模型的預(yù)測的控制設(shè)置的近似值的部分，以及修正那些設(shè)置以考慮來自檢 測器的信息的第二部分。如早先所提到的，提供給控制器的參數(shù)可以是物理特性，例如晶片的厚 度。在由光輻射或熱輻射加熱晶片或晶片通過輻射流失熱量的情形中，晶片 的光學(xué)屬性也可以影響熱屬性。因此，參數(shù)可以是發(fā)射比、吸收比、反射比 或透射比。通常，其能夠與任何描述晶片如何發(fā)射、吸收、反射、透射或散 射電磁輻射的屬性相關(guān)。早先，討論本公開中方法的使用，以識別晶片是否 是重?fù)诫s的或是輕摻雜的。也可向控制算法提供該信息，或甚至能夠用于選 擇適宜的控制算法，其考慮到如何預(yù)計與能量源相伴的重?fù)诫s材料。如果需要，控制算法的選擇能夠影響加熱處方(recipe)結(jié)構(gòu)。同樣地，如果確定晶片 表面具有金屬涂層，則控制算法應(yīng)考慮這一因素。算法可確定能量如何應(yīng)用 于晶片，包括在哪個時間段以多大強度應(yīng)用到晶片上的哪個位置。其也能夠 確定是否以開環(huán)模式才栗作加熱，或以閉環(huán)才莫式加熱，其中來自晶片情況的至 少一個檢測器的反饋用于控制處理。在一些情形中，可能存在開環(huán)與閉環(huán)模 式之間的遷移操作，其由在晶片屬性的預(yù)測量的基礎(chǔ)上所選擇的標(biāo)準(zhǔn)確定。 例如，其可能確定晶片是否在給定溫度被預(yù)測足夠不透明，隨后，當(dāng)檢測器 報告晶片溫度在給定溫度之上時，溫度檢測器的讀數(shù)是有效的。在該情形中， 一旦在初始加熱步驟期間到達(dá)給定溫度，控制器能夠選擇閉環(huán)控制方法。下一步驟是處理晶片?？刂苹驕y量算法使用所述參數(shù)，以提供更加精確 的、可重復(fù)的或一致的處理，或4是供更快或更有效的處理方式。典型的處理 包括熱退火、結(jié)晶化、煉制合金、燒結(jié)、氧化、氮化、薄膜沉積、蝕刻，以 及在沉積在晶片上的材料之間提升反應(yīng)(promotion of reactions),或在晶片上 的材料預(yù)處理氣體之間。最后的步驟包括卸下晶片。圖22顯示本發(fā)明另一個流程圖。在該情形中，該圖明確的包括在多個波 長和多個晶片溫度測量光學(xué)屬性的可能性。來自這樣一系列測量的信息可用 于在處理溫度預(yù)測晶片的光學(xué)屬性圖23顯示本發(fā)明的另一個流程圖，其明確地顯示使用從反射光或透射光中選擇特定分量用于測量的方法，以確定晶片的光學(xué)屬性的步驟。這可能是 一組光線，如圖19中所稱的光線R1，其中該光線已從晶片的第一表面反射。在該情形中，所確定的光學(xué)屬性可能是前表面(WF)的反射率Rtv。圖24顯示一個示例，其中在處理溫度處，測量表面反射率的方法被用于 預(yù)測發(fā)射比。可用非常簡單的模型預(yù)測發(fā)射比的值，例如￡^=1-&。發(fā)射比 可用于修正高溫計的讀數(shù)。其也可以用于估計加熱能量源相匹配的功率。其 也能夠用于估計晶片表面的熱損失。反射率與發(fā)射比的確定可在單一波長完 成，或其可以在各種波長完成。圖25顯示另一個流程圖，其圖解一個示例，其中，預(yù)測量被用于確定晶 片的摻雜特性。隨后，當(dāng)進(jìn)行處理溫度下光學(xué)屬性的預(yù)測時，要考慮該摻雜 特性。該光學(xué)屬性用于確定用于監(jiān)測或控制該處理的參數(shù)。該參數(shù)可以是用 于確定高溫計溫度讀數(shù)是否有效的闊值溫度標(biāo)準(zhǔn)。其也可以是晶片發(fā)射比或 吸收比。參數(shù)也可以是標(biāo)志，其告知控制系統(tǒng)使用何種溫度測量或控制算法。 其也可以用于確定使用何種溫度檢測器。例如，如果確定晶片為重?fù)诫s(例如， 電阻率O.lQcm),則對于給定范圍內(nèi)的溫度，系統(tǒng)能夠選擇使用高溫計測量 晶片溫度。另一方面，如果確定晶片為輕摻雜(例如，電阻率O.lQcm)，則基 于通過襯底的紅外光的透射，由檢測器測量溫度。摻雜特性的確定也可以用 于改進(jìn)溫度測量的精度。例如，如果紅外透射測量被用于確定晶片溫度，則 關(guān)于晶片摻雜特性的知識可用于修正晶片摻雜對紅外透射的影響，以及能夠 獲得晶片溫度更加精確的估計。圖26顯示另一個流程圖，其圖解一個示例，其中關(guān)于晶片厚度的信息用 于提供被提供給測量或控制系統(tǒng)的參數(shù)。參數(shù)可以是厚度。例如，基于模型 的控制器可使用厚度信息，以預(yù)測晶片的加熱速率或冷卻速率。其也可以使 用厚度信息預(yù)測晶片到達(dá)給定溫度所耗費的時間。該方法可用于改進(jìn)加熱處 理的可重復(fù)性。將晶片厚度作為處理系統(tǒng)的輸入而提供，或其可通過處理系 統(tǒng)中的硬件測量。厚度信息也可用于預(yù)測晶片的光學(xué)屬性。如果是必要的，本公開中所描述的任何一個流程圖步驟和方法可被合并。 由本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對本發(fā)明的這些或其它修改與變化是容易的。 另外，應(yīng)當(dāng)了解到，在整體或部分，各種實施例的各方面是可交換的。然而， 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將領(lǐng)會到，前述的描述僅是為了示例，而不作為對本 發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1、一種用于控制襯底的加熱處理的方法，包括向襯底的第一表面上發(fā)射光，所述襯底包括第一表面、以及與第一表面相隔一厚度的相反的第二表面；引導(dǎo)所述光通過將從第一表面反射的光與從第二表面反射的光分離的光路；檢測從第一表面反射的光量；以及基于所檢測的從第一表面反射的光量，在加熱襯底的處理中控制或調(diào)節(jié)至少一個系統(tǒng)組件。
2、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述系統(tǒng)組件包括溫度測量系統(tǒng)， 該溫度測量系統(tǒng)包括在加熱期間感測由襯底發(fā)射的輻射量、以確定襯底的溫 度的輻射測量裝置，使用所檢測的來自第 一表面的光量來確定襯底的發(fā)射 比，以便用于與由輻射測量裝置感測的輻射量相結(jié)合來確定襯底的溫度。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述系統(tǒng)組件包括加熱系統(tǒng)，該 加熱系統(tǒng)包括用于加熱襯底的加熱裝置的功率控制器，使用所檢測的來自第 一表面的光量來確定襯底的吸收比，以調(diào)節(jié)功率控制器，并由此選擇性地增 加或減小用來加熱襯底的能量。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，進(jìn)一步包括步泰 檢測從襯底的第二表面反射的光量；并且其中，系統(tǒng)組件包括溫度測量系統(tǒng)，該溫度測量系統(tǒng)包括在加熱期間感 測由襯底發(fā)射的輻射量、以確定襯底的溫度的輻射測量裝置，使用所檢測的 來自第 一表面的光量與所檢測的來自第二表面的光量，來為襯底確定發(fā)射 比、透射比、反射比，或其組合，以與由輻射測量裝置感測的輻射量相結(jié)合 來確定襯底的溫度。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在熱處理室中加熱襯底，且在熱 處理室外將光發(fā)射到襯底的第一表面上，并且，在檢測到從第一表面反射的 光量之后，將襯底轉(zhuǎn)移到熱處理室中。
6、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，在低于IO(TC的溫度下，向襯底的 第一表面上發(fā)射光。
7、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，在加熱處理期間，通過光能量源、通過加熱的基座、通過射頻、通過孩支波能量、通過熱壁環(huán)境、通過對流加熱、 通過傳導(dǎo)加熱、通過諸如等離子束、電子束或離子束之類的能量束來加熱、 或者通過其混合，來加熱襯底。
8、 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，輻射測量裝置感測由襯底在特定 波長上發(fā)射的輻射，并且，其中，在輻射測量裝置操作的相同波長上，檢測從襯底的第一表面反射的光量，在低于約100。C的溫度下，向村底的第一表面上發(fā)射光。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，使用所檢測的來自襯底的第一表 面的光量，來確定在其中在輻射測量裝置操作的波長上襯底的透射比小于 O.l的溫度下的、襯底的反射比或發(fā)射比。
10、 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，在加熱處理期間，通過在一波長 范圍的電磁輻射來加熱襯底，并且，其中，從襯底的第一表面反射、并被檢 測的光處于與加熱襯底的電磁輻射的波長范圍基本上重疊的波長范圍。
11、 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述系統(tǒng)組件包括溫度測量系統(tǒng)， 該溫度測量系統(tǒng)包括在加熱期間感測由襯底發(fā)射的輻射量、以確定襯底的溫 度的輻射測量裝置，使用所檢測的來自第 一表面的光量來確定襯底的發(fā)射 比，以便用于與由輻射測量裝置感測的輻射量相結(jié)合來確定襯底的溫度，并 且，其中，輻射測量裝置感測由襯底在特定波長上發(fā)射的輻射，并且，其中， 在輻射測量裝置操作的相同波長上，檢測從襯底的第一表面反射的光量，在 低于約IO(TC的溫度下，向襯底的第一表面上發(fā)射光。
12、 如權(quán)利要求11所述的方法，其中，使用從襯底的第一表面檢測的 反射光量與從襯底的第二表面檢測的反射光量，來確定襯底的所述兩個表面 的反射率，使用該反射率，來確定在其中在輻射測量裝置操作的波長上襯底 的透射比大于O.l的溫度下的、襯底的透射比或發(fā)射比。
13、 如權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括步驟檢測從襯底的第二 表面反射的光量，使用從襯底的第一表面檢測的反射光量與從襯底的第二表 面檢測的反射光量來確定每個表面的反射率，并且，使用每個表面的反射率， 來確定在其中在用于加熱襯底的電磁輻射的波長范圍的襯底的透射比小于 O.l的溫度下的、襯底的吸收比。
14、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述光路包括至少兩個光學(xué)裝置。
15、 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述至少兩個光學(xué)裝置包括第一透鏡與第二透鏡。
16、 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述光路包括將光引導(dǎo)至襯底 的第一表面的特定位置上的第一光學(xué)裝置與第二光學(xué)裝置，隨后，由第一表 面反射的光再次通過第二光學(xué)裝置，從第二光學(xué)裝置開始，光由第三光學(xué)裝 置反射，并接觸到第四光學(xué)裝置，以^(更聚焦到光檢測器上。
17、 如權(quán)利要求15所述的方法，其中，至少部分地，通過調(diào)節(jié)第一透鏡的焦距與第二透鏡的焦距，將從第一表面反射的光與從第二表面反射的光 分離。
18、 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，至少部分地，通過使用阻斷裝 置，將從第一表面反射的光與從第二表面反射的光分離。
19、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，發(fā)射到襯底的第一表面上的光包 括激光束。
20、 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述至少兩個光學(xué)裝置包括透 鏡、鏡子、或其混合。
21、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，發(fā)射到襯底的第一表面上的光是 由寬帶光源產(chǎn)生的。
22、 一種用于確定襯底的至少一個光學(xué)特性的方法，包括 向襯底的第一表面上發(fā)射光，所述襯底包括第一表面、以及與第一表面相隔一厚度的相反的第二表面；引導(dǎo)所述光通過將從第一表面反射的光與從第二表面反射的光分離的光路；檢測從第一表面反射的光量；以及基于從第一表面反射的光量，確定襯底的至少一個光學(xué)特性，所述特性 包括第一表面的反射率、發(fā)射率、吸收率、或透射率；或襯底的反射比、 發(fā)射比、吸收比、或透射比；或者上述的任意混合。
23、 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，在特定的光波長范圍上確定襯 底的光學(xué)特性。
24、 如權(quán)利要求23所述的方法，其中，特定的光波長范圍包括輻射測 量裝置操作的波長，其用來測量襯底的溫度。
25、 如權(quán)利要求23所述的方法，其中，光波長范圍與用于加熱襯底的 電磁輻射的波長范圍基本上重疊。
26、 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，在確定了襯底的至少一個光學(xué) 特性之后，將襯底置于熱處理室中、并加熱，并且，其中，在加熱處理期間， 基于所述至少一個光學(xué)特性來控制至少一個系統(tǒng)組件。
27、 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，在加熱襯底的熱處理室中，確 定襯底的至少一個光學(xué)特性。
28、 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，襯底包括半導(dǎo)體晶片，并且， 其中，基于所述至少一個光學(xué)特性，來控制半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)的至少一個 系統(tǒng)組件。
29、 如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述系統(tǒng)組件包括溫度測量系 統(tǒng)，該溫度測量系統(tǒng)包括在加熱期間感測由襯底發(fā)射的輻射量、以確定襯底 的溫度的輻射測量裝置，使用所檢測的來自第一表面的光量來確定襯底的發(fā) 射比值，以便用于與由輻射測量裝置感測的輻射量相結(jié)合來確定襯底的溫 度。
30、 如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述系統(tǒng)組件包括加熱系統(tǒng)， 該加熱系統(tǒng)包括用于加熱襯底的加熱裝置的功率控制器，使用所檢測的來自 第 一表面的光量來調(diào)節(jié)功率控制器，并由此選擇性地增加或減小用來加熱襯 底的能量。
31、 如權(quán)利要求26所述的方法，進(jìn)一步包括步驟 檢測從襯底的第二表面反射的光量；并且其中，所述系統(tǒng)組件包括溫度測量系統(tǒng)，該溫度測量系統(tǒng)包括在加熱期 間感測由襯底發(fā)射的輻射量、以確定襯底的溫度的輻射測量裝置，使用所檢 測的來自第 一表面的光量與所檢測的來自第二表面的光量，來為襯底確定發(fā) 射比、透射比、反射比、或其組合，以與由輻射測量裝置感測的輻射量相結(jié) 合來確定襯底的溫度。
32、 如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述光路包括至少兩個光學(xué)裝置。
33、 如權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述至少兩個光學(xué)裝置包括第 一透鏡與第二透鏡。
34、 如權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述光路包括將光引導(dǎo)至襯底 的第一表面的特定位置上的第一光學(xué)裝置與第二光學(xué)裝置，隨后，由第一表 面反射的光再次通過第二光學(xué)裝置，從第二光學(xué)裝置開始，光由第三光學(xué)裝置反射，并接觸到第四光學(xué)裝置，以便聚焦到光檢測器上。
35、 如權(quán)利要求33所述的方法，其中，至少部分地，通過調(diào)節(jié)第一透 鏡的焦距與第二透鏡的焦距，將從第一表面反射的光與從第二表面反射的光 分離。
36、 如權(quán)利要求32所述的方法，其中，至少部分地，通過使用一個阻 斷裝置，將從第一表面反射的光與從第二表面反射的光分離。
37、 如權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述至少兩個光學(xué)裝置包括透 鏡、鏡子、或其混合。
38、 如權(quán)利要求34所述的方法，其中，所述至少兩個光學(xué)裝置包括透 鏡、鏡子、或其混合。
全文摘要
公開了用于確定例如半導(dǎo)體晶片的襯底的至少一個光學(xué)特性的方法與系統(tǒng)。一旦確定光學(xué)特性，那么，為了改善工藝處理，可以控制在工藝處理室中的至少一個參數(shù)。例如，在一個實施例中，處于室溫或接近于室溫時，首先確定襯底中一個面的反射率。由該信息，將可以精確估計在高溫處理期間晶片的反射比與/或發(fā)射比。在晶片處理期間，使用高溫計，可用發(fā)射比校正溫度測量。除了進(jìn)行更加精確的溫度測量之外，襯底的光學(xué)特性也能夠用于更好的優(yōu)化加熱循環(huán)。
文檔編號G01J5/00GK101258387SQ200680032427
公開日2008年9月3日 申請日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月5日
發(fā)明者保羅·J·蒂曼斯 申請人:馬特森技術(shù)公司