具体实施方式

现在将详细参照实施例，其一个或多个示例在附图中示出。提供每个示例是为了解释实施例，而不是对本公开的限制。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对实施例进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，本公开的各方面旨在涵盖这些修改和变化。

本公开的示例方面涉及用于工件的热处理的方法。更具体地，在一些实施例中，本公开的示例方面涉及在工件(例如半导体工件)上执行热处理工艺，例如掺杂、沉积、退火或任何其他合适的热处理工艺。在一些实施例中，热处理工艺可以包括快速热处理(RTP)，例如掺杂剂活化、快速热退火(RTA)、金属回流或任何其他合适的快速热处理。根据本公开的示例方面，该热处理可以涉及在相对低的温度下加热工件，如超低温，如低于约200℃，如约100℃下加热工件。

出于说明和讨论的目的，本文可参照处理工件(例如，半导体基材、半导体晶片等)来讨论本公开的示例方面。使用本文所提供的揭示内容的所属领域的技术人员将了解，在不脱离本公开的范围的情况下，本公开的各个方面可与其它工件的处理结合使用。如本文所用，术语“约”与数值结合使用可指在所述数值的20％内。

工件的热处理可以包括将工件加热到期望的温度和/或将工件保持在执行该工艺的期望温度。在一些应用中，可能期望在热处理之前和/或期间将工件加热至相对低的温度，例如低于约200℃，例如约50℃至约150℃，例如约100℃的温度。

在相对低的温度下，例如在低于约200℃的温度下，工件的热处理可能涉及各种挑战。例如，在热处理期间可能需要精确测量工件的温度。用于热处理的各种系统可以采用非接触温度测量技术，例如高温测定法来测量工件的温度。这种非接触温度测量技术可以涉及测量电磁辐射，例如由工件发射的电磁辐射。然而，测量的电磁辐射有时可能被来自用于加热工件的热源的电磁辐射污染。此外，工件对特定波长的电磁辐射的吸收可以作为温度的函数而变化。这些挑战可能由于工件在低温下的特性而恶化，例如与工件在低温下相关的低发射率。

例如，如果该工件是约100℃的轻掺杂硅晶片，则该工件可能不能吸收与红外光源相关联的电磁辐射，例如具有在约1.1μm至约14μm范围内的波长的电磁辐射。红外光的一种替代方案是波长为约10nm至约400nm的紫外(UV)辐射。然而，一些应用可能不利于UV光源或以其他方式禁止使用UV光源，例如宽带UV光源。如本文所用，轻掺杂硅是指电阻率大于1ohm/cm的硅。

作为另一示例，可以采用诸如高温测定法的非接触温度测量技术来测量工件的温度，而不需要与工件直接接触。这种非接触测量技术例如可以测量由工件发射的热辐射并且基于所发射的热辐射来确定温度。在相对低的温度下，例如低于200℃的温度下，由工件发射的热辐射有时可能不足以获得准确的测量。这些挑战可以通过由用于加热工件的热源发射的电磁辐射的污染而恶化。

为了克服这些挑战，用于工件的热处理的系统可以包括具有工件支撑件的处理腔室。该工件支撑件可以被配置为用于支撑工件。该系统可以包括一个或多个热源，该一个或多个热源被配置为发射第一波长范围内的电磁辐射以将该工件加热至处理温度。处理温度可以为约50℃至约150℃(例如，约100℃)。该系统可以包括一个或多个传感器，这些传感器被配置为用于当该工件处于该处理温度时获得对第二波长范围内的电磁辐射的测量。该第二波长范围可以不同于该第一波长范围并且可以与该第一波长范围没有重叠。在一些实施例中，与第二波长范围内的来自热源的辐射相关联的光谱功率密度可以小于与第二波长范围相关联的峰值光谱功率密度的约5％，例如小于与第二波长范围相关联的峰值光谱功率密度的约1％。根据本公开的示例实施例，可以至少部分地基于由一个或多个传感器获得的电磁辐射的测量来确定工件的温度。

根据本公开的示例实施例，用于工件的热处理的系统可以包括处理腔室。该处理腔室可以具有适于处理该工件的任何形状、配置和/或构造。另外，处理腔室可以包括一个或多个附加元件以帮助工件的热处理。

在一些实施例中，处理腔室可具有被配置为支撑工件的工件支撑件。该工件支撑件可以具有任何合适的形状、配置和/或构造以支撑该工件。在一些实施例中，该工件支撑件可以被配置为支撑该工件，同时对该处理腔室中的电磁辐射(例如穿过该工件的电磁辐射或由该工件发射的热辐射)具有有限的影响。例如，该工件的至少一部分可以邻近该工件支撑件中的一个孔，从而允许电磁辐射从该工件的一侧穿过而到达另一侧而不受该工件支撑件的干扰。在一些实施例中，工件支撑件可包括附加的合适部件以辅助工件的热处理。在一些实施例中，工件支撑件可以包括具有一个或多个支撑销的石英支撑板(例如，石英支撑销)。

在一些实施例中，工件可以是半导体工件，例如至少部分地由硅(Si)、砷化镓(GaAs)、锗(Ge)或其它合适的半导体或其组合构成的工件。根据本公开，工件可具有任何合适的形状或尺寸。例如，工件可以是具有基本上圆形或卵形表面的“晶片”或基材。

在一些实施例中，一种用于工件的热处理的系统可包括被配置为发射第一波长范围内的电磁辐射的一个或多个热源。该一个或多个热源可以是例如光源或其他辐射热源。该一个或多个热源可以是可操作的以在该热源与该工件之间没有物理接触的情况下加热该工件。例如，一个或多个热源可以包括红外光源、发光二极管(LED)、脉冲热源、相干光源(例如，激光)、窄带热源或其他合适的热源或其组合。例如，一个或多个热源可以是诸如LED的窄带热源，以减少或限制第一波长范围之外的电磁辐射的污染。

该一个或多个热源可以被配置为发射在该第一波长范围内的电磁辐射以加热该工件。该第一波长范围可以被选择成使得该工件具有该第一波长范围内的电磁辐射的适当吸收率，例如适当高的吸收率。例如，第一波长范围可以具有适当高的吸收率，使得工件能够吸收第一波长范围内的辐射，例如适于以有效方式加热工件的辐射量。例如，第一波长范围可以包括工件具有约0.3或更高，例如约0.5或更高，例如高0.7或更高的吸收率的波长。通过吸收电磁辐射所携带的能量的适当部分，可以加热工件。然而，任何合适的波长范围都可以用于第一波长范围。在一些实施例中，可将工件加热至约50℃至150℃，例如加热至约100℃。

附加地和/或可选地，可以至少部分地基于工件的温度来选择第一波长范围以提供合适的吸收率。例如，工件的吸收率可以随温度而变化，并且可以期望选择第一波长以在期望的温度下提供足够的吸收率。例如，第一波长范围可被选择为在工件的初始温度下(即，在工件被一个或多个热源加热之前)、在处理温度下(即，在热处理期间工件被加热到和/或保持的温度)、在温度范围内(例如，在从初始温度到处理温度的范围内)，或在任何合适的温度或多个温度或其组合下提供合适的吸收率。在一些实施例中，温度可为约50℃至约150℃。在一些实施例中，温度可为约100℃。

在将包括轻掺杂硅晶片的工件加热到约100℃的处理温度的一个示例应用中，一个或多个热源可以包括配置为提供约900nm的电磁辐射的高功率窄带LED。在100℃下，轻掺杂硅晶片对于具有约900nm波长的电磁辐射可具有约0.7的吸收率。LED可以是具有小于约200nm，例如小于约100nm，例如小于约50nm，例如小于约20nm的带宽的窄带热源。如这里所使用的，LED带宽是半功率带宽，其中每单位波长辐射的功率下降到峰值功率/单位波长的50％。这样，900nm LED可以提供足够的能力来加热工件，在其他波长中提供有限的干扰，并且避免可能与具有较短波长的电磁辐射(例如UV光)相关联的复杂化。然而，根据本公开的方面，可以使用具有任何合适的波长范围的任何合适的热源。

在一些实施例中，一种用于工件的热处理的系统可包括被配置为获得第二波长范围内的电磁辐射的测量的一个或多个传感器。在一些实施例中，工件可对第二波长范围至少部分透明。在一些实施例中，第二波长范围可对应于工件发射大量热辐射的波长范围。基于来自一个或多个传感器的测量，可以确定工件的温度。该一个或多个传感器可以包括例如光电二极管、高温计或其他合适的传感器。

该第二波长范围可以不同于该第一波长范围和/或可以不与该第一波长范围重叠。例如，可以选择第一波长范围和第二波长范围以减少或限制第一波长范围和第二波长范围之间的污染。例如，第二波长范围可以选择为在由一个或多个热源发射的辐射带之外的波长范围。例如，第一波长范围可以包括大约900nm的波长，第二波长范围可以包括大约1100nm的波长。作为另一示例，第二波长范围可以是具有与第一波长不同的数量级的波长范围。例如，第一波长范围可以包括具有大约1000nm(例如900nm)的数量级的波长，并且第二波长范围可以包括具有大约10μm(例如16μm)的数量级的波长。在一些实施例中，与第二波长范围内的来自热源的辐射相关联的光谱功率密度可以小于与第二波长范围相关联的峰值光谱功率密度的约5％，例如小于与第二波长范围相关联的峰值光谱功率密度的约1％。

在一些实施例中，该一个或多个传感器可以在该一个或多个热源不发射辐射的时间期间获得对第二波长范围内的电磁辐射的测量。例如，该一个或多个热源可以是脉冲打开和关闭的(例如，以高频率)，并且该一个或多个传感器可以在该一个或多个热源关闭的时间期间获得测量。在该示例实施例中，在第一波长范围和第二波长范围之间可以存在一些重叠。

除了和/或可选地获得与第一波长范围不同的第二波长范围内的测量之外，通过脉冲一个或多个热源，可以减少从一个或多个热源对由一个或多个传感器进行的测量的污染，允许由一个或多个传感器进行精确测量，同时仍然提供对工件的有效加热。

在一些实施例中，尽管在与由一个或多个热源发射的第一波长范围不同的第二波长范围内获得测量，但是一个或多个传感器可以对不期望的辐射敏感。例如，来自工件之外的部件的热辐射，例如来自处理腔室内的其它部件的热辐射，可能干扰由一个或多个传感器获得的测量。例如，来自部件，特别是与工件大约相同温度的部件的热辐射可以至少部分落在第二波长范围内，或者用于污染由一个或多个传感器获得的测量。

在一些实施例中，该一个或多个传感器可以包括穿过一个或多个窗口的工件的至少一部分的视场。该一个或多个窗口可以对该第二波长范围是透明的。在一些实施例中，该一个或多个窗口可以被配置为限制除第二波长范围之外的波长。例如，该一个或多个窗口可以定位在该工件与该一个或多个传感器之间以限制除了该一个或多个传感器被配置为用于测量的电磁辐射之外的电磁辐射的干扰，或防止例如该处理腔室中的碎屑或热条件对该一个或多个传感器的损坏。例如，该一个或多个窗口可以被配置为至少部分地阻挡来自该处理腔室中除工件之外的部件的热辐射。在具有多于一个传感器的实施例中，每个传感器可以包括单独的窗口，或者可以定位多于一个传感器以通过同一窗口观察工件。在一些实施例中，该一个或多个窗口可以在该处理腔室的壁中的孔中实现。在一些实施例中，一个或多个窗口可以包括合适的窗口材料，例如石英。

在一些实施例中，该一个或多个传感器的视场可以由一个或多个冷却的观察管和/或冷却的孔口限制。例如，该一个或多个冷却的观察管和/或冷却的孔口可以被配置为用于减少除了该一个或多个传感器被配置为用于测量的电磁辐射之外的电磁辐射的干扰，或用于防止例如该处理腔室中的碎屑或热条件对该一个或多个传感器的损坏。例如，一个或多个冷却的观察管和/或冷却的孔口可以基本上朝向工件引导一个或多个传感器的视场，以防止来自不期望的电磁辐射的干扰。例如，被冷却的管和/或被冷却的孔口可以被配置为至少部分地阻挡来自处理腔室中除工件之外的部件的热辐射。作为另一个示例，冷却的观察管和/或冷却的孔口可以防止对一个或多个传感器的损坏。

在一些实施例中，该热处理系统可以包括一个或多个附加辐射源，该一个或多个附加辐射源被配置为发射在该第二波长范围内的电磁辐射。该一个或多个附加辐射源可以被定位成使得所发射的辐射总体上垂直于(例如，在垂直方向的大约10°以内)该工件的表面或相对于该工件的表面具有任何其他合适的角度。在一些实施例中，该一个或多个附加辐射源可以被定位成与该一个或多个传感器基本上相对。例如，所述一个或多个附加辐射源中的每一个可以定位在所述处理腔室的与所述一个或多个传感器中的每一个相对的一侧上，并且与所述一个或多个传感器中的每一个成线性定向。根据本公开可以使用用于一个或多个传感器和/或一个或多个附加辐射源的任何其他合适的定向。该一个或多个附加辐射源可以包括例如激光器(例如激光二极管)、红外光源、紫外(UV)光源、发光二极管(LED)、脉冲辐射源、相干光源、窄带辐射源，或其他合适的辐射源，或其组合。在一些实施例中，一个或多个附加辐射源可以位于一个或多个窗口之后。

在一些实施例中，工件可对第二波长范围内的电磁辐射至少部分透明。例如，工件在第二波长范围可具有大于约0的透射率。这样，第二波长范围内的电磁辐射可以至少部分地穿过工件到达与一个或多个附加辐射源相对的处理腔室的一侧。

在一些实施例中，该一个或多个传感器可以被配置为用于在该电磁辐射已经穿过该工件之后获得对该第二波长范围的电磁辐射的测量。以这种方式，可以通过将由一个或多个附加辐射源发射的电磁辐射的强度与由一个或多个传感器测量的电磁辐射的强度进行比较来确定工件的透射率。

在一些实施例中，由一个或多个附加辐射源发射的电磁辐射的强度可以相对于时间而改变，其中来自一个或多个传感器的第二波长范围内的电磁辐射的测量仍然可以用于确定透射率以及由此确定工件的温度。例如，在由一个或多个传感器获得的电磁辐射的测量中，可以补偿一个或多个附加辐射源的强度变化。

由一个或多个传感器获得的第二波长范围的电磁辐射的测量可以随着工件的温度而变化，即使来自一个或多个附加辐射源的输出是恒定的。以这种方式，来自一个或多个传感器的测量可以作为工件的透射率的函数直接与工件的温度相关联(例如，作为初始温度与当前温度之间的温度变化)。

在一些实施例中，可以至少部分地基于工件的透射率来确定工件的温度。例如，工件的透射率可以随工件的温度而变化。例如，工件的透射率可以至少作为工件的温度的函数而变化。可以测量或以其它方式已知或确定与工件的透射率相关的其它因素，例如但不限于工件的形状、工件的厚度、工件的组成等。在一些实施例中，可以确定参照透射光谱，并且可以测量工件在热处理期间的透射率。至少部分地基于参照透射光谱与工件的透射率之间的比较，可以确定工件的温度。

在一些实施例中，参照透射光谱可以至少部分地基于工件的透射率来指示工件的温度。例如，在一些实施例中，参照透射光谱可以至少部分地基于一个或多个参照工件在多个温度下测量的透射率。该一个或多个参照工件可以与该工件共享一个或多个特性。在一些实施例中，一个或多个参照工件中的一个或多个可以是要被热处理的工件。在一些实施例中，可以在根据本公开的处理腔室中测量所测量的透射率。在一些实施例中，可以使用单独的设备来获得所测量的透射率。

在参照透射光谱至少部分地基于测量的透射率的实施例中，参照透射光谱可以包括模型或方程、查找表，或任何其他合适的参照透射光谱。例如，所测量的透射率可用于外推作为至少温度的函数的透射率的数学模型或方程。在一些实施例中，该模型或方程可以至少部分地基于附加特性来校准，这些附加特性例如但不限于工件的厚度、工件的组成，或任何其他合适的特性，或其组合。例如，模型可以基于工件的厚度是可调节的，使得具有变化厚度(例如在厚度的范围或百分比误差内)的几个基本类似的工件可以与同一模型相关联。在一些实施例中，对于每个厚度可以使用单独的模型或方程，并且待处理的工件的厚度可以被四舍五入到具有参照透射光谱的最接近的厚度。在一些实施例中，该模型或方程可以不依赖于厚度。

作为另一示例，所测量的透射率可用于填充使透射率与工件的温度相关的查找表。例如，可以至少部分地基于从中获得测量的工件的各种特性来填充各种查找表。在一些实施例中，查找表数据可以在基于各种特性被检索之后被操纵。例如，如果在热处理期间测量的工件的透射率落在查找表中的两个值之间，则这两个值可以通过加权和来平均。作为另一个示例，可以使用至少部分地表示工件的一些特性(例如厚度)的乘数来稍微调整查找表，例如不需要基于该特性来填充完全不同的查找表。

在一些实施例中，参照透射光谱可以至少部分地基于近似或模拟数据，或者不是从工件直接测量的其他数据。例如，可以为工件生成基于工件的物理和/或化学性质的方程或模型。例如，该模型可以基于计算机模拟，或基于构成工件的一种或多种材料的透射率，或其他类似模型。

在一些实施例中，可校准参照透射光谱以提供给定工件的透射率与温度之间的准确相关性。例如，可以基于工件来调整模型或方程的一个或多个参数、变量等。作为另一示例，可以从用于工件的多个候选参照透射光谱中选择参照透射光谱。

在一些实施例中，可以通过将从工件测量的参照透射率与参照透射光谱匹配来校准参照透射光谱。例如，可以在已知的初始温度下从工件测量参照透射率。在一个实施例中，可将参照透射率与已知与工件的透射率紧密对应的候选参照透射光谱进行比较，以调整候选参照透射光谱以更准确地对应于工件。作为另一示例，可以将参照透射率与多个候选参照透射光谱上的点进行比较，以选择多个候选参照透射光谱中的哪个最准确地表示工件，诸如与测量参照透射率的温度相关联的点。根据本公开可以使用校准参照透射光谱的任何其他合适的方法。

通过将测量的透射率与参照透射光谱相关联，可以确定工件的温度。例如，所测量的透射率可以是将透射率与温度相关联的模型或方程的输入。作为另一个示例，所测量的透射率可以被映射到X-Y绘图上的点，其中透射率在一个轴上(例如纵坐标)，温度在另一个轴上(例如横坐标)。作为另一个示例，所测量的透射率可以是到温度查找表中的输入。因此，所测量的透射率可用于准确且间接地确定工件的温度。

作为另一示例，作为工件的透射率变化的结果而发生的一个或多个传感器处的信号变化可用于确定工件的温度。例如，在工件的第一温度下，一个或多个传感器可以测量第二波长范围内的电磁辐射的第一强度。在该工件的第二温度下，该一个或多个传感器可以测量该第二波长范围内的电磁辐射的第二强度。

例如，可以至少部分地基于第一强度和第二强度之间的差来确定工件的温度。例如，该第一温度可以是已知的并且该第二温度可以是未知的，并且该第一温度和该第一强度可以用于在模型上建立参照点，所述模型例如为方程、曲线、数据集，或使强度和温度(例如，对于给定工件)相关的其他合适的模型。该模型可以基于模拟的或估计的数据(例如基于该工件的一个或多个性质)和/或测量的数据(例如从该工件和/或具有与该工件类似的特性的一个或多个其他工件测量的)来确定。例如，可以以与上述参照透射光谱类似的方式确定模型。然后可以使用该第二强度在该模型上建立第二点，并且因此可以基于该第二点来确定该第二温度。可以使用本领域已知的任何其他合适的方法来基于由一个或多个传感器获得的测量来确定工件的温度。

参照使用透射率来确定工件的温度来讨论本公开的各方面。在不偏离本公开的范围的情况下，还可以使用其他光学特性(例如反射率)来确定工件的温度。例如，在工件是半透明的情况下，可以使用反射率作为透射率的替代，因为反射率包括来自工件背面的内反射的分量，并且该分量的量级受工件中的吸收的影响。

在一些实施例中，该一个或多个传感器可以被配置为获得对该第二波长范围内的电磁辐射的测量，并且该第二波长范围可以包括由该工件发射的热辐射的范围的至少一部分。由工件发射的热辐射可以随工件的温度而变化。因此，可以进行该工件在该第二波长范围内发射的热辐射的测量并且将其与该工件在该第二波长范围内在多个温度上发射的热辐射的发射率和/或预期量进行比较以确定该工件的温度。

例如，工件的热辐射可以是在工件的温度下由理想黑体发射的黑体辐射和工件的发射率两者的函数。工件的发射率可以是在特定波长和温度下由工件发射的热辐射的量与在特定波长和温度下由理想黑体发射的热辐射的量之间的比。在一些情况下，工件的黑体曲线和发射率曲线的至少一部分可以相反地相关，导致在选择发射适当高量的热辐射的第二波长范围方面的挑战。

在一些实施例中，为了测量由工件在特定温度下发射的热辐射，可以选择用于测量的波长带，该波长带在黑体曲线图上在该温度下具有相对高的量级，同时对于工件也具有相对高的发射率常数。

在一些实施例中，可以至少部分地基于与工件的发射率相关联的一个或多个局部特征来选择第二波长范围。例如，工件的发射率曲线可以具有一个或多个局部最大值，其在特定波长处提供比在周围波长处相对更高的发射率。特别是在黑体曲线和发射率曲线相反地相关的情况下，局部特征可对应于热辐射测量的相对期望的波长，条件是局部特征对应于考虑到本文讨论的其它考虑因素而期望的波长。例如，该工件可以在该一个或多个局部特征的波长上比在直接围绕该一个或多个局部特征的波长上发射更大量的热辐射。

例如，在其中工件包括约100℃的轻掺杂硅晶片的特定实施例中，工件可具有与9μm和/或16μm处的发射率相关的一个或多个局部特征。例如，在9μm处的局部特征可以是局部最大值，使得在9μm处的发射率充分高于在例如8μm或10μm处的发射率。因此，由于工件除了具有与在100℃下9μm的黑体曲线相关的显著量级之外，还在9μm发射相对大量的热辐射，因此期望获得在9μm的测量。

在一些实施例中，工件的发射率特性可以原位获得，即不需要将工件从处理腔室中移出。

在一些实施例中，可以通过使来自一个或多个测量辐射源的电磁辐射以已知强度与工件相互作用并且测量由一个或多个测量辐射源发射的电磁辐射在与工件相互作用之后的强度来测量工件的发射率。例如，一个或多个测量辐射源可以是任何合适的辐射源，例如用于加热工件的一个或多个热源、一个或多个附加辐射源，或任何其它合适的辐射源。在一些实施例中，工件对于由一个或多个测量辐射源发射的电磁辐射可以是至少部分透明的。以此方式，由一个或多个测量辐射源发射的电磁辐射的第一部分可以穿过工件到达与一个或多个测量辐射源相对的处理腔室的一侧，并且电磁辐射的第二部分可以从工件的表面反射。

例如，在工件包括100℃的轻掺杂硅晶片的示例实施例中，工件对于约25μm以下的波长可以不是完全不透明的。这样，为了测量工件的发射率，可以测量工件的透射率和工件的反射率。例如，透射率可以确定为已经穿过工件的电磁辐射的第一部分的强度与由一个或多个测量辐射源发射的电磁辐射的强度的比。该反射率可以被确定为该工件所反射的该电磁辐射的第二部分的强度与该一个或多个测量辐射源所发射的电磁辐射的强度的比。因此，不被透射率和反射率的总和所考虑的任何电磁辐射对应于由工件所吸收的电磁辐射。在热平衡中，可以确定由工件发射的能量的量与由工件吸收的能量的量相同。这样，可以测量工件的发射率。

基于所测量的工件温度，可以控制热处理系统的一个或多个工艺参数。例如，可以在反馈回路中使用测量的温度，并且可以控制一个或多个热源的强度以调节和/或保持工件的温度。例如，可以调节一个或多个热源的强度以将工件加热至期望的处理温度。

本公开的一个示例实施例涉及一种热处理设备。该设备可以包括具有工件支撑件的处理腔室。该工件支撑件可以被配置为用于支撑工件。该设备可以包括一个或多个热源，该一个或多个热源被配置为发射第一波长范围内的电磁辐射以将该工件加热至处理温度。该处理温度可以为约50℃至约150℃，例如约100℃。该设备可以包括一个或多个传感器，这些传感器被配置为用于当该工件处于该处理温度时获得对第二波长范围内的电磁辐射的测量。该第二波长范围可以不同于该第一波长范围。

在一些实施例中，该设备可以包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置为至少部分地基于由该一个或多个传感器获得的电磁辐射的测量来确定该工件的温度。

在一些实施例中，该一个或多个热源可以被配置为发射在窄带红外范围内的电磁辐射。该第一波长范围可以是从约850纳米至约950纳米，例如约900纳米。该第一波长范围可以被选择成使得该工件在该第一波长范围和该处理温度下具有大于约0.5的吸收率，例如在该第一波长范围和该处理温度下具有大于约0.7的吸收率。该第二波长范围可以包括长于约1000纳米的波长，例如大于约1100nm。在一些实施例中，第二波长范围可包括约13微米至约17微米，例如约16微米的波长。在一些实施例中，第二波长范围可以是约7微米至约12微米，例如约9微米的波长。在一些实施例中，在第一波长范围和第二波长范围之间没有重叠。

在一些实施例中，该一个或多个传感器可以包括穿过对该第二波长范围透明的一个或多个窗口的该工件的至少一部分的视场。该设备可以包括冷却的孔口或冷却的管，以限制该一个或多个传感器的视场。

在一些实施例中，所述一个或多个传感器被配置为在所述一个或多个热源不发射所述第一波长范围内的电磁辐射的时间段期间测量所述第二波长范围内的电磁辐射。

在一些实施例中，该一个或多个热源包含一个或多个发光二极管。该工件可以包括半导体。例如，工件可以包括硅和/或轻掺杂硅。

在一些实施例中，该设备可以包括被配置为发射第二波长范围内的电磁辐射的一个或多个附加辐射源。该工件可以对该第二波长范围内的电磁辐射是至少部分透明的。该第二波长范围内的电磁辐射可以在被该一个或多个传感器测量之前穿过该工件。

在一些实施例中，由一个或多个传感器获得的测量指示工件的透射率。该一个或多个处理器可以被配置为用于至少部分地通过将由该一个或多个传感器获得的指示该工件的透射率的测量与具有已知初始温度的样本的参照透射光谱进行比较来确定该工件的温度。

在一些实施例中，该一个或多个处理器被配置为至少部分地基于该工件的发射率来确定该工件的温度。可以原位测量工件的发射率。该工件的发射率可以通过向该工件提供具有已知强度的电磁辐射并且在与该工件相互作用之后测量该电磁辐射的强度来测量。该工件的发射率可以至少部分地基于该工件的反射率、该工件的透射率，或其组合来测量。

一种用于热处理工件的方法。该方法可以包括使用一个或多个热源将该工件加热至处理温度。该一个或多个热源可以被配置为发射在第一波长范围内的电磁辐射。该方法可以包括当该工件处于该处理温度时在一个或多个传感器处测量第二波长范围内的电磁辐射。该第二波长范围可以不同于该第一波长范围。该方法可以包括至少部分地基于该一个或多个传感器所测量的该第二波长范围内的电磁辐射来确定该工件的温度。在一些实施例中，该方法可以包括至少部分地基于工件的温度控制一个或多个热源以调节或保持工件的温度。

在一些实施例中，在一个或多个传感器处测量第二波长范围内的电磁辐射可以包括通过一个或多个附加辐射源发射第二波长范围内的电磁辐射；以及在一个或多个传感器处测量第二波长范围内的电磁辐射。该第二波长范围内的电磁辐射可以在被该一个或多个传感器接收之前穿过该工件。

在一些实施例中，至少部分地基于由一个或多个传感器测量的第二波长范围内的电磁辐射来确定工件的温度可以包括确定与工件相关联的参照透射光谱；至少部分地基于由一个或多个传感器测量的第二波长范围内的电磁辐射来确定工件的透射率；以及至少部分地基于所述参照透射光谱和所述工件的透射率确定所述工件的温度。

在一些实施例中，至少部分地基于由一个或多个传感器测量的第二波长范围内的电磁辐射来确定工件的温度包括在一个或多个参照温度下确定工件在第二波长范围内的发射率；以及至少部分地基于所述工件在所述一个或多个参照温度下在所述第二波长范围处的发射率来确定所述工件的温度。

本公开的另一示例实施例涉及一种热处理设备。该设备可以包括具有工件支撑件的处理腔室。该工件支撑件可以被配置为用于支撑工件。该设备可以包括一个或多个热源，该一个或多个热源被配置为发射第一波长范围内的电磁辐射以将该工件加热至处理温度。处理温度可以为约50℃至150℃。该设备可以包括被配置为发射第二波长范围内的电磁辐射的一个或多个附加辐射源。该第二波长范围可以不同于该第一波长范围。该工件可以对该第二波长范围内的电磁辐射是至少部分透明的。该设备可以包括一个或多个传感器，这些传感器被配置为用于当该工件处于该处理温度时获得对该第二波长范围内的电磁辐射的测量。该第二波长范围内的电磁辐射可以在被该一个或多个传感器测量之前穿过该工件。可以至少部分地基于由一个或多个传感器获得的电磁辐射的测量来确定工件的透射率。可以至少部分地基于工件的透射率来确定工件的温度。

本公开的另一示例实施例涉及一种热处理设备。该设备包括具有工件支撑件的处理腔室。该工件支撑件可以被配置为用于支撑工件。该设备可以包括一个或多个热源，该一个或多个热源被配置为发射在第一波长范围内的电磁辐射以将该工件加热至处理温度，其中该处理温度是从约50℃至150℃。该设备可以包括一个或多个传感器，这些传感器被配置为用于当该工件处于该处理温度时获得对第二波长范围内的电磁辐射的测量，其中该第二波长范围不同于该第一波长范围。该一个或多个传感器至少部分地基于该工件的发射率来确定该工件的温度。

现在将参照附图详细讨论本公开的示例实施例。图1描绘了可以根据本公开的示例实施例使用的示例热处理系统100。如图所示，RTP系统100包括处理腔室105、工件110、工件支撑件120、热源阵列170A和170B、空气轴承145、控制器175、门180和气流控制器185。

在一些实施例中，工件110可以是半导体工件，例如至少部分地由硅(Si)、镓(Ga)(例如GaAs)、锗(Ge)(例如SiGe)或其它合适的半导体或其组合构成的工件。根据本公开，工件110可具有任何合适的形状或尺寸。例如，工件110可以是具有大致圆形表面的“晶片”或基材。

根据本公开的示例实施例，用于工件的热处理的系统100可以包括处理腔室105。处理腔室可以具有适于处理工件110的任何形状、配置和/或构造。另外，处理腔室可以包括一个或多个附加元件(未示出)以帮助工件110的热处理。

在一些实施例中，处理腔室105可以包括工件支撑件120。该工件支撑件120可以被配置为支撑工件110。根据本公开的示例方面，工件支撑件120可具有任何合适的形状、配置和/或构造以支撑工件110。在一些实施例中，工件支撑件120可以被配置为支撑工件110，同时对处理腔室中的电磁辐射(例如穿过工件110的电磁辐射或由工件110发射的热辐射)具有有限的影响。例如，工件110的至少一部分可以与工件支撑件120中的孔相邻，从而允许电磁辐射从工件110的一侧传递到另一侧而不受工件支撑件120的干扰。在一些实施例中，工件支撑件120可包括附加的合适部件(未示出)以帮助工件110的热处理。在一些实施例中，工件支撑件可以包括具有一个或多个支撑销的石英支撑板(例如，石英支撑销)。

待处理的工件110可由工件支撑件120支撑在处理腔室105(例如，石英室)中。工件支撑件120可在热处理期间支撑工件110。在一些实施例中，工件支撑件120可包括可旋转基体135和/或一个或多个支撑销115(仅示出了一个)。支撑销115和可旋转基体135可以从热源170B传递热量。支撑销115和可旋转基体135可以由石英制成。可旋转基体135可以以限定的旋转定向和限定的旋转速度旋转工件110。可旋转基体135可由空气轴承145支撑。撞击在可旋转基体135上的气流可使可旋转基体135绕轴线155旋转。在一些实施例中，可以不存在可旋转基体135，并且工件110可以仅由一个或多个支撑销115和/或固定支撑板支撑。

可以使用保护环(未示出)来减轻来自工件110的一个或多个边缘的辐射边缘效应。端板190密封处理腔室105，并且门180可以允许工件110进入，并且当关闭时，可以允许处理腔室105被密封并且允许处理气体125从气流控制器185被引入到处理腔室105中。处理气体125可以包括不与工件110反应的惰性气体，和/或处理气体125可以包括与工件110的材料(例如，半导体晶片等)反应以在工件110上形成层的反应气体。处理气体125可以是能够包含硅化合物的气体，该硅化合物在被处理的工件110的加热表面处反应以在加热表面上形成层而不消耗来自工件110表面的任何材料。

在一些实施例中，一种用于对工件进行热处理的系统可以包括一个或多个热源130，该一个或多个热源被配置为发射第一波长范围内的电磁辐射。该一个或多个热源130可以是例如光源或其他辐射热源。该一个或多个热源130可以是可操作的以在热源130与工件110之间没有物理接触的情况下加热工件。例如，一个或多个热源130可以包括红外光源、发光二极管(LED)、脉冲热源、相干光源、窄带热源，或其他合适的热源，或其组合。例如，一个或多个热源130可以是诸如LED的窄带热源，以减少或限制第一波长范围之外的电磁辐射的发射。

该一个或多个热源130可以被配置为发射在该第一波长范围内的电磁辐射以加热该工件110。该第一波长范围可以被选择成使得该工件具有该第一波长范围内的电磁辐射的适当吸收率，例如适当高的吸收率。例如，第一波长范围可以具有适当高的吸收率，使得工件能够吸收第一波长范围内的辐射，例如适于以有效方式加热工件的辐射量。例如，第一波长范围可以包括工件具有约0.3或更高，例如约0.7或更高的吸收率时的波长。通过吸收电磁辐射所携带的能量的适当部分，可以加热工件110。然而，任何合适的波长范围都可以用于第一波长范围。在一些实施例中，工件110可以被加热到约50℃至150℃，例如加热到约100℃。

附加地和/或可选地，可以至少部分地基于工件110的温度来选择第一波长范围以提供合适的吸收率。例如，工件110的吸收率可以随温度而变化，并且可以期望选择第一波长以在期望的温度下提供足够的吸收率。例如，第一波长范围可被选择为在工件110的初始温度下(即，在工件110被一个或多个热源130加热之前)、在处理温度下(即，在热处理期间工件被加热到和/或保持在的温度)、在温度范围内(例如，在从初始温度到处理温度的范围内)，或在任何合适的温度或多个温度或其组合下提供合适的吸收率。在一些实施例中，所述温度可以是在约50℃至约150℃范围内的处理温度。在一些实施例中，处理温度可以为约100℃。

在将包括轻掺杂硅晶片的工件110加热到约100℃的处理温度的一个示例应用中，一个或多个热源130可以包括配置为提供约900nm的光的高功率单色LED。在100℃下，轻掺杂硅晶片对于具有约900nm波长的电磁辐射可具有约0.7的吸收率。这些LED130可以是窄带热源，并且因此在除约900nm之外的波长中发射可忽略的辐射。这样，900nm LED130可以提供足够的能力来加热工件110，在其他波长中提供有限的干扰，并且避免可能与具有较短波长的电磁辐射(例如UV光)相关联的复杂化。然而，根据本公开的方面，可以使用具有任何合适波长范围的任何合适的热源130。

两个热源阵列170A和170B显示在工件110的任一侧上。每个热源阵列可以包括多个热源130。热源130的示例可包括灯(例如，白炽灯等)、发光二极管LED、激光二极管或其它合适的单色热源。每个热源可以是圆形、线形或其它形状。在一些实施例中，热源阵列170A和170B可以具有相同的配置。在一些实现方式中，热源阵列170A和170B可具有线性热源，所述线性热源可彼此平行定位，其间具有开放空间。在一些实现方式中，热源阵列170A和170B可以具有圆形热源，该圆形热源可以以在其间具有物理屏障的密排(例如，蜂窝状等)配置定位。在一些实施例中，热源阵列170A和170B可以具有不同的配置。热源阵列170A可具有线性热源，且热源阵列170B可具有圆形热源，或反之亦然。

热源阵列170A和170B被讨论为具有多个热源。然而，在不偏离本公开的范围的情况下，可以仅使用单个热源。此外，在一些实施例中，设备100可仅包括热源阵列170A。在一些实施例中，设备100可仅包括热源阵列170B。在一些实施例中，设备100可以包括阵列170A和170B两者。

控制器175可以被配置为执行在此讨论的方法中的一些或全部。例如，该控制器可以包括一个或多个处理器176，该一个或多个处理器被配置为执行在此讨论的方法中的一些或全部。控制器175可以包括一个或多个存储装置177，这些存储装置存储一个或多个计算机可读指令，这些计算机可读指令在被实现(例如通过一个或多个处理器176)时执行在此公开的任何方法。例如，这些指令可以使控制器175控制热处理系统100的多个方面，例如一个或多个热源130的输出强度。作为另一示例，所述指令可致使本文中所论述的部件中的任一者(例如，控制器175和/或一个或多个传感器210(图2和图5中所示))执行根据本公开的工件110的温度测量。

现在参照图2，根据本公开讨论示例热处理设备200。为了这里讨论的目的，关于图2的热处理设备200省略了关于图1的热处理设备100讨论的一些部件。然而，热处理设备200的一些实施例可以包括关于图1所讨论的部件中的一些或全部。

热处理设备200可以包括处理腔室105，具有一个或多个热源130的一个或多个热源阵列170A、170B，以及被配置为支撑工件110的工件支撑件120，如关于图1所讨论的。

在一些实施例中，热处理系统可以包括配置为发射第二波长范围225的电磁辐射的一个或多个附加辐射源220。该一个或多个附加辐射源220可以被定位成使得所发射的辐射总体上垂直于(例如，在垂直方向的大约10°以内)工件110的表面或相对于工件110的表面具有任何其他合适的角度。在一些实施例中，一个或多个附加辐射源220可以与一个或多个传感器210基本上相对地定位。例如，一个或多个附加辐射源220中的每一个可以定位在处理腔室105的与一个或多个传感器210中的每一个相对的一侧上，并且与一个或多个传感器210中的每一个成线性定向。根据本公开可以使用用于一个或多个传感器和/或一个或多个附加辐射源的任何其他合适的定向。该一个或多个附加辐射源可以包括例如激光器(例如激光二极管)、红外光源、紫外(UV)光源、发光二极管(LED)、脉冲辐射源、相干光源、窄带辐射源，或其他合适的辐射源，或其组合。在一些实施例中，一个或多个附加辐射源220可以位于一个或多个窗口215之后。

该第二波长范围可以不同于该第一波长范围和/或可以不与该第一波长范围重叠。例如，可以选择第一波长范围和第二波长范围以减少或限制第一波长范围和第二波长范围之间的污染。作为示例，第二波长范围可以被选择为在由一个或多个热源130发射的辐射带之外的波长范围。例如，第一波长范围可以包括大约900nm的波长，第二波长范围可以包括大约1100nm的波长。作为另一示例，第二波长范围可以是具有与第一波长不同的数量级的波长范围。例如，第一波长范围可以包括具有大约1000nm(例如900nm)数量级的波长。在一些实施例中，与第二波长范围内的来自热源的辐射相关联的光谱功率密度可以小于与第二波长范围相关联的峰值光谱功率密度的约5％，例如小于与第二波长范围相关联的峰值光谱功率密度的约1％。

第二波长范围可以包括具有大约10μm数量级的波长，例如在大约13μm到大约17μm的范围内，例如大约16μm。在一些实施例中，第二波长范围可以在约8μm至约12μm的范围内，例如约9μm，这可以对应于Si-O键提供吸收/发射峰的位置。

热处理设备200可进一步包括被配置为获得第二波长范围内的电磁辐射的测量的一个或多个传感器210。在一些实施例中，工件110对于第二波长范围的电磁辐射可以是至少部分透明的。基于来自一个或多个传感器210的测量，可以确定工件110的温度。例如，可以将由一个或多个传感器210测量的热辐射的强度与温度相对于波长处的热辐射强度的绘图、曲线图、查找表等进行比较，以确定工件110的温度。该一个或多个传感器210可以包括例如光电二极管、高温计或其他合适的传感器。

在一些实施例中，一个或多个传感器210可以在一个或多个热源130不发射辐射的时间期间获得对第二波长范围内的电磁辐射的测量。例如，一个或多个热源130可以是脉冲打开和关闭的(例如，以高频率)，并且一个或多个传感器210可以在一个或多个热源130关闭的时间期间获得测量。除了和/或可选地获得与第一波长范围不同的第二波长范围内的测量之外，通过脉冲一个或多个热源130，可以减少从一个或多个热源130对由一个或多个传感器210进行的测量的污染，允许由一个或多个传感器210进行精确测量，同时仍然提供对工件110的有效加热。

在一些实施例中，一个或多个传感器210可以包括穿过一个或多个传感器窗口230的工件110的至少一部分的视场。该一个或多个传感器窗口230可以对该第二波长范围是透明的。在一些实施例中，一个或多个传感器窗口230可以被配置为限制除第二波长范围之外的波长。例如，该一个或多个传感器窗口230可位于该工件与该一个或多个传感器210之间，以限制除了该一个或多个传感器210被配置为测量的电磁辐射的干扰之外的电磁辐射的干扰，或防止该一个或多个传感器210受到例如处理腔室105中的碎屑或热条件的损害。例如，一个或多个传感器窗口230可以被配置为至少部分地阻挡来自处理腔室105中除工件110和/或一个或多个附加热源220之外的部件的热辐射。例如，一个或多个传感器窗口230可以被配置为对于由一个或多个热源130发射的电磁辐射是至少部分不透明的。在具有多于一个传感器210的实施例中，每个传感器210可以包括单独的传感器窗口230，或者可以定位多于一个传感器210以通过同一窗口230观察工件110。在一些实施例中，一个或多个传感器窗口230可以在处理腔室105的壁中的孔中实现。

热处理设备200可进一步包括一个或多个窗口215，例如石英窗口，其位于一个或多个热源阵列170A、170B与工件110之间。窗口215可以对处理腔室105中的电磁辐射的至少一部分是至少部分透明的。例如，窗口215可以对至少第一波长范围(例如，由一个或多个热源130发射的电磁辐射)和/或第二波长范围(例如，由一个或多个附加热源220发射和/或由工件110发射的电磁辐射)中的电磁辐射至少部分地透明。

在一些实施例中，工件110对于第二波长范围225中的电磁辐射可以是至少部分透明的。这样，第二波长范围225中的电磁辐射可以至少部分地穿过工件110到达与一个或多个附加辐射源220相对的处理腔室105的一侧。

在一些实施例中，该一个或多个传感器可以被配置为用于在该电磁辐射已经穿过该工件之后获得对该第二波长范围的电磁辐射的测量。以这种方式，可以通过将由一个或多个附加辐射源发射的电磁辐射的强度与由一个或多个传感器测量的电磁辐射的强度进行比较来确定工件的透射率。例如，透射率可以至少部分地基于由一个或多个传感器210测量的电磁辐射的强度与由一个或多个附加辐射源220发射的电磁辐射的强度的比来确定。

图3示出了示例工件材料在一定波长范围内的透射率的示例曲线图300。如曲线302所示，工件材料在电磁波谱的一部分上可以具有大于零的透射率。根据本公开的一些示例实施例，可能期望为由示例工件材料制成的工件选择在约1微米至约10微米的范围内的第二波长范围，图3中示出了该示例工件材料的透射率。

在一些实施例中，由一个或多个附加辐射源220发射的电磁辐射的强度可以随时间变化，其中来自一个或多个传感器210的第二波长范围225中的电磁辐射的测量仍然可以用于确定工件110的透射率以及由此确定工件110的温度。例如，在由一个或多个传感器210获得的电磁辐射的测量中，可以补偿一个或多个附加辐射源220的强度变化。

由一个或多个传感器210获得的第二波长范围的电磁辐射的测量可以随着工件110的温度而变化，即使来自一个或多个附加辐射源220的输出是恒定的。工件110和/或热处理系统200的其它性质(例如工件厚度、组成等)可确定为在整个温度变化中是恒定的。以此方式，来自一个或多个传感器210的测量可以作为工件110的透射率的函数直接与工件110的温度相关联(例如，作为初始温度与当前温度之间的温度变化)。

在一些实施例中，可以至少部分地基于工件的透射率来确定工件的温度。例如，工件的透射率可以随工件的温度而变化。例如，工件的透射率可以至少作为工件的温度的函数而变化。可以测量或以其它方式已知或确定与工件的透射率相关的其它因素，例如但不限于工件的形状、工件的厚度、工件的组成等。

例如，图4示出了对于可以至少部分地构成工件(例如工件110)的示例工件材料，作为在各种波长下的温度的结果的透射率变化的示例曲线图400。具体地，曲线402-414中的每一个对应于工件材料在唯一波长下的透射率。如在图4中可以看到的，工件材料在特定波长下的透射率随着材料的温度变化而经历微小的变化。这样，测量透射通过材料的电磁辐射的强度的传感器将经历作为温度的结果的强度变化。因此，强度的这种变化可以与温度的变化相关联并且用于确定温度的变化和/或工件的温度。

在一些实施例中，可以确定参照透射光谱。在一些实施例中，该参照透射光谱可以至少部分地基于与多个不同波长相关联的测量来确定。在热处理过程中，可以测量工件的透过率。该工件的温度可以至少部分地基于该参照透射光谱与该工件的测量透射率之间的比较来确定。

在一些实施例中，参照透射光谱可以至少部分地基于工件110的透射率来指示工件110的温度。例如，在一些实施例中，参照透射光谱可以至少部分地基于一个或多个参照工件在多个温度下测量的透射率。该一个或多个参照工件可以与工件110共享一个或多个特性。在一些实施例中，参照工件可以是要被热处理的工件110。在一些实施例中，可以在根据本公开的处理腔室105中测量所测量的透射率。在一些实施例中，可以使用单独的设备来获得所测量的透射率。

在参照透射光谱至少部分地基于测量的透射率的实施例中，参照透射光谱可以包括模型或方程、查找表，或任何其他合适的参照透射光谱。例如，所测量的透射率可用于外推作为至少温度的函数的透射率的数学模型或方程(例如，如曲线402-414中的一个)。在一些实施例中，该模型或方程可以至少部分地基于附加特性来校准，这些附加特性例如但不限于工件110的厚度、工件110的组成，或任何其他合适的特性，或其组合。例如，模型可以基于工件110的厚度是可调节的，使得具有变化厚度(例如在厚度的范围或百分比误差内)的几个基本类似的工件可以与同一模型相关联。在一些实施例中，对于每个厚度可以使用单独的模型或方程，并且待处理的工件的厚度可以被四舍五入到具有参照透射光谱的最接近的厚度。在一些实施例中，该模型或方程可以不依赖于厚度。

作为另一示例，所测量的透射率可用于填充使透射率与工件的温度相关的查找表。例如，可以至少部分地基于从中获得测量的工件的各种特性来填充各种查找表。在一些实施例中，查找表数据可以在基于各种特性被检索之后被操纵。例如，如果在热处理期间(例如通过传感器210和/或附加辐射源220)测量的工件110的透射率落在查找表中的两个值之间，则这两个值可以通过加权和来平均。作为另一个示例，可以使用至少部分地表示工件的一些特性(例如厚度)的乘数来稍微调整查找表，例如不需要基于该特性来填充完全不同的查找表。

在一些实施例中，参照透射光谱可以至少部分地基于近似或模拟数据，或者不是从工件直接测量的其他数据。例如，可以为工件生成基于工件的物理和/或化学性质的方程或模型。例如，该模型可以基于计算机模拟，或基于构成工件的一种或多种材料的透射率，或其他类似模型。

在一些实施例中，可校准参照透射光谱以提供给定工件110的透射率与温度之间的准确相关性。例如，可以基于工件110调整模型或方程的一个或多个参数、变量等。作为另一示例，可以从工件110的多个候选参照透射光谱中选择参照透射光谱。

在一些实施例中，可以通过将从工件110测量的参照透射率与参照透射光谱匹配来校准参照透射光谱。例如，可以在已知的初始温度下从工件测量参照透射率。在一个实施例中，可将参照透射率与已知与工件110的透射率紧密对应的候选参照透射光谱进行比较，以调整候选参照透射光谱以更准确地对应于工件。作为另一示例，可以将参照透射率与多个候选参照透射光谱上的点进行比较，以选择多个候选参照透射光谱中的哪个最准确地表示工件110，诸如与测量参照透射率的温度相关联的点。根据本公开可以使用校准参照透射光谱的任何其他合适的方法。

通过将所测量的透射率与参照透射光谱相关联，可以由此确定工件110的温度。例如，所测量的透射率可以是将透射率与温度相关联的模型或方程的输入。作为另一个示例，所测量的透射率可以被映射到X-Y绘图上的点，其中透射率在一个轴上(例如，垂直轴)并且温度在另一个轴上(例如，水平轴)，如曲线402-414中的一个或多个。作为另一个示例，所测量的透射率可以是到温度查找表中的输入。因此，所测量的透射率可用于准确且间接地确定工件的温度。

作为另一示例，作为工件110的透射率变化的结果而发生的一个或多个传感器210处的信号变化可用于确定工件110的温度。例如，在工件的第一温度下，一个或多个传感器可以测量第二波长范围225中的电磁辐射的第一强度。在工件110的第二温度下，一个或多个传感器可以测量第二波长范围225中的电磁辐射的第二强度。

例如，可以至少部分地基于第一强度和第二强度之间的差来确定工件110的温度。例如，该第一温度可以是已知的并且该第二温度可以是未知的，并且该第一温度和该第一强度可以用于在模型上建立参照点，所述模型例如为方程、曲线、数据集，或使强度和温度(例如，对于给定工件)相关的其他合适的模型。该模型可以基于模拟的或估计的数据(例如基于该工件的一个或多个性质)和/或测量的数据(例如从该工件110和/或具有与该工件类似的特性的一个或多个其他工件测量的)来确定。例如，可以以与上述参照透射光谱类似的方式确定模型。然后可以使用该第二强度在该模型上建立第二点，并且因此可以基于该第二点来确定该第二温度。可使用此项技术中已知的任何其它合适方法基于由一个或多个传感器210获得的测量来确定工件110的温度。

现在参照图5，根据本公开讨论示例热处理设备500。为了这里讨论的目的，关于图5的热处理设备500省略了关于图1的热处理设备100和/或图2的热处理设备200所讨论的一些部件。然而，热处理设备500的一些实施例可以包括关于图1和/或图2所讨论的部件中的一些或全部。

图5示出了具有与图1的热处理设备100和/或图2的热处理设备200基本类似的部件的热处理设备500。例如，热处理设备500可以包括工件110、工件支撑件120，各自具有一个或多个热源130的一个或多个热源阵列170A、170B、一个或多个传感器210、一个或多个窗口215和/或一个或多个传感器窗口230。

在一些实施例中，一个或多个传感器210的视场可以由一个或多个冷却的观察管和/或冷却的孔口310限制。例如，该一个或多个冷却的观察管和/或冷却的孔口可以被配置为用于减少除了该一个或多个传感器210被配置为用于测量的电磁辐射之外的电磁辐射的干扰，或用于防止例如该处理腔室中的碎屑或热条件对该一个或多个传感器210的损坏。例如，一个或多个冷却的观察管和/或冷却的孔口310可以基本上朝向工件110引导一个或多个传感器210的视场，以防止来自不期望的电磁辐射的干扰。例如，一个或多个被冷却的管和/或被冷却的孔口310可以被配置为至少部分地阻挡来自处理腔室105中除工件110之外的部件的热辐射。作为另一个示例，一个或多个冷却的观察管和/或冷却的孔口310可以防止对一个或多个传感器210的损坏。

在一些实施例中，一个或多个传感器窗口230可以被定位在一个或多个冷却的观察管和/或冷却的孔口310附近和/或之内。该一个或多个传感器窗口230可以对该第二波长范围是透明的。在一些实施例中，一个或多个传感器窗口230可以被配置为限制除第二波长范围之外的波长。例如，该一个或多个传感器窗口230可位于该工件与该一个或多个传感器210之间，以限制除了该一个或多个传感器210被配置为测量的电磁辐射的干扰之外的电磁辐射的干扰，或防止该一个或多个传感器210受到例如处理腔室105中的碎屑或热条件的损害。例如，一个或多个传感器窗口230可以被配置为至少部分地阻挡来自处理腔室105中除工件110和/或一个或多个附加热源220之外的部件的热辐射。例如，一个或多个传感器窗口230可以被配置为对于由一个或多个热源130发射的电磁辐射是至少部分不透明的。在具有多于一个传感器210的实施例中，每个传感器210可以包括单独的传感器窗口230，或者可以定位多于一个传感器210以通过同一窗口230观察工件110。

在一些实施例中，该一个或多个传感器210可以被配置为获得对该第二波长范围内的电磁辐射的测量，并且该第二波长范围可以包括由该工件110发射的热辐射的范围的至少一部分。由工件110发射的热辐射可以随着工件110的温度而变化。因此，可以获得该工件110在该第二波长范围内发射的热辐射的测量并且将其与该工件110在该第二波长范围内在多个温度上发射的热辐射的发射率和/或预期量进行比较以确定该工件110的温度。

例如，工件的热辐射可以是在工件110的温度下由理想黑体发射的黑体辐射和工件110的发射率两者的函数。工件110的发射率可以表示为在特定波长和温度下由工件110发射的热辐射的量与在特定波长和温度下由理想黑体发射的热辐射的量之间的比。在一些情况下，工件(例如工件110)的黑体曲线和发射率曲线的至少一部分可以相反地相关，导致在选择发射适当高的热辐射量的第二波长范围方面的挑战。

在一些实施例中，为了测量由工件110在特定温度下发射的热辐射，可以选择用于测量的波长带，该波长带在黑体曲线图上在该温度下具有相对高的量级，同时对于工件110也具有相对高的发射率常数。

在一些实施例中，可以至少部分地基于与工件110的发射率相关联的一个或多个局部特征来选择第二波长范围。例如，工件110的发射率曲线可以具有一个或多个局部最大值，其在特定波长处提供比在周围波长处相对更高的发射率。特别是在黑体曲线和发射率曲线相反地相关的情况下，局部特征可对应于热辐射测量的相对期望的波长，条件是局部特征对应于考虑到本文讨论的其它考虑因素而期望的波长。举例来说，工件110可以在所述一个或多个局部特征处的波长中比在直接围绕所述一个或多个局部特征的波长上发射更大量的热辐射。

图6示出了可以至少部分地构成工件(例如工件110)的示例工件材料的示例发射率光谱600。曲线602-608示出了不同温度下的发射率。例如，曲线602可以表示在相对低的温度(例如小于300℃)下的发射率，并且曲线608可以表示在相对高的温度(例如大于700℃)下的发射率。如在曲线602和604中可以看到的，发射率可以具有对应于发射率曲线中的不均匀性的一个或多个局部特征(例如，局部峰612和614)。例如，局部峰612和614表示在该波长处的发射率相对高于在周围波长处的发射率的波长，导致在该波长处热辐射的相对较高的发射。

图7示出了在例如工件110的温度的示例温度下的示例黑体曲线700。如曲线700所示，温度下的黑体辐射可以具有峰702，峰702对应于在示例温度下由理想黑体发射最多热辐射的波长。此外，如通过将曲线700与图6中所示的曲线602-608中的任何一个进行比较可以看出的，在一个温度下物体的发射率和黑体系数可以具有在一些情况下可以相反地相关的部分，或者在其他情况下完全不相关的部分。

在一些实施例中，工件(例如，工件110)的发射率特性(例如，曲线602-608中的至少一个的至少一部分)可以在原位获得，即，不从处理腔室移除工件110。

在一些实施例中，可以通过使来自一个或多个测量辐射源(未示出)的电磁辐射以已知强度与工件110相互作用并且测量由一个或多个测量辐射源发射的电磁辐射在与工件110相互作用之后的强度来测量工件110的发射率。例如，一个或多个测量辐射源可以是任何合适的辐射源，例如用于加热工件110的一个或多个热源130、一个或多个附加辐射源220，或任何其它合适的辐射源。在一些实施例中，工件110对于由一个或多个测量辐射源发射的电磁辐射可以是至少部分透明的。以此方式，由一个或多个测量辐射源发射的电磁辐射的第一部分可以穿过工件110到达与一个或多个测量辐射源相对的处理腔室105的一侧，并且电磁辐射的第二部分可以从工件110的表面反射。

例如，在工件110包括100℃的轻掺杂硅晶片的示例性实施例中，工件110对于大约25μm以下的波长可以不是完全不透明的。这样，为了测量工件110的发射率，可以测量工件110的透射率和工件110的反射率。例如，透射率可以被确定为已经穿过工件110的电磁辐射的第一部分的强度与由一个或多个测量辐射源发射的电磁辐射的强度的比。该反射率可以被确定为该工件110反射的电磁辐射的第二部分的强度与该一个或多个测量辐射源发射的电磁辐射的强度的比。因此，不被透射率和反射率的总和所考虑的任何电磁辐射对应于由工件所吸收的电磁辐射。在热平衡中，由工件110发射的能量的量可以与由工件110吸收的能量的量相同。这样，可以测量工件110的发射率。

基于所测量的工件110的温度，可以(例如通过控制器175、处理器176和/或存储装置177)控制热处理系统100、200、500的一个或多个工艺参数。例如，可以在反馈回路中使用所测量的温度，并且可以控制一个或多个热源130的强度以调节和/或保持工件110的温度。例如，可以调节一个或多个热源130的强度以将工件110加热至期望的处理温度。

图8描绘了根据本公开的示例实施例的用于测量热处理腔室中的工件的温度的处理(800)的流程图。处理(800)可以使用图1的热处理系统100、图2的热处理系统200和/或图5的热处理系统500来实现。然而，如将在下面详细讨论的，根据本公开的示例方面的处理(800)可以使用其他热处理系统实施而不偏离本公开的范围。图8描绘了为了说明和讨论的目的以特定顺序执行的步骤。使用本文所提供的揭示内容的所属领域的技术人员将了解，可在不脱离本公开的范围的情况下以各种方式省略、扩展、同时执行、重新布置和/或修改本文所描述的方法中的任一者的各种步骤。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以执行各种附加步骤(未示出)。

在(802)，处理可以包括将工件放置在处理腔室中的工件支撑件上。例如，工件可以是根据本公开描述的工件，例如工件110。该工件支撑件可以是例如工件支撑件120。该热处理腔室可以是例如处理腔室105。该工件可以具有任何合适的形状、组成、和/或其他特征。该工件支撑件可以具有任何合适的形状、配置，和/或其他特征。该处理腔室可以具有任何合适的形状、配置和/或其他特征。

在(804)，该处理可以包括使用一个或多个热源将工件加热到处理温度，该一个或多个热源被配置为发射第一波长范围内的电磁辐射。例如，一个或多个热源可以是热源130。该一个或多个热源可以是例如光源或其他辐射热源。该一个或多个热源可以是可操作的以在该热源与该工件之间没有物理接触的情况下加热该工件。例如，一个或多个热源可以包括红外光源、发光二极管(LED)、脉冲热源、相干光源、窄带热源，或其他合适的热源，或其组合。例如，一个或多个热源可以是诸如LED的窄带热源，以减少或限制第一波长范围之外的电磁辐射的污染。

该一个或多个热源可以被配置为发射在该第一波长范围内的电磁辐射以加热该工件。该第一波长范围可以被选择成使得该工件具有该第一波长范围内的电磁辐射的适当吸收率，例如适当高的吸收率。例如，第一波长范围可以具有适当高的吸收率，使得工件能够吸收第一波长范围内的辐射，例如适于以有效方式加热工件的辐射量。例如，第一波长范围可以包括工件具有约0.5或更高，例如约0.7或更高的吸收率时的波长。通过吸收电磁辐射所携带的能量的适当部分，可以加热工件。然而，任何合适的波长范围都可以用于第一波长范围。在一些实施例中，可将工件加热至约50℃至150℃，例如加热至约100℃。

附加地和/或可选地，可以至少部分地基于工件的温度来选择第一波长范围以提供合适的吸收率。例如，工件的吸收率可以随温度而变化，并且可以期望选择第一波长以在期望的温度下提供足够的吸收率。例如，第一波长范围可被选择为在工件的初始温度下(即，在工件被一个或多个热源加热之前)、在处理温度下(即，在热处理期间工件被加热到和/或保持在的温度)、在温度范围内(例如，在从初始温度到处理温度的范围内)，或在任何合适的温度或多个温度或其组合下提供合适的吸收率。在一些实施例中，温度可为约50℃至约150℃。在一些实施例中，温度可为约100℃。

在将包括轻掺杂硅晶片加热到约100℃的处理温度的一个示例应用中，一个或多个热源可以包括配置为提供约900nm的电磁辐射的高功率单色LED。在100℃下，轻掺杂硅晶片对于具有约900nm波长的电磁辐射可具有约0.7的吸收率。这些LED可以是窄带热源，并且因此在除约900nm之外的波长中发射可忽略的辐射。这样，900nm LED可以提供足够的能力来加热工件，在其他波长中提供有限的干扰，并且避免可能与具有较短波长的电磁辐射(例如UV光)相关联的复杂化。然而，根据本公开的方面，可以使用具有任何合适的波长范围的任何合适的热源。

在(806)，该处理可以包括当该工件处于该处理温度时在一个或多个传感器处测量第二波长范围内的电磁辐射，该第二波长范围不同于该第一波长范围和/或不与该第一波长范围重叠。例如，一个或多个传感器可以是一个或多个传感器210。在一些实施例中，工件可对第二波长范围至少部分透明。在一些实施例中，第二波长范围可对应于工件发射大量热辐射的波长范围。基于来自一个或多个传感器的测量，可以确定工件的温度。该一个或多个传感器可以包括例如光电二极管、高温计或任何其他合适的传感器。

该第二波长范围可以不同于该第一波长范围和/或可以不与该第一波长范围重叠。例如，可以选择第一波长范围和第二波长范围以减少或限制第一波长范围和第二波长范围之间的污染。例如，第二波长范围可以选择为在由一个或多个热源发射的辐射带之外的波长范围。例如，第一波长范围可以包括大约900nm的波长，第二波长范围可以包括大约1100nm的波长。在一些实施例中，与第二波长范围内的来自热源的辐射相关联的光谱功率密度可以小于与第二波长范围相关联的峰值光谱功率密度的约5％，例如小于与第二波长范围相关联的峰值光谱功率密度的约1％。

作为另一示例，第二波长范围可以是具有与第一波长不同的数量级的波长范围。例如，第一波长范围可以包括具有大约1000nm(例如900nm)的数量级的波长，并且第二波长范围可以包括具有大约10μm(例如在大约13μm到大约17μm的范围内，例如大约16μm)的数量级的波长。在一些实施例中，第二波长范围可以在约8μm至约12μm的范围内，例如约9μm，这可以对应于Si-O键提供吸收/发射峰的位置。

在一些实施例中，该一个或多个传感器可以在该一个或多个热源不发射辐射的时间期间获得对第二波长范围内的电磁辐射的测量。例如，该一个或多个热源可以是脉冲打开和关闭的(例如，以高频率)，并且该一个或多个传感器可以在该一个或多个热源关闭的时间期间获得测量。除了和/或可选地获得与第一波长范围不同的第二波长范围内的测量之外，通过脉冲一个或多个热源，可以减少从一个或多个热源对由一个或多个传感器进行的测量的污染，允许由一个或多个传感器进行精确测量，同时仍然提供对工件的有效加热。

在一些实施例中，尽管在与由一个或多个热源发射的第一波长范围不同的第二波长范围内获得测量，但是一个或多个传感器可以对不期望的辐射敏感。例如，来自工件之外的部件的热辐射，例如来自处理腔室内的其它部件的热辐射，可能干扰由一个或多个传感器获得的测量。例如，来自部件，特别是与工件大约相同温度的部件的热辐射可以至少部分落在第二波长范围内，或者用于污染由一个或多个传感器获得的测量。

在一些实施例中，该一个或多个传感器可以包括穿过一个或多个窗口的工件的至少一部分的视场。该一个或多个窗口可以对该第二波长范围是透明的。在一些实施例中，该一个或多个窗口可以被配置为限制除第二波长范围之外的波长。例如，该一个或多个窗口可以定位在该工件与该一个或多个传感器之间以限制除了该一个或多个传感器被配置为用于测量的电磁辐射之外的电磁辐射的干扰，或防止例如该处理腔室中的碎屑或热条件对该一个或多个传感器的损坏。例如，该一个或多个窗口可以被配置为至少部分地阻挡来自该处理腔室中除工件之外的部件的热辐射。在具有多于一个传感器的实施例中，每个传感器可以包括单独的窗口，或者可以定位多于一个传感器以通过同一窗口观察工件。在一些实施例中，该一个或多个窗口可以在该处理腔室的壁中的孔中实现。

在一些实施例中，该一个或多个传感器的视场可以由一个或多个冷却的观察管和/或冷却的孔口限制。例如，该一个或多个冷却的观察管和/或冷却的孔口可以被配置为用于减少除了该一个或多个传感器被配置为用于测量的电磁辐射之外的电磁辐射的干扰，或用于防止例如该处理腔室中的碎屑或热条件对该一个或多个传感器的损坏。例如，一个或多个冷却的观察管和/或冷却的孔口可以基本上朝向工件引导一个或多个传感器的视场，以防止来自不期望的电磁辐射的干扰。例如，被冷却的管和/或被冷却的孔口可以被配置为至少部分地阻挡来自处理腔室中除工件之外的部件的热辐射。作为另一个示例，冷却的观察管和/或冷却的孔口可以防止对一个或多个传感器的损坏。

在(808)，该处理可以包括至少部分地基于该一个或多个传感器所测量的该第二波长范围内的电磁辐射来确定该工件的温度。例如，第二波长范围内的电磁辐射可以指示工件的透射率，并且可以至少部分地基于工件的透射率来确定工件的温度。作为另一个示例，第二波长范围内的电磁辐射可以指示由工件发射的热辐射，并且可以至少部分地基于由工件发射的热辐射来确定工件的温度。

图9描绘了根据本公开的示例实施例的用于至少部分地基于电磁辐射的测量来确定热处理腔室中的工件的温度的处理(900)的流程图。处理(900)可以使用图1的热处理系统100、图2的热处理系统200和/或图5的热处理系统500来实现。然而，如将在下面详细讨论的，根据本公开的示例方面的处理(900)可以使用其他热处理系统实施而不偏离本公开的范围。图9描绘了为了说明和讨论的目的以特定顺序执行的步骤。使用本文所提供的揭示内容的所属领域的技术人员将了解，可在不脱离本公开的范围的情况下以各种方式省略、扩展、同时执行、重新布置和/或修改本文所描述的方法中的任一者的各种步骤。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以执行各种附加步骤(未示出)。

在(902)，该处理可以包括由一个或多个附加辐射源发射第二波长范围内的电磁辐射。例如，一个或多个附加辐射源可以是一个或多个附加辐射源220。例如，一个或多个附加辐射源可以被配置为发射第二波长范围内的电磁辐射。该一个或多个附加辐射源可以被定位成使得所发射的辐射总体上垂直于(例如在垂直方向的大约10°以内)工件的表面或相对于该工件的表面具有任何其他合适的角度。在一些实施例中，该一个或多个附加辐射源可以被定位成与一个或多个传感器基本上相对。例如，所述一个或多个附加辐射源中的每一个可以定位在所述处理腔室的与所述一个或多个传感器中的每一个相对的一侧上，并且与所述一个或多个传感器中的每一个成线性定向。根据本公开可以使用用于一个或多个传感器和/或一个或多个附加辐射源的任何其他合适的定向。该一个或多个附加辐射源可以包括例如激光器(例如激光二极管)、红外光源、紫外(UV)光源、发光二极管(LED)、脉冲辐射源、相干光源、窄带辐射源，或其他合适的辐射源，或其组合。在一些实施例中，一个或多个附加辐射源可以位于一个或多个窗口之后。

在(904)，由一个或多个附加辐射源发射的第二波长范围内的电磁辐射可以穿过工件。例如，工件可以是工件110。例如，在一些实施例中，工件可对第二波长范围内的电磁辐射至少部分透明。例如，工件在第二波长范围可具有大于约0的透射率。这样，第二波长范围内的电磁辐射可以至少部分地穿过工件到达与一个或多个附加辐射源相对的处理腔室的一侧。

在(906)，该处理可以包括在一个或多个传感器处测量第二波长范围内的电磁辐射。例如，一个或多个传感器可以是一个或多个传感器210。例如，在一些实施例中，该一个或多个传感器可以被配置为用于在该电磁辐射已经穿过该工件之后获得对该第二波长范围的电磁辐射的测量。以这种方式，可以通过将由一个或多个附加辐射源发射的电磁辐射的强度与由一个或多个传感器测量的电磁辐射的强度进行比较来确定工件的透射率。

在(908)，该处理可以包括确定与该工件相关联的参照透射光谱。例如，在一些实施例中，参照透射光谱可以至少部分地基于工件的透射率来指示工件的温度。在一些实施例中，可校准参照透射光谱以提供给定工件的透射率与温度之间的准确相关性。例如，可以基于工件来调整模型或方程的一个或多个参数、变量等。作为另一示例，可以从用于工件的多个候选参照透射光谱中选择参照透射光谱。

在(910)，该处理可以包括至少部分地基于该一个或多个传感器所测量的该第二波长范围内的电磁辐射来确定该工件的透射率。例如，工件的透射率可以随工件的温度而变化。例如，工件的透射率可以至少作为工件的温度的函数而变化。可以测量或以其它方式已知或确定与工件的透射率相关的其它因素，例如但不限于工件的形状、工件的厚度、工件的组成等。在一些实施例中，可以确定参照透射光谱，并且可以测量工件在热处理期间的透射率。

在(912)，该处理可以包括至少部分地基于该参照透射光谱和该工件的透射率来确定该工件的温度。例如，由一个或多个传感器获得的第二波长范围的电磁辐射的测量可以随工件的温度而变化，即使来自一个或多个附加辐射源的输出是恒定的。工件和/或热处理系统的其它性质(例如工件厚度、组成等)可确定为在整个温度变化中是恒定的。以这种方式，来自一个或多个传感器的测量可以作为工件的透射率的函数直接与工件的温度相关联(例如，作为初始温度与当前温度之间的温度变化)。

图10描绘了根据本公开的示例实施例的用于至少部分地基于电磁辐射的测量来确定热处理腔室中的工件的温度的处理(1000)的流程图。处理(1000)可以使用图1的热处理系统100、图2的热处理系统200和/或图5的热处理系统500来实现。然而，如将在下面详细讨论的，根据本公开的示例方面的处理(1000)可以使用其他热处理系统实施而不偏离本公开的范围。图10描绘了为了说明和讨论的目的以特定顺序执行的步骤。使用本文所提供的揭示内容的所属领域的技术人员将了解，可在不脱离本公开的范围的情况下以各种方式省略、扩展、同时执行、重新布置和/或修改本文所描述的方法中的任一者的各种步骤。此外，在不脱离本公开的范围的情况下，可以执行各种附加步骤(未示出)。

在(1002)，该处理可以包括确定工件在一个或多个参照温度下在第二波长范围处的发射率。例如，工件可以是工件110。例如，在一些实施例中，可以通过使来自一个或多个测量辐射源的电磁辐射以已知强度与工件相互作用并且测量由一个或多个测量辐射源发射的电磁辐射在与工件相互作用之后的强度来测量工件的发射率。例如，一个或多个测量辐射源可以是任何合适的辐射源，例如用于加热工件的一个或多个热源、一个或多个附加辐射源，或任何其它合适的辐射源。在一些实施例中，工件对于由一个或多个测量辐射源发射的电磁辐射可以是至少部分透明的。以此方式，由一个或多个测量辐射源发射的电磁辐射的第一部分可以穿过工件到达与一个或多个测量辐射源相对的处理腔室的一侧，并且电磁辐射的第二部分可以从工件的表面反射。该第一部分和第二部分可以被测量并且用于确定该工件的发射率。这可以在一个或多个参照温度上重复，以确定工件在一个或多个参照温度下的发射率。

在(1004)，该处理可以包括将由工件发射的第二波长范围内的电磁辐射与该一个或多个参照温度下的发射率进行比较以确定该工件的温度。例如，在一些实施例中，第二波长范围可以对应于工件发射大量热辐射的波长范围。基于来自一个或多个传感器的测量，可以确定工件的温度。例如，可以将由一个或多个传感器测量的热辐射的强度与温度相对于波长处的热辐射强度的绘图、曲线图、查找表等进行比较，以确定工件的温度。

基于所测量的工件温度，可以控制热处理系统的一个或多个工艺参数。例如，可以在反馈回路中使用测量的温度，并且可以控制一个或多个热源的强度以调节和/或保持工件的温度。例如，可以调节一个或多个热源的强度以将工件加热至期望的处理温度。

虽然已经关于其具体示例实施例详细地描述了本主题，但是应当理解，本领域的技术人员在获得对前述内容的理解后，可以容易地产生对这些实施例的改变、变型和等同物。因此，本公开的范围是作为示例而不是作为限制，并且本公开不排除包括对本主题的这样的修改、变化和/或添加，这对于本领域的普通技术人员是显而易见的。