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CN101288035B - 可重复热处理的方法和设备 - Google Patents

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CN101288035B
CN101288035B CN2006800381952A CN200680038195A CN101288035B CN 101288035 B CN101288035 B CN 101288035B CN 2006800381952 A CN2006800381952 A CN 2006800381952A CN 200680038195 A CN200680038195 A CN 200680038195A CN 101288035 B CN101288035 B CN 101288035B
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flash
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谢尔吉·德茨
凯文·麦克唐奈
格雷戈·斯图尔特
蒂尔曼·斯鲁姆
伊戈·鲁迪克
柳博米尔·卡卢杰尔西克
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Mattson Technology Inc
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Mattson Technology Inc
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Abstract

第一种热处理方法包括：监测与配置成产生入射到工件表面上的照射闪光的照射系统关联的至少一个热效率参数，以及根据对热效率参数的监测来自动更新照射系统用来产生照射闪光的控制信息。第二种方法包括：根据表面的加热参数的测量值，预计待照射到工件表面上的照射闪光的加热效果，以及根据所预计的加热效果对照射闪光进行预调节。第三种方法包括：在入射到表面上的照射闪光的初始部分期间测量工件表面的温度，以及根据该温度来控制照射闪光的其余部分的功率。

Description

可重复热处理的方法和设备
相关申请的交叉参考
本申请要求2005年9月14日提交的美国专利申请第60/716,488号的优先权。
技术领域
本发明涉及热处理，更具体地，涉及用于对工件进行热处理的方法和系统。
背景技术
许多申请涉及对工件进行热处理。例如，共同拥有的美国专利第6,594,446号公开了各种对半导体晶片进行退火的方法，例如其可以包括：以比通过晶片的热传导速率慢的缓变速率将整个晶片预加热到中温，然后以比所述热传导速率快的速率对晶片的器件侧加热，这可以通过将器件侧暴露于照射闪光来实现。任意举一个例子，通过以弧光灯照射基板侧以便以如例如400℃/秒的速率加热整个晶片，可以将晶片预加热到例如700℃的中温。然后可以将器件侧暴露于来自闪光灯的高强度闪光，如一毫秒的闪光，以便仅器件侧被加热到例如1300℃的退火温度。由于器件侧在闪光过程中的高加热速率(大约105℃/秒)，晶片体保持在中温，因而在闪光之后作为热沉冷却器件侧。
发明内容
为了使晶片与晶片之间的性能变化最小，理想的是保证每一个晶片都经过能够一致地再现或重复的热处理，而且在晶片与晶片之间，热处理尽可能地接近于相同的热循环。
热处理系统的效率会随时间而发生变化。例如，由于部件的退化、污染或老化，系统的效率会降低，或者，如果这样的部件被更换，系统的效率会提高。本发明的第一方面或实施例涉及解决这个问题。
另外，工件自身的加热参数，如待照射表面的发射率，会显著地影响可重复性。例如，在工件是半导体晶片并且待照射表面是晶片的器件侧的实施例中，不同晶片的器件侧往往具有不同的发射率。已经发现，即使在一批看起来相同的晶片中也存在这样的发射率的差异。依赖于具体系统中所使用的设备的精确性质，晶片与晶片之间的发射率的这些变化可能是在晶片所经历的热循环中、晶片与晶片之间的不想要的变化的主要来源。本发明的第二方面或示例性实施例涉及这个问题。
本发明的第三方面或实施例涉及在闪光正在进行时对照射闪光的实时反馈控制。有利的是，相继的闪光对相应工件的加热效果之间的差异可以通过执行这样的控制来加以补偿。
本发明的第四方面或实施例涉及向用于产生待入射到工件表面上的照射闪光的照射装置供给形状有利的电脉冲。
根据本发明的一个方面或实施例，提供了一种方法，包括监测与配置成产生入射到工件表面上的照射闪光的照射系统关联的至少一个热效率参数。该方法进一步包括：根据对热效率参数的监测，自动更新照射系统用来产生照射闪光的控制信息。
有利地，通过根据对系统的热效率参数的自动监测来自动更新用来产生照射闪光的控制信息，系统可以自动地补偿系统效率随时间的变化，例如系统部件的退化、污染、老化或更换。这样可以提供一种自调节系统，有利地避免了对频繁的手动重新校准的需要。
根据本发明的另一个方面或实施例，提供了一种方法，包括：根据表面的加热参数的测量值，预计待入射到工件表面上的照射闪光的加热效果。该方法可以进一步包括，根据预计的加热效果对照射闪光进行预调节。
有利地，通过以这种方式对照射闪光进行预调节，闪光可以被预调节成补偿工件与工件之间的所测量的热参数(其可以包括待加热表面的反射率)的变化。这样就改善了工件与工件之间的热循环的可重复性。另外，这样一种方法可以便于对热性质先前未曾确定的工件进行热处理。
根据本发明的另一个方面或实施例，提供了一种方法，包括：在入射到表面上的照射闪光的初始部分期间测量工件表面的温度，以及根据该温度控制照射闪光的其余部分的功率。
如果需要，上述的功率控制方面可以与涉及对照射闪光的预调节的方面组合。有利地，在这样一个实施例中，对照射闪光的预调节可被用来有效地减小在控制闪光的其余部分的功率的过程中所进行的闪光功率调节的幅度。这两个方面的这样一种组合可以实现对误差进行校正，否则，该误差对于上述的功率控制方面来说可能太大以至于不能单独进行校正。另外，这两个方面的这样一种组合还可以允许在闪光自身的其余部分期间以较小程度的功率控制干预来实现一致的热循环，从而产生在循环与循环之间更加一致的脉冲形状和温度-时间曲线。作为替换，如果需要，这个功率控制方面可以在没有这样的预调节的情况下实施。
根据本发明的另一个方面或实施例，提供了一种对工件进行热处理的方法。该方法包括向配置成产生入射到工件上的照射闪光的照射装置供给电脉冲，其中，脉冲的下降时间小于脉冲的上升时间。
根据本发明的另一个方面或实施例，提供了一种设备，包括配置成控制热处理系统以便能够实现这里所描述的方法中的任何一种或多种方法的处理器电路。
根据本发明的另一个方面或实施例，提供了一种设备，包括用于实现这里所描述的各种功能中的任何一种或全部功能的装置。
根据本发明的另一个方面或实施例，提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质存储用于控制处理器电路以便能够实现这里所描述的方法中的任何一种或多种方法的指令代码。
根据本发明的另一个方面或实施例，提供了一种计算机程序，包括当被处理器电路执行时使得能够实现这里所描述的方法中的任何一种或多种方法的代码装置。
根据本发明的另一个方面或实施例，提供了一种在介质中实施的信号，该信号包括用于控制处理器电路以便能够实现这里所描述的方法中的任何一种或多种方法的代码段。
可以提供任何数目的这样的包括所述设备、介质或信号的实施例，以便能够实现这里所描述的功能的任何组合。
根据本发明的其它方面或实施例，如果需要，对这里所描述的其它方面的任何组合或子组合可以组合在单个实施例中。例如，涉及根据所监测的热效率参数自动更新控制信息的方面可以与以下方面中的任何一个或多个组合：涉及根据所预计的加热效果来预调节照射闪光的方面、涉及根据在闪光的初始部分期间所测得的表面温度来控制闪光的其余部分的功率的方面以及涉及向照射装置供给下降时间小于上升时间的电脉冲的方面。在一个示例性实施例中，可以实施这里所描述的所有方面。更一般地，这里所描述的每一个方面可以与这里所描述的其它方面中的任何一个或多个方面组合。作为替换，如果需要，本发明的这些方面中的任何一个方面可以在一个具体实施例中单独实施，而不需要其余的方面。
通过结合附图阅读以下对本发明特定实施例的描述，本发明的其它方面和特征对于本领域的一般技术人员来说将是明显的。
附图说明
在说明本发明的实施例的附图中，
图1是根据本发明的第一实施例的快速热处理(RTP)系统的透视图，显示的是去掉两个竖直前侧壁的情形；
图2是图1所示系统的快速热处理系统计算机(RSC)的框图；
图3是图1所示的系统的功率控制电路的电路图；
图4是图1所示系统的超快辐射计的框图；
图5是图1所示系统的第二测量系统的表示图；
图6是一个曲线图，说明工件反射率的10％的变化对工件表面温度的影响；
图7是一个曲线图，说明当功率减小电路在闪光期间的不同时间被激励时，用来产生照射闪光的图1所示照射系统的电弧电流；
图8是一个曲线图，说明当功率增大电路在闪光期间的不同时间被激励时，用来产生照射闪光的图1所示照射系统的电弧电流；
图9是一个曲线图，说明第一电弧电流和对应的工件表面温度轨迹；
图10是一个曲线图，说明第二电弧电流和对应的工件表面温度轨迹；
图11是根据本发明的一个可替换实施例的功率控制电路的电路图；
图12是根据本发明的另一个可替换实施例的功率控制电路的电路图；以及
图13是根据本发明的另一个可替换实施例的功率控制电路的电路图。
具体实施方式
参考图1，根据本发明第一实施例的快速热处理(RTP)系统总体上以100示出。在这个实施例中，系统100包括：配置成产生入射到工件106表面104上的照射闪光的照射系统180、测量系统102以及与测量系统102且与照射系统180通信的处理器电路110。在本实施例中，测量系统102配置成监测与照射系统180关联的至少一个热效率参数，处理器电路110配置成根据对热效率参数的监测，自动更新由照射系统180用来产生闪光的控制信息。
在这个实施例中，测量系统102还配置成在入射到表面104上的照射闪光的初始部分期间测量工件106表面104的温度。在这个实施例中，处理器电路110配置成根据所测得的温度控制照射闪光其余部分的功率。
在本实施例中，处理器电路110配置成根据表面104的热参数的测量值来预计照射闪光的加热效果。在这个实施例中，处理器电路110还配置成根据所预计的加热效果对照射闪光进行预调节。
快速热处理室
在本实施例中，系统100用于对工件106进行热处理。在这个实施例中，工件106包括半导体晶片120。更具体地，在这个实施例中，晶片120是直径300mm的硅半导体晶片，例如供制造诸如微处理器的半导体芯片之用。在本实施例中，工件106的第一表面104包括晶片120的顶侧或器件侧122。类似地，在这个实施例中，工件的第二表面118包括晶片120的背侧或基板侧124。
在这个实施例中，为了实现对晶片120的这种热处理，晶片被支撑在快速热处理室130内。在这个实施例中，室130有些类似于共同拥有的专利合作条约(PCT)出版物No.WO 03/060447(其通过引用结合在本申请中)中所公开的室，包括工件上方和下方的辐射吸收区。室130包括顶部和底部选择性辐射吸收壁132和134，以及侧壁，其中的两个侧壁以136和138示出，另外两个因为图示说明的目的被去掉。在这个实施例中，侧壁136和138(以及未示出的其它侧壁)包括镜面反射式金刚石车削铝表面，然而，它们是与包括选择性吸收的水冷窗的顶壁和底壁132和134配合的。
在这个实施例中，室130进一步包括具有凹陷的内部壁140，工件106支撑在该凹陷内。在这个实施例中，工件在它的凹陷内被工件支撑系统(未示出)所支撑，该工件支撑系统类似于专利合作条约出版物No.WO2004/057650(其通过引用结合在本申请中)中所公开的工件支撑系统。然而，作为替换，工件可以以更常规的方式支撑，例如由多个石英针(未示出)支撑。更一般地，可以用适合于支撑工件的其它装置来替代。
根据具体应用，内部壁140可以是辐射吸收式或反射式的，反射式表面具有更高的能量效率，而辐射吸收式表面产生更高的加热均匀度。作为替换，可以提供介于这些极端情况之间的折中方案，如部分反射、部分吸收式表面，例如阳极化铝。类似地，如果需要，室130的各个反射式表面可以由完全或部分辐射吸收式表面代替。该室的全部表面优选地通过冷却系统144冷却，在这个实施例中，冷却系统144包括循环水冷却系统。
在这个实施例中，由于工件106表面104的反射性，表面104往往起图案化镜面(patterned mirror)的作用，以便将室130的一部分的图像反射到测量系统102。在本实施例中，室130的这个被成像的部分被做得尽可能地黑，以试图防止测量系统102检测到表面104反射的电磁辐射。
在这个实施例中，系统100进一步包括用于对晶片120进行预加热的预加热装置150。在这个实施例中，预加热装置150包括设置在室130的底壁134下方的高强度弧光灯152和反射系统154。在这个实施例中，底壁134有效地包括一个滤波器，通过该滤波器，预加热装置150的弧光灯152和反射系统154能够投射电磁辐射以便加热晶片120。更具体地，在这个实施例中，底壁134包括水冷窗156。更具体地，在这个实施例中，水冷窗156包括两个间隔开的平行石英板，其间限定了冷却通道，冷却系统144通过该通道泵水。在这个实施例中，水冷窗将来自弧光灯152的大部分照射透射到工件106，但吸收1450nm的照射。
系统100可以进一步包括多个诸如诊断照射源160的附加测量装置以及例如成像装置162和快速辐射计164的辐射检测器，如果需要，其可以按照上述共同拥有的PCT出版物No.WO 03/060447中描述的那样来使用。在这个实施例中，测量系统102、成像装置162和快速辐射计164工作于1450nm的诊断波长，从而便于对晶片温度和它的光学性质进行测量。
在本实施例中，系统100进一步包括照射系统180，其配置成产生入射到工件106的第一表面104上的照射闪光。更具体地，在这个实施例中，照射系统180包括闪光灯系统。更具体地，在这个实施例中，照射系统180包括紧靠室130的上壁132设置在其上方的第一、第二、第三和第四闪光灯182、183、185和187以及反射系统184。作为替换，可以利用少于四个的闪光灯，例如单个闪光灯。相反地，也可以利用多于四个的闪光灯，例如数量更多的闪光灯的阵列。或作为进一步的替换，其它类型的照射装置，例如微波闪光或脉冲发生器，可以替代闪光灯。在这个实施例中，上壁132包括类似于上述水冷窗156的水冷窗186。
在本实施例中，照射系统180进一步包括电源系统188，用于向闪光灯182、183、185和187供电以产生照射闪光。在这个实施例中，电源系统188包括单独的电源系统189、191、193和195，用于分别向各个闪光灯182、183、185和187供电。然而，作为替换，如果需要，闪光灯182、183、185和187可以由单个共用电源供电。
在这个实施例中，在将晶片120插入室130之前，晶片的器件侧122经过离子注入处理，将杂质原子或掺杂剂引入晶片器件侧的表面区。离子注入处理破坏了晶片表面区的晶格结构，并将所注入的掺杂剂原子留在了间隙位置，在这些位置它们不具有电活性。为了将掺杂剂原子移入晶格中的替代位置以使它们具有电活性，并修复离子注入期间造成的对晶格结构的破坏，通过将晶片器件侧的表面区加热到高温来对晶片器件侧的表面区退火。
在本实施例中，这样的退火是根据类似于在共同拥有的美国专利No.6,594,446和No.6,941,063中(这两个专利通过引用结合在本申请中)以及上述PCT出版物No.WO 03/060447中所公开的方法来实现的。例如，退火方法的第一阶段可以包括以比通过晶片的热传导时间慢的速率将晶片预加热到中温，以便将这个晶片相对均匀地加热到中温。在这个实施例中，这个预加热阶段是通过用弧光灯152照射晶片的背侧或基板侧124以便以例如100℃每秒到400℃每秒的缓变速率将晶片加热到例如700℃的中温来实现的。预加热阶段之后，以比通过晶片的热传导时间快得多的速率将晶片的顶侧或器件侧122快速加热到明显更高的退火温度，使得只有晶片的顶侧表面区被加热到最终的退火温度，而晶片体仍接近于相对较冷的中温。在这个实施例中，第二阶段是通过将顶侧表面在来自照射系统180的高功率闪光暴露例如大约一毫秒的相对短的持续时间来实现的。然后较冷的晶片体就起热沉的作用，以便于对顶侧表面进行快速冷却。
为了保证对这样的晶片进行充分的热处理，并实现对在室130连续处理的相似晶片的一致且可重复的热处理，在这个实施例中，在第二阶段期间，即在快速照射闪光期间，对器件侧的温度进行实时监测，如在本文中更详细地说明的那样。
基板侧预加热装置
在本实施例中，弧光灯152是由加拿大Vancouver的MattsonTechnology Canada，Inc.制造的500kW水壁氩等离子体弧光灯。这样的弧光灯的实例公开于共同拥有的美国专利No.4,700,102、No.4,937,490和No.6,621，199中，这些专利通过引用结合在本申请中。如上述美国专利中所描述的，与钨丝灯光源相比，这样的弧光灯对半导体退火具有诸多好处。为使温增更大，多个弧光灯可以替代单个弧光灯152。然而，作为替换，可以以其它类型的预加热装置来替代，包括例如闪光灯、甚至钨丝灯光源或这样的灯光源的阵列。
RTP系统计算机(RSC)
参考图1和2，在图2中更详细地示出了RTP系统计算机(RSC)112。在这个实施例中，RSC包括处理器电路110，其在本实施例中包括微处理器210。然而，更一般地，本说明书中的术语“处理器电路”应当广泛地囊括能够执行这里所描述的功能的任何类型的装置或装置的组合，包括(但不限于)例如其它类型的微处理器、微控制器、其它集成电路、其它类型的电路或电路组合、逻辑门或门阵列、或者任何类型的可编程器件，这些装置可独立于位于同一位置或相互远离的其它这样的装置或者可与其组合。在阅读本说明书之后，其它类型的处理器电路对于本领域的一般技术人员是明显的，而且，对任何这样的其它类型的处理器电路的替代都没有偏离本发明的范围。
在本实施例中，微处理器210与存储装置220通信，其在这个实施例中包括硬盘驱动器。存储装置220用来存储对微处理器210进行配置和编程以执行这里所描述的各种功能的多个例程，包括：主快速热处理(RTP)例程221、预调节例程222、闪光反馈控制例程224、仿真例程226、热分析例程230以及漂移控制例程236，并且，如果需要，还可以存储附加例程(未示出)。在这个实施例中，存储装置220还可用来存储微处理器210收到或使用的各类数据，如例如充电查询表(charge look-up table)228、电流减小查询表232、电流增大查询表234和工件参数存储单元(workpiece parameters store)240。
在本实施例中，微处理器210还与存储器装置260通信，该存储器装置在这个实施例中包括随机存取存储器(RAM)。在这个实施例中，存储在存储装置220中的各种例程对微处理器210进行配置，将其配置成在RAM中限定各种寄存器或存储单元，用于存储由微处理器210测量、计算或使用的各种性质或参数，包括：基准反射率存储单元261、基准照射强度存储单元262、基准宽带强度寄存器263、工件宽带强度寄存器264、工件照射强度存储单元265、测得反射强度存储单元266、工件反射率存储单元267、工件发射率存储单元268、照射能量存储单元270、吸收能量存储单元272、能量指标寄存器274、基准能量指标寄存器276、充电参数存储单元278、器件侧温度存储单元280、期望温度存储单元282、RTP参数存储单元284、效率参数存储单元286、温度误差寄存器288和闪光干预效果寄存器290，还有其它存储单元和/或寄存器(未示出)。
本实施例的微处理器210进一步与输入/输出(I/O)接口250通信，以便与图1所示的系统100的各种装置通信，这些装置包括测量系统102和照射系统180，以及其它系统部件，如预加热装置150、诊断照射源160、成像装置162、快速辐射计164以及各种用户输入/输出装置(未示出)，例如键盘、鼠标、监视器、诸如CD-RW驱动器和软盘驱动器的一个或多个盘驱动器以及打印机。在这个实施例中，I/O接口250包括光电转换器，用于通过光纤网络(未示出)与这些装置(例如快速辐射计164和测量系统102)中的至少一些装置通信。在这方面，可以理解的是，这样的光通信避免了由电磁干扰和电噪声所造成的困难，电磁干扰和电噪声源于预加热装置150和照射系统180所需要的大电流和突然放电。
装置侧照射系统
返回参考图1，总的来说，照射系统180能够照射工件106的表面104，在这个实施例中为晶片120的器件侧122。在这个实施例中，照射系统180包括图1所示的闪光灯182、183、185和187以及反射系统184。更具体地，在这个实施例中，每一个闪光灯182包括由加拿大Vancouver的Mattson Technology Canada，Inc.制造的液冷闪光灯，类似于共同拥有的美国专利申请出版物No.US 2005/0179354和PCT出版物No.WO2005/078762中所描述的那些，上述两个申请通过引用结合在本申请中。在这方面，已经发现，这种特定类型的闪光灯具有相对于更常规的闪光灯的诸多优点，包括例如改善了热处理的一致性和可重复性。作为替换，可以以其它类型的闪光灯代替。或者作为进一步的替换，可以用例如微波闪光或微波脉冲发生器的其它类型的照射装置代替闪光灯。更一般地，如果需要，可以用其它加热装置代替照射系统180。
在本实施例中，照射系统180能够使器件侧122暴露于持续时间小于晶片120的热传导时间的照射闪光。在本实施例中，晶片的热传导时间大约是10到15ms。因此，在本实施例中，照射系统180能够产生持续时间大约是10毫秒或更小的照射闪光。更具体地，在这个实施例中，照射系统能够产生持续时间大约是1毫秒的照射闪光。
为了实现这一点，在本实施例中，照射系统180进一步包括图1所示的电源系统188。更具体地，在这个实施例中，电源系统188的每一个电源系统189、191、193和195作为一个电源系统向闪光灯182、183、185和187中的相应闪光灯供电，并且包括脉冲放电单元，该脉冲放电单元可以预充电然后突然放电，以便向相应的闪光灯供给输入功率的“尖峰”，以便产生想要的照射闪光。更具体地，在本实施例中，每一个脉冲放电单元包括一对7.9mF的电容器(未示出)(每一个脉冲放电单元15.8mF)，能够以3500V充电而存储高达96.775kJ的电能，并能够在例如0.5到1.5ms的短时间内向其相应的闪光灯释放这样存储的电能。这样，在这个实施例中，照射系统180能够存储高达387.1kJ的电能，并且能够在大约一毫秒的持续时间内通过闪光灯182、183、185和187以闪光的形式释放这些能量。作为替换，可以用较大或较小的电源，或其它类型的电源代替。
在这个实施例中，电源系统189、191、193和195中的每一个电源系统包括与脉冲放电单元和相应的闪光灯通信的功率控制电路，用于如下所述的对产生照射闪光的脉冲放电的反馈控制。作为替换，如果需要，多个闪光灯可以由单个电源系统和/或由单个功率控制电路来供电。或者作为进一步的替换，可以用带有单个电源系统和控制电路的单个闪光灯代替。
功率控制电路
参考图1和3，图3的300总体上示出了一个示例性的功率控制电路。在这个实施例中，电源系统188的每一个单独的电源系统189、191、193和195包括如以300示出的功率控制电路，该功率控制电路与其相应的闪光灯182、183、185或187通信。作为替换，如果需要，可以用单个功率控制电路代替，该单个功率控制电路可以与单个共用电源或多个电源通信，并且同样地与单个闪光灯或多个闪光灯通信。作为进一步的替换，可以用其它类型的功率控制电路代替。
在这个实施例中，功率控制电路300与电源单元302及闪光灯具有电联系，该闪光灯在该实例中是闪光灯182。在这个实施例中，电源单元302与处理器电路110通信，并且能够由处理器电路控制来产生用于为电容器组328充电的高达3500V的可调直流电压。在这个实施例中，电容器组328包括两个并联的7.9mF的电容器，从而提供15.8mF的有效电容。这样，当以3500V充电时，电容器组328存储96.775kJ的电能。
在这个实施例中，功率控制电路300包括第一和第二二极管304和306以及第一和第二电阻器308和310，所述电阻器在这个实施例中是20kΩ的电阻器。在本实施例中，功率控制电路300进一步包括电阻器312、倾卸继电器(dump relay)314以及另一个电阻器316。在这个实施例中，电阻器312包括60Ω的电阻器，而电阻器316包括5Ω的电阻器。在本实施例中，倾卸继电器314用来在为安全需要必须将电容器组放电的情况下通过电阻器312将电容器组安全地放电。
在这个实施例中，功率控制电路300包括总体上以320示出的第一功率减小电路及在总体上以330示出的功率增大电路。总的来说，在这个实施例中，功率减小电路320配置成根据从处理器电路110所收到的控制信号，通过减小提供给闪光灯的电流的量来减小闪光灯182的功率输出。相反地，在这个实施例中，功率增大电路330配置成根据从处理器电路110所收到的控制信号，通过增大提供给闪光灯的电流的量来增大闪光灯182的峰值功率输出。
在这个实施例中，功率减小电路320包括与照射闪光源和该照射闪光源的电源通信的消弧电路(crowbar circuit)。更具体地，在这个实施例中，消弧电路与电容器组328以并联方式连接。更具体地，在这个实施例中，消弧电路(即功率减小电路320)包括开关电路、电感器324和电阻器326。在这个实施例中，开关电路包括单个开关元件，其在这个实施例中是半导体开关。更具体地，在这个实施例中，半导体开关是晶闸管或可控硅整流器322，其栅极与处理器电路110通信。在这个实施例中，电感器324和电阻器326分别具有5.2μH的电感和39mΩ的电阻。
在这个实施例中，功率减小电路320的晶闸管322保持不导通状态，直到在晶闸管322的栅极从处理器电路110接收到控制信号时，才将它置于导通状态，从而减小提供给闪光灯182的电流，如以下更详细描述的。
在这个实施例中，功率增大电路330包括与照射闪光源(在这个实施例中是闪光灯182)和该照射闪光源的电源(在这个实施例中是电容器组328)通信的电感性消弧电路。更具体地，在本实施例中，功率增大电路330包括晶闸管332和电感器334，该电感器在这个实施例中具有1.5μH的电感。
在这个实施例中，功率增大电路330进一步包括晶闸管336、电感器338、电阻器340和续流二极管(free-wheeling diode)342。在这个实施例中，电阻器340具有5mΩ的电阻，电感器338具有4.7μH的电感，其大于功率增大电路330的电感器334的1.5μH的电感。
在这个实施例中，晶闸管336和晶闸管332的控制栅极都与处理器电路110通信，并且均保持不导通状态，直到处理器电路110施加栅极电压。
如以下更详细描述的，处理器电路110通过向晶闸管336施加栅极电压以允许电容器组328通过闪光灯182、电阻器340和电感器338开始放电来开始照射闪光。这样，当闪光开始并且电弧电流向它的峰值增大时，在电感器中出现自感电动势(emf)(ε＝-L(di/dt))以抵消电流的增大，由此使得4.7μH的电感器338有效地限制通过闪光灯182放电的电流的增大速率。如果希望功率增大，则处理器电路110向晶闸管332施加栅极电压以将它置于导通状态，这就允许电流流过1.5μH的电感器334，由于电感器334的电感较小，它的自感电动势(其抵消电流的增大)小于电感器338的自感电动势，从而减小了功率控制电路的这些部件的总体限流效果，并允许电弧电流更快地升高到较高的峰值。在本实施例中，在适当的时间开启晶闸管332有效地增大了提供给闪光灯182的峰值电流，从而有效地增大了闪光灯182的照射闪光所照射的工件106表面104的峰值温度，尽管电流(因而照射闪光的功率)往往比晶闸管332没有开启时下降得略快。
在本实施例中，功率控制电路300进一步包括总体上以图3的350示出的第二功率减小电路。总体来说，在这个实施例中，第二功率减小电路350配置成根据从处理器电路110所收到的控制信号，通过减小提供给闪光灯的电流的量来减小闪光灯182的功率输出。在这个实施例中，第二功率减小电路350类似于第一功率减小电路320，并包括与照射闪光和该照射闪光源的电源通信的消弧电路。然而，与第一功率减小电路不同的是，在这个实施例中，第二功率减小电路350与闪光灯182而不是与电容器组328以并联方式连接。更具体地，在这个实施例中，第二功率减小电路350包括开关电路、电感器354和电阻器356。在本实施例中，开关电路包括单个开关元件，其在这个实施例中是半导体开关。更具体地，在这个实施例中，半导体开关是晶闸管或可控硅整流器352，其栅极与处理器电路110通信。在这个实施例中，电感器354和电阻器356分别具有5.2μH的电感和39mΩ的电阻。
在这个实施例中，第二功率减小电路350的晶闸管352保持不导通状态，直到在晶闸管352的栅极从处理器电路110接收到控制信号时，才将它置于导通状态，从而减小提供给闪光灯182的电流，如以下更详细描述的。
第一测量系统(用于闪光反馈控制和漂移控制)
参考图1和4，图4的102总体上示出了该测量系统。在这个实施例中，测量系统102包括大体上类似于共同拥有的PCT出版物No.WO03/060447中所公开的超快辐射计400，设计成具有宽动态范围和超快时间响应。这样，在这个实施例中，超快辐射计400包括1450nm的窄带滤波器402、光学堆叠(optical stack)404、高速InGaAs PIN光电二极管406、用于将光电二极管406的温度控制到20毫开尔文(milliKelvin)内的集成热电冷却器408、放大器410以及模拟-数字(A/D)转换器412。
在这个实施例中，放大器410包括噪声很低的高速差动跨阻放大器，具有500kHz的3dB电带宽(electrical bandwidth)。放大器410调整并放大光电二极管输出信号，并将放大信号提供给A/D转换器412。A/D转换器412以1MHz的采样速率产生放大的二极管信号的16比特采样。
在这个实施例中，A/D转换器412通过输入/输出(I/O)接口460与RSC 112的处理器电路110通信。在这个实施例中，I/O接口460包括光电转换器，以使这样的通信信号能够在光纤网络(未示出)上发送和接收，从而避免在闪光的时间上的附近可能显著的电磁干扰和电噪声的有害影响。在这个实施例中，大部分与测量有关的计算由处理器电路110执行，而不是由测量系统102的板载电路执行。然而，作为替换，与测量有关的这样的计算可以由测量系统102的可选板载处理器电路(未示出)执行，或者更一般地，由任何其它本地的或远处的处理器电路或处理器电路的组合执行。
在这个实施例中，超快辐射计400进一步包括屏蔽470，以减小这样的干扰对超快辐射计的各种内部部件的影响。
如果需要，超快辐射计400还可以包括内部基准装置450，其可以以热的方式受控且高度稳定，并且其可以产生校准和基准信号。在这样的实施例中，辐射计400还可以包括板载电路，用于根据这样的校准和基准信号来调节从A/D转换器412所收到的16比特采样，以便能够动态地补偿超快辐射计的各种电子部件中可能发生的不可预计的漂移。
返回参考图1，在这个实施例中，测量系统102或者更具体地，超快辐射计400，配置成测量工件106的第一表面104(或者更具体地，晶片120的器件侧122)的当前温度。在这个实施例中，系统100有效地包括滤波装置或者更具体地，水冷窗186，其在这个实施例中插在第一表面104与照射系统180之间。在这方面，水冷窗186用来将闪光灯182、183、185和187产生的大部分辐射透射到工件106的第一表面104(在这个实施例中，晶片120的器件侧122)以加热器件侧，而同时吸收1450nm波长的辐射。相反地，由于1450nm窄带滤波器420的作用，超快辐射计仅仅能够对紧邻1450nm的辐射做出响应。因此超快辐射计只检测来自表面104(器件侧122)的热发射，而不检测照射系统所产生的及表面104所反射的任何辐射。水冷窗186还用来吸收器件侧122热发射波长的大部分辐射(典型地是1400nm及以上)，从而防止这样的波长被反射回晶片，否则这样的波长往往会在当需要冷却的不适当的时间造成对器件侧不想要的和不均匀的加热。(然而，超快辐射计会检测到少量的“室返回辐射(chamber return)”，即小百分比的器件侧热发射的诊断波长辐射可以被水冷窗186的下石英板反射回器件侧，该器件侧可以将小部分这样的反射热发射再反射回辐射计。如果需要，可以通过采用例如类似于共同拥有的PCT出版物No.WO 30/060447所公开的方法或者任何其它适合的方法，将室返回辐射考虑在内。
第二测量系统(用于闪光预调节测量)
参考图1和5，图5的500总体上示出了第二测量系统。在这个实施例中，第二测量系统500用来在工件106表面104经受照射闪光之前获得表面104的加热参数的初始测量值。
在这个实施例中，对待入射到第一工件的第一表面上的未来照射闪光进行预调节，这是在以当前照射闪光照射第二工件的相似表面的同时进行的。更具体地，在这个实施例中，第二测量系统500被设置在图1所示的室130外，这样，在本实施例中，在将工件106放入室130进行快速热处理之前对表面104的加热参数进行测量。这样，可以在室130外对一个工件的表面104的加热参数进行测量，同时在室内对第二晶片进行热处理，而不会降低室130的处理量。作为替换，如果需要，第二测量系统或其变体可以设置在室130内，就地对表面104进行测量。
在本实施例中，待由第二测量系统500测量的加热参数包括表面104的发射率，在这个实施例中，通过测量表面的反射率来以间接方式对其进行测量。在这方面，工件106的发射率εW、反射率RW和透射率TW在给定的波长满足关系式εW(λ)＝1-RW(λ)-TW(λ)。在工件是硅晶片的这个实施例中，如果晶片是冷的(例如室温)，晶片对于照射闪光的全部波长来说将不是完全不透明的，这样，它的透射率TW(λ)对于至少某些波长来说将是非零的。然而，在本实施例中，将弧光灯用来产生照射闪光往往使透射效果最小，因为这样的弧光灯所产生的95％以上的辐射能量在冷硅(cold silicon)的1.2μm带隙吸收以下，而例如典型的钨光源仅为40％。这样，当针对所述照射闪光的光谱测量时，工件的透射率在大部分的相关波长可以忽略不计。为了达到对照射闪光进行预调节的目的，在本实施例中透射率可以忽略不计，这样发射率就可以近似为εW(λ)＝1-RW(λ)。这样，就可以通过测量表面的反射率RW(λ)来间接测量感兴趣的表面104的加热参数，即发射率εW(λ)。作为替换，加热参数可被看作表面104的反射率，其在这个实施例中被直接测量。
在这个实施例中，第二测量系统500包括照射源502、检测器504、探测器506和第二检测器516。更具体地，探测器506在这个实施例中是光纤探测器，包括与照射源502光通信的两个光纤508和510、与检测器504通信的光纤512以及与第二检测器516通信的光纤514。作为替换，可以以其它数量的光纤来代替。更一般地，可以以其它类型的测量系统来代替。
在这个实施例中，照射源502包括氘-卤光源。在这方面，已经发现这样的光源在与照射系统180所产生的照射闪光相对应的波长包括显著的强度，包括紫外、可见光和红外波长。
然而，作为替换，照射源可以包括低强度弧光灯(其强度相对于用来产生照射闪光的高强度弧光灯而言是“低”的)。例如照射源502可以包括具有足够低的光输出功率的低强度弧光灯，以避免过早地将表面104加热到高温。低强度弧光灯可以包括或者连续波(DC)弧光灯，或者例如氙闪光灯的闪光灯。如果需要，照射源502可设置有滤波器，该滤波器配置成仿真用来产生照射闪光的高强度闪光灯(多个高强度闪光灯)的照射光谱。这样的滤波器允许照射源502仿真照射系统180的输出光谱，尽管具有低得多的总功率。例如，在照射源是氙闪光灯的情况下，可以为低强度氙闪光灯的外壳(envelope)提供干涉滤波器以达到这样的效果。作为替换，可以以其它类型的照射源代替。
或者作为进一步的替换，可以省去单独的照射源。例如，在一些实施例中，检测器504可以包括它自己的照射源。作为替换，如果需要，对表面104照射可以包括将入射到另一工件上的当前照射闪光的一部分导向工件106表面104。例如，光纤508和512可以与室130光通信，以便可以将用来在室130内加热第一工件表面104的照射闪光的一小部分导到室外，以对室130外的第二工件的表面104进行照射，该第二工件随后将在完成对第一工件的处理之后在室130内进行处理。在这样一个实施例中，从室130导出以便对第二工件的表面104进行照射的照射光可以被滤波，或可以通过一个或多个透镜散布在较大的表面区域上，以有效地减小它入射到表面104上的强度。
在这个实施例中，检测器504包括分光计。更具体地，在这个实施例中，检测器包括加拿大BC Burnaby的Photon Control Inc.制造的PS001型分光计。在本实施例中，检测器504能够测量与表面104要经受的照射闪光相对应的波长谱上的工件106表面104的反射率。更具体地，在这个实施例中，波长谱的范围是从180nm到1400nm，并且分光计能够测量180nm到1400nm范围内的多个离散波长的反射率R(λ)。更具体地，在这个实施例中，波长谱包括2048个离散波长，λ＝{λ0，λ1，λ2，...λ2047}，间隔均匀地分布在180nm到1400nm范围上。然而，作为替换，如果需要，可以改变波长谱的边界。例如，在某些实施例中，可以忽略波长谱中波长大于1100nm的部分，原因是照射系统180在这样的波长产生的能量比较小。类似地，也可以改变波长谱内的离散波长的数量，以便根据需要来包括更大或更小数量的离散波长。这样，为了不失一般性，在这个实施例中，把2048个离散波长记作λ＝{λ1，λ2，...λN}。
作为替换，如果需要，检测器504可以产生单一反射率值，例如照射闪光波长谱的足够大的部分上的宽带反射率值。这样的单一反射率值可以用于例如这样的实施例中：照射源502仿真照射系统180的波长谱，或者如以上所述出于反射率测量的目的将来自照射系统180的照射用来对表面104进行照射。
在本实施例中，第二检测器516包括宽带辐射检测器。第二检测器516通过光纤514从照射源502接收电磁辐射，并产生单一数据值，该数据值表示来自照射源502的电磁辐射的整个感兴趣谱上的宽带强度。
在这个实施例中，RSC112的处理器电路110通过光纤网络(未示出)与第二测量系统500通信，或者更具体地与照射源502和检测器504通信。
操作-概述
在这个实施例中，将几种方法结合起来使用以改善快速热处理循环的一致性和可重复性。
在第一种方法中，根据对表面104的加热参数的测量预计待入射到工件106表面104上的照射闪光的加热效果。然后，根据所预计的加热效果在照射闪光开始之前对其进行预调节。这样，例如，加热参数可以包括工件106表面104的发射率，并且，如果两个看起来相同的工件实际上具有略微不同的发射率，则可以对照射闪光的能量输出进行预调节，以补偿将要被两个工件表面吸收的照射闪光的不同的百分比。
在第二种方法中，工件106表面104的温度在入射到表面104上的照射闪光的初始部分期间测量。根据该温度来控制照射闪光其余部分的功率。这样，例如如果在照射闪光的初始部分期间(例如在闪光的第一个0.3到0.5ms期间)表面104的温度的实时测量值表明表面104被加热得比所希望的快或者不如所希望的快，则可以减小或增大闪光的其余部分的功率，以便使得表面104的温度更加接近地遵循所希望的温度轨迹。
在第三种方法中，与照射系统180关联的至少一个热效率参数被监测，并且作为响应，由照射系统用来产生照射闪光的控制信息被自动更新。在这方面，由于诸如电极、外壳或冷却剂的闪光灯部件或者窗186或系统100的其它部件的污染或退化，系统100的热效率可能会随时间而减小；相反地，例如如果退化的电极或其它部件被更换，或者如果例如受污染的冷却剂或窗被清洁或更换，系统的热效率可能会增大。这样，在这个实施例中，用来产生照射闪光的控制信息被自动更新，以补偿系统的热效率的这种变化。
在第四种方法中，将下降时间小于上升时间的电脉冲提供给照射装置(或者更具体地，提供给本实施例中的闪光灯182、183、185和187)以产生入射到工件106表面104上的照射闪光。
尽管在一个具体实施例中可以将所有这些方法结合起来使用，但是在示例性的可替换实施例中，可以采用这些方法中的任何一种而不必采用其余方法中的任何一种方法或所有方法。尽管这些方法中的一种或多种方法的子结合可以满足不要求极端可再现性的应用，但所有这些方法的结合往往使误差最小而使可再现性最大。
主快速热处理例程-概述
参考图1和2，在这个实施例中，主RTP例程221控制处理器电路110来控制系统100，以使工件106经历想要的热循环。为达此目的，在本实施例中，主RTP例程221控制处理器电路110接收并存储用户所规定的限定想要的热循环的参数，这些参数可以由用户使用如例如键盘的用户输入装置(未示出)来输入。更具体地，在这个实施例中，用户所规定的参数包括：唯一的工件类型标识符WID；想要的中温TINT，刚好在照射闪光开始之前整个工件106要加热到该中温；以及想要的温度跃变ΔT,仅工件106表面104要以该温度跃变加热，而工件体基本上保持在中温TINT或其附近。处理器电路110被控制成将用户所规定的参数存储在RTP参数存储单元284中。
在这个实施例中，工件类型标识符WID标识工件的多个不同类型中由系统100为进行热处理而预表征的一个特定类型。更具体地，在这个实施例中，工件参数存储单元240包括针对预表征工件的这些不同类型中的每一个类型的预定义的热处理参数。更具体地，在本实施例中，用户所规定的温度跃变ΔT与待存储于电源系统188中的对应的电量之间的关系可以近似为ΔT＝STE*ln(ECH)+OTE。这样，在这个实施例中，工件参数存储单元240存储多个工件表征记录，每一个这样的记录包括：存储唯一工件类型标识符WID的域、为该类型的工件存储预定表征值STE和OTE的域以及存储效率值CTE的另一个域，所述效率值表示为该工件类型产生并存储表征值STE和OTE时系统100的效率。在这个实施例中，工件参数存储单元240中的每一个记录进一步包括用于存储对应于具体工件类型的基准能量指标值EREF，该值在下文结合预调节例程222作更详细的描述。作为替换，尽管为本实施例的目的，温度跃变与电量之间的对数关系与经验观测值一致，但可以以其它适合的近似或函数关系来代替，并且可以存储其它对应的表征值。例如，在限定所规定的温度跃变ΔT与为达到该跃变所需要的电量ECH之间的关系时，还可以考虑所规定的中温TINT。类似地，如果需要，在给定的函数关系中还可以考虑较大的电量往往产生更多的紫外波长照射，其中硅往往反射而不是吸收该波长。
在这个实施例中，主RTP例程221控制处理器电路110使用存储在RTP参数存储单元284中的工件类型标识符WID来对工件参数存储单元240中的对应记录进行定位和寻址。然后，处理器电路110被控制成利用所定位的表征值STE和OTE和所规定的温度跃变ΔT来计算对应的待存储于电源系统188中(或者更具体地，存储于它的电容器组中)以产生想要的照射闪光的电能量ECHN：
E CHN = e ( ΔT - O TE S TE )
作为替换，可以使用WID、TINT及ΔT之外的参数来限定想要的热循环。例如，如果待处理的工件不是预表征的晶片类型之一，可以省略标识符WID。在这种情况下，用户所规定的参数可以包括想要的中温TINT以及待存储于电源系统188中以产生照射闪光的想要的电能量ECHN。作为替换，对这样的未表征的晶片类型而言，可以规定想要的中温TINT和想要的温度跃变ΔT，并且，处理器电路可以参照默认工件类型来确定想要的电能和电压，而默认工件类型与实际工件106之间的任何发射率差值将通过执行预调节例程222来补偿，如下文更详细描述的。
在这个实施例中，然后调节所存储的电量值ECHN以补偿自从为当前工件类型产生表征值STE和OTE之后可能已经发生的系统效率的任何漂移。为实现这一点，在这个实施例中，主RTP例程221控制处理器电路110根据两个效率值来调节充电能量ECHN：一个是效率值CTE，其来自工件参数存储单元240中的当前寻址到的记录，表示系统100在产生该记录时的效率；另一个是当前系统效率值Cff(N)，表示系统100的当前效率。在这个实施例中，后一个当前效率值Cff(N)存储在效率参数存储单元238和286中，如下文结合漂移控制例程236(“阶段3”)更详细描述的。这样，主RTP例程221控制处理器电路110计算经效率调节的电能值，
E ADJ = E CHN ( C TE C eff ( N ) )
主RTP例程221控制处理器电路110将这个经过调节的电能值EADJ存储在充电参数存储单元278中。作为替换，如果需要，可以省略漂移校正。
在这个实施例中，处理器电路110还可以被控制成将对应的电容器充电电压值V存储在充电参数存储单元278中，该值表示这样的电压：为存储想要的电能量WADJ而要将各个电源系统189、191、193和195的电容器组充到该电压。可以这样计算这个电压V：将经效率调节的能量EADJ除以闪光灯的数量，并假定用于每一个闪光灯的电容器组是理想电容器，满足E＝0.5CV2，即V＝(2E/C)0.5。作为替换，为了补偿电容器组的任何非理想方面，通过将值EADJ用来对充电查询表228寻址以定位对应的充电电压V，可以根据经效率调节的能量值来确定充电电压。
在本实施例中，在热循环开始之前，主RTP例程221控制处理器电路110执行预调节例程222。如下文(“阶段1”)更详细描述的，预调节例程222控制处理器电路测量待处理的实际工件106的发射率，以补偿工件106的发射率与用来产生记录的工件的发射率之间的任何可能的差异，其中所述记录是针对工件类型的存储在工件参数存储单元240中的记录。如果适当的话，可以对存储在充电参数存储单元278中的充电能量EADJ和电压V作进一步的调节，如下文结合预调节例程222更详细描述的。
在执行了预调节例程222之后，主RTP例程221控制处理器电路110来控制系统100实现热循环。更具体地，在这个实施例中，主RTP例程221控制处理器电路110在监测从快速辐射计164收到的温度测量信号时控制预加热装置150，以将工件106预加热到存储在RTP参数存储单元284中的想要的中温TINT。处理器电路110还控制电源系统188将各个电源系统189、191、193和195的电容器组充到充电参数存储单元278中所规定的充电电压V，以便存储充电参数存储单元278中所规定的想要的经调节的电能量EADJ。当已经达到所述中温时，主RTP例程221控制处理器电路110开始执行闪光反馈控制例程224，闪光反馈控制例程224控制处理器电路通知电源系统188开始释放所存储的电能来产生照射闪光。闪光反馈控制例程224的执行和照射闪光的产生优选地当达到所述中温时立即开始或在达到中温之后非常迅速地开始，以便使在中温的停留时间最小。
在完成热循环之后，然后主RTP例程221控制处理器电路110执行漂移控制例程236，以便有效地测量系统效率的任何变化，从而允许系统在执行下一个热循环时补偿这样的变化。
阶段1：预计和预调节
参考图1、2和5，在这个实施例中，处理器电路110被编程或配置成根据表面104的加热参数的测量值来预计待入射到工件106表面104上的照射闪光的加热效果。处理器电路110配置成根据所预计的加热效果来预调节照射闪光。在这个实施例中，根据表面104的发射率的测量值和照射闪光待传送到表面104的能量来预计加热效果。
更具体地，在这个实施例中，处理器电路110配置成根据表面的相应加热参数的测量值来预计待入射到多个类似工件的相应表面上的类似照射闪光的相应加热效果，并进一步配置成根据所预计的加热效果来预调节用于每一个工件的闪光。更具体地，在这个实施例中工件看起来是相同的。在这方面已经发现，即使在多个工件看起来相同的情况下，它们的表面104实际上也会具有不同的发射率，从而会吸收不同百分比的照射闪光。因此，即使工件与工件之间的照射闪光自身实际上是相同的，但看起来相同的这些工件之间的发射率的差异往往产生不同的加热效果，如表面104的不同温度轨迹和峰值温度。例如图6说明，即使两个工件表面的发射率存在相对小的差值，当经历相同的闪光时，也会显著地影响它们的表面所达到的峰值温度。因此，在本实施例中，预计了这些不同的加热效果，并且在照射闪光开始之前对其进行预调节，以试图补偿这样的差异。作为替换，在工件看起来不相同或相似时的情况下，同样可以应用本实施例的方法。例如，当待处理的工件不属于其热处理参数已被预表征并存储在工件参数存储单元240中的工件类型之一时，可以通过以下操作来为这样的工件预调节照射闪光：测量它的发射率；预计照射闪光对工件表面的加热效果；以及将该加热效果与该闪光对预表征工件类型的期望加热效果相比较。
为实现这样的预计和预调节，在本实施例中，图2所示的预调节例程222将处理器电路110(或更具体的微处理器210)编程或配置成与图5所示的第二测量系统500配合来测量表面104的加热参数。更具体地，在这个实施例中，加热参数包括表面104的发射率，在这个实施例中，通过测量表面的反射率来间接测量该发射率(如早先所描述的，在本实施例中，由于照射闪光的波长短而可以忽略工件的透射率，因而发射率可以近似为εW(λ)＝1-RW(λ)。在这个实施例中，针对与照射闪光相对应的波长谱来测量加热参数，该谱在这个实施例中是180到1400nm的谱。更具体地，在这个实施例中，加热参数的多个值在该谱的多个相应波长λ＝{λ1，λ2，...λN}测得。
为了实现这一点，在本实施例中，指示由照射源502所产生的照射谱强度的一组值首先存储在存储器装置260中的基准照射强度存储单元262中。在本实施例中，这可以通过使用基准件(未示出)实现，尽管可替换地，可以以其它方式代替(例如，通过提供附加分光计(未示出)来直接测量照射强度)。在这个实施例中，基准件具有针对与照射闪光相对应的光谱的多个波长λ＝{λ1，λ2，...λN}的已知反射率RREF(λ)。在这个实施例中，基准件包括具有类似于工件106的外部尺寸的高反射性抛光铝片，尽管可替换地，可以以任何其它适合的具有已知反射率的基准件代替。在只使用诸如宽带反射率值的单一反射率值而不使用多个反射率值的实施例中，具有已知的对应单一反射率值的基准件将满足需要。在这个实施例中，基准件对于波长λ＝{λ1，λ2，...λN}的已知反射率值RREF(λ)存储在存储器装置260中的基准反射率存储单元261中。预调节例程222可以控制处理器电路110将这些来自诸如存储装置220的非易失性存储位置的值加载到基准反射率存储单元261中，或者作为替换，可以控制处理器电路110以另一种方式获得这些已知反射率值(例如通过提示RSC 112的用户手动输入这些值或它们的存储位置)。
在这个实施例中，然后预调节例程222控制处理器电路110来控制照射源502、检测器504和516和探测器506照射基准件的上表面，并测量基准件所反射的照射的强度。处理器电路110从检测器504接收所测量的基准件在波长λ＝{λ1，λ2，...λN}中的每一个波长所反射的照射的强度的多个测量值MREF(λ)，并针对波长λ＝{λ1，λ2，...λN}中的每一个波长计算从照射源502入射到基准件上的照射光的照射强度IREF(λ)，IREF(λ)＝MREF(λ)/RREF(λ)。然后将照射强度值IREF(λ)存储在存储器装置260的基准照射强度存储单元262中。此外，在这个实施例中，处理器电路110从检测器516接收表示入射到基准件上的照射谱的宽带强度的单一值I0REF，并将该值存储在基准宽带强度寄存器263中。如下文更详细描述的，所存储的这些值IRREF(λ)和I0REF被用来确定入射到工件106表面104上的照射谱IW(λ)。
在这个实施例中，假定照射源502所产生的照射谱的光谱是稳定的，意即光谱中任何一个波长的照射强度与光谱中任何其它波长的照射强度的比率保持恒定，并且在基准件被照射的时间与随后工件被照射的时间之间不发生变化。然而，照射强度的绝对量值可以发生变化(例如入射到工件上的照射强度在全部波长可能会略大于入射到基准件上的照射强度，或作为替换，在全部波长略小于入射到基准件上的照射强度)。为了补偿可能在较长时间尺度内影响照射源502的任何“漂移”(即可能影响一个或多个波长相对于其它波长的比例强度的任何渐变)，可以随后利用基准件重新测量照射强度，而基准照射强度存储单元262和基准宽带强度寄存器263的内容可以相应地刷新。例如，这样的校准可以按照时间表周期性地执行，或者在热处理期间所观测的温度测量值指示了不一致的情况时执行。如果需要，这样的重新校准可以在对每一个相继工件的每一次反射率测量之前执行，尽管出于校准的目的以这样的频率来重新测量照射强度对某些实施例而言可能是不利的，除非能够足够快地完成以避免减缓处理室130的处理量。
作为替换，如上所述，可以以其它任何适合的方式来测量或预计入射到工件上的照射强度。
在这个实施例中，然后预调节例程222控制处理器电路110测量加热参数，其在这个实施例中是表面104在与照射闪光相对应的光谱的多个波长λ＝{λ1，λ2，...λN}的发射率εW(λ)。在本实施例中，通过测量表面104的反射率RW(λ)来间接测量发射率εW(λ)。
在这个实施例中，测量加热参数包括补偿加热参数的小尺度角度变化(small-scale angular variation)。更具体地，在本实施例中，补偿包括在足够大的表面区域上测量加热参数以有效地平均掉(average out)小尺度角度变化。这样，在工件106表面104包括半导体晶片120的器件侧122的本实施例中，在足够大的区域上测量加热参数包括在至少大约1cm宽的区域上测量加热参数。更具体地，在这个实施例中，利用光纤探测器506在至少大约2cm宽的工件106表面104的区域上测量加热参数。
在这方面已经发现，在这样的比形成于表面104上的器件的结构尺寸大的区域上测量反射率，往往会平均掉或补偿由这样的器件引起的反射的角度相关性，从而与在表面104的较小部分上测量相比，减小了测量误差。作为替换，测量区域可以小于1cm而仍然比表面104上的器件尺寸大，并且因此大到足以平均掉反射的小尺度角度变化。或者作为另一种替换，测量区域可以大于2cm，并且可以包括例如整个表面104。作为替换，可以以减小这种误差的其它方法代替。例如，可以利用积分球来测量半球反射率，尽管由于这种球与测量对象靠近而有可能造成污染，积分球对于某些特定的实施例来说可能是不理想的。
这样，在这个实施例中，处理器电路110被控制成控制照射源502照射工件106表面104上的2cm宽区域，其中照射谱包括照射闪光的波长λ＝{λ1，λ2，...λN}。应该记得在本实施例中，照射源502包括氘-卤光源。这样，在本实施例中，以照射源180所产生的照射谱而不是产生照射闪光的照射系统来照射表面104。
在本实施例中，当工件106表面104正在被照射源502照射时，预调节例程222控制处理器电路110从检测器516接收表示照射源502正在产生的宽带照射强度I0W的信号。处理器电路被控制成将照射强度值存储在工件宽带强度寄存器264中。同时，在这个实施例中，预调节例程222控制处理器电路110从检测器504接收信号，该信号表示所测得的由工件106表面104在每一个波长λ＝{λ1，λ2，...λN}反射的照射谱的反射强度MW(λ)。处理器电路被控制成将所测得的反射强度值MW(λ)存储在反射强度存储单元266中。
在本实施例中，预调节例程222控制处理器电路110针对每一个波长λ计算表面104在该波长的照射强度值IW(λ)和反射率RW(λ)。为了计算表示入射到表面104上的照射强度的照射强度值IW(λ)，处理器电路被控制成将基准照射强度存储单元262中所存储的值IREF(λ)乘以一个比值，该比值是工件宽带强度寄存器264中所存储的照射强度值I0W与基准宽带强度寄存器263中所存储的照射强度值I0REF的比值，即IW(λ)＝IREF(λ)＊I0W/I0REF。处理器电路被控制成将所得到的照射强度值IW(λ)存储在照射强度存储单元265中。
为了计算表面104在特定波长的反射率RW(λ)，预调节例程222控制处理器电路110将存储在反射强度存储单元266中的针对该波长所测得的反射强度值MW(λ)除以存储在工件照射强度存储单元265中的对应于该波长的照射强度值IW(λ)，即RW(λ)＝MW(λ)/IW(λ)。处理器电路110被控制成将对应于每一个波长λ＝{λ1，λ2，...λN}的反射率值RW(λ)存储在存储器装置260的工件反射率存储单元267中。
在这个实施例中，然后处理器电路110被控制成计算对应的工件发射率值并将其存储在工件发射率存储单元268中。在这个实施例中，假定工件是不透明的，因此它的反射率是零。这样，对于每一个反射率值RW(λ)，对应的所存储的发射率值是εW(λ)＝1-RW(λ)。
如果需要，可以校正发射率和/或反射率值以补偿温度差异。在这方面，可以在室130外以室温对反射率进行前述测量，而当表面104最初经受照射闪光时，工件106的温度可能相当高(例如几百摄氏度)，并且当表面104被闪光实际加热时，它的温度将更高(例如在硅的熔点附近)。由于反射率和发射率往往随温度微弱变化，如果需要，可以对所存储的发射率和/或反射率值施加校正，以对这样的情况进行补偿：即由于前述温度差异，表面104的反射率和发射率在表面104经受照射闪光时与它们被测量时将略微不同。由于表面104温度的差异而进行的对所存储的发射率和/或反射率值的这种校正可以根据经验针对不同的工件来确定。作为替换，由于这种校正典型地是小校正并且在如下所述的阶段2的对闪光的实时反馈控制能力范围之内，如果需要，可以省略这种校正。
在这个实施例中，预调节例程222然后控制处理器电路110预计照射闪光的加热效果，可以有效地包括预计表面104的峰值温度。
在这个实施例中，预计照射闪光的加热效果包括预计将由表面104吸收的照射闪光的能量。更具体地，在这个实施例中，预调节例程222将处理器电路110配置成根据表面104的发射率的测量值以及照射闪光将传送到表面104的能量来预计加热效果。
为实现这一点，在本实施例中，预调节例程222将处理器电路110配置成将在光谱的所述多个相应波长的所述多个加热参数值与指示在闪光将传送到表面的相应波长的相应照射量的多个照射值卷积。更具体地，在这个实施例中，所述多个加热参数值包括所述多个存储在工件发射率存储单元268中的发射率值，其在这个实施例中是通过测量工件的对应反射率值来测量的。这样，在这个实施例中，处理器电路110被控制成将表面104在所述多个相应波长λ＝{λ1，λ2，...λN}的多个吸收率值与指示在闪光将传送到表面104的相应波长的相应辐射能量的多个照射能量值IFLASH(λ)卷积。
在这个实施例中，用于卷积的吸收率值是存储在工件发射率存储单元268中的发射率值ε(λ)。就用于卷积的照射能量值而言，在这个实施例中，基于系统100的光学和几何学性质来仿真所述多个照射能量值IFLASH(λ)的初始值。作为替换，多个照射能量值IFLASH(λ)的初始值可以设置为等于一组针对先前的闪光(如最近的闪光)所测得的照射能量值IFLASH(λ)，或者一组先前闪光的照射能量值的平均值(例如最近的N个闪光的连续平均值(running average))。在这样的实施例中，照射能量值可以通过直接测量照射闪光来获得；如果需要，可以提供诸如类似于测量系统102的附加测量系统的单独设备来直接测量闪光的照射，并补偿系统100的作用以确定指示实际到达表面104的闪光能量的值IFLASH(λ)。作为替换，可以将所述多个照射能量值IFLASH(λ)的初始值存储在例如存储装置220中或者其它位置。
在这个实施例中，对指示由照射闪光传送到表面104的辐射能量的所述多个照射能量值的仿真由处理器电路110在仿真例程226的控制下实现。在这个实施例中，仿真例程226包括可以从美国加利福尼亚州Pasadena的Optical Research Associates得到的LIGHTTOOLSTM三维立体模拟和照射分析软件。该软件对系统100的光学和几何学性质进行分析并计算将实际到达表面104的照射闪光的能量IFLASH(λ)。例如，在这个实施例中，电光转换效率(即电容器组中所存储的电能转换成照射闪光的电磁能的效率)大约是44％。类似地，所产生的全部照射闪光中的一些被室壁、水冷窗或其它系统部件吸收，仅全部照射闪光能量的一部分(在这个实施例中大约是36％)实际到达表面104。这样，在这个实施例中，将所存储的电能转换成入射到表面104上的电磁能的总效率是0.44＊0.36＝0.16。因此，在这个实施例中，照射系统180能够将高达387.1kJ＊0.16＝大约6×104J的电磁能传送到工件表面104。在这个实施例中，仿真例程226控制处理器电路110在逐波长的基础上分析系统100，并考虑前述电能和光能损耗，以计算在每一个波长λ＝{λ1，λ2，...λN}将要到达工件106表面104的照射闪光能量的相应的量IFLASH(λ)。仿真例程226控制处理器电路110将所得到的照射能量值IFLASH(λ)存储在照射能量存储单元270中；如果需要，还可以将照射能量值IFLASH(λ)存储在存储装置220中以供将来使用。
在这个实施例中，预调节例程222控制处理器电路通过将存储在工件发射率存储单元268中的发射率值ε(λ)与存储在照射能量存储单元270中的照射能量值IFLASH(λ)卷积来预计照射闪光的加热效果。更具体地，在这个实施例中卷积是Ei＝∑j(ε)j＊(IFLASH)i-j。
处理器电路110被控制成将这些值Ei存储在存储器装置260的吸收能量存储单元272中。
在本实施例中，预计加热效果进一步包括对由卷积产生的多个吸收能量值求和。更具体地，在这个实施例中，预调节例程222控制处理器电路110对存储在吸收能量存储单元272中的全部能量值Ei求和，以产生能量指标值EToT，并将这个能量指标值存储在存储器装置260的能量指标寄存器274中。
然后处理器电路110被控制成将这个能量指标值与先前存储的基准能量指标值EREF进行有效的比较。在这个实施例中，以与能量指标值ETOT相同的方式针对基准件(未示出)而不是针对工件106计算先前存储的基准能量指标值EREF。更具体地，在这个实施例中，基准件是用来创建工件参数存储单元240中的当前工件类型(WID)的记录的工件，处理器电路根据该记录获得处理器电路计算充电能量和电压值ECHN、EADJ以及V所用的表征值OTE和STE，如以上关于主RTP例程221所描述的。这样，在这个实施例中，基准能量指标值EREF存储在工件参数存储单元中与工件106的工件类型标识符(WID)相对应的记录中。
作为替换，如果工件106先前尚未表征并且不具有工件类型标识符WID，那么就使用工件参数存储单元240中用于默认或通用工件类型的记录在如上所述的主RTP例程221的控制下提取表征值OTE和STE，并且使用同一记录在预调节例程的控制下提取基准能量指标值EREF。
在这个实施例中，预调节例程222然后控制处理器电路110对照射闪光进行预调节。更具体地，在这个实施例中，处理器电路被控制成预调节所存储的待用来产生照射闪光的电能的量。在这个实施例中，所存储的电能包括存储在电容器组中的电量。更具体地，在这个实施例中，待预调节的所存储的电能是存储在电源系统188或者更具体地，四个相应的单独电源系统189、191、193和195的电容器组中的电量。
在这个实施例中，如下文更详细描述的，根据工件106的能量指标EToT与先前所存储的基准件的能量指标EREF的比较来对存储在电源系统188中的电能进行预调节。
在这个实施例中，应该记得，待存储在电源系统188中(或更具体地，其电容器组中)的电能的量EADJ和用来产生照射闪光的对应电容器充电电压值V由处理器电路110在主RTP例程221的控制下根据用户所规定的限定想要的热循环并标识待处理工件类型的参数来确定，由此将充电电压V和对应的充电能量EADJ存储在充电参数存储单元278中。
在这个实施例中，预调节例程222控制处理器电路预调节照射闪光。为实现这一点，在这个实施例中，处理器电路读取存储在RTP参数存储单元284中的限定期望温度跃变的大小的用户所规定的或预先限定的参数ΔT，并将ΔT乘以EREF/EToT，以获得经发射率校正的温度跃变参数ΔTEC。然后，以与上述关于主RTP例程221所描述的方式相同的方式，利用经发射率校正的温度跃变参数ΔTEC和工件表征值OTE和OTE来获得经发射率校正的电能值ECHN_EC：
E CHN _ EC = e ( Δ T EC - O TE S TE )
类似地，如上述关于主RTP例程221所描述的，为了校正自从产生并存储了工件表征值OTE和OTE之后系统100的效率的任何退化或改变，预调节例程222进一步控制处理器电路利用新的经发射率校正的电量值来计算经发射率校正和效率调节的电能值，
E ADJ _ EC = E CHN _ EC ( C TE C eff ( N ) )
在这个实施例中，预调节例程222进一步控制处理器电路利用经发射率校正和效率调节的电能值EADJ_EC来确定对应的经发射率校正、效率调节的充电电压VEC，这是以类似于上述关于主RTP例程221所描述的方式通过计算或通过查阅充电查询表228来完成的。(作为替换，在效率漂移校正被省略的实施例中，经发射率校正的充电电压可以根据ECHN_EC而不是EADJ_EC来确定。)然后，经发射率校正和效率调节的充电电压VEC和充电能量EADJ_EC被写入充电参数存储单元278中，覆盖处理器电路先前在主RTP例程221的控制下存储的EADJ和V的值。这样，新的经调节的充电电压值VEC规定了经发射率校正的电压，当工件106被放入室130处理时，该电压将被用来对电源系统188的电容器组充电，而EADJ_EC的新值规定了对应的经发射率校正的充电能量，其可被用于监测系统的效率(在阶段3，如下文所描述的)。如果工件106的能量指标ETOT大于被用来在工件参数存储单元240中创建相应记录的基准件的能量指标EREF，那么工件106往往将吸收比基准件更大的百分比的照射闪光能量，其结果是：将工件106表面104加热到给定温度所需要的照射能量小于将基准件的类似表面加热到相同的温度所需要的照射能量。在这种情况下，ΔTEC小于ΔT。换言之，经发射率校正的充电电压VEC对应于使基准件仅仅经历ΔTEC而不是ΔT所需的温度跃变的电压；作为第一级校正，鉴于工件表面104的发射率大于当前所使用的工件参数存储单元240中的记录所对应的基准件表面的发射率，会将基准件表面仅仅加热ΔTEC的这个相同的充电电压VEC预期会将表面104加热ΔT的温度跃变。这样，在这种情况下，使表面104经历ΔT的温度跃变所需要的充电电压小于使基准件表面产生相同的温度跃变所需要的充电电压。相反地，如果工件106的能量指标EToT低于当前所使用的工件参数存储单元240中的记录所对应的基准件的能量指标EREF，那么经调节的指标ΔTEC将大于用户所规定的或预先限定的值ΔT，并且对应的电压VEC将高于使基准件表面产生ΔT的温度跃变所需要的电压V；作为第一级校正，这个充电电压VEC预期在表面104产生想要的ΔT的温度跃变。
阶段2：对闪光的实时反馈控制
参考图1和2，在这个实施例中，闪光反馈控制例程224将处理器电路110配置成与测量系统102配合来测量工件106表面104在入射到表面104上的照射闪光的初始部分期间的温度。闪光反馈控制例程224进一步将处理器电路配置成与照射系统180配合来根据初始部分的期间的温度来控制照射闪光其余部分的功率。
在这个实施例中，照射闪光具有小于工件热传导时间的持续时间，该热传导时间在这个实施例中大约是1×101ms。更具体地，在这个实施例中照射闪光具有小于大约2ms的持续时间。更具体地，在这个实施例中照射闪光具有大约1ms的持续时间。
在这个实施例中，照射闪光的功率往往比先前经历实时反馈控制的典型照射闪光的功率明显大。在这方面，在这个实施例中，照射闪光以至少大约1MW的速率向表面传送能量。更具体地，在这个实施例中，照射闪光以至少大约10MW的速率向表面传送能量；更具体地，以至少大约30MW的速率；更具体地，以至少大约60MW的速率。例如，如果电源系统188的四个电容器组全部以3500V充电而存储了总共387.1kJ的电能，并且如果该电能以具有一到二毫秒的持续时间的闪光释放，那么从电源系统188释放电能的速率在193.5到387MW之间。如果该电能以44％的示例效率转换成170.324kJ的电磁辐射能量，那么照射闪光在其1-2ms的持续时间内的功率在85.1到170.3MW之间。如果系统100以36％的示例效率将该电磁能传送到表面104，那么大约61.3kJ的能量将以30.7MW(对于2ms的闪光)到大约61.3MW(对于1ms的闪光)的平均速率传送到表面104。作为替换，如果需要，对于较低的能量传送速率，可以将电容器组充电到小于它们的最大电量。相反地，如果需要，可以以更大电容和/或充电电压的电容组来代替，以提供更大的能量传送速率。
在这个实施例中，闪光的初始部分(在此期间测量表面104的温度)具有小于大约一毫秒的持续时间。更具体地，在这个实施例中，初始部分具有小于大约二分之一毫秒的持续时间，或者更具体地，小于大约6×102微秒。更具体地，在这个实施例中照射闪光具有大约一又二分之一毫秒的持续时间，而闪光的初始部分具有大约4×102微秒的持续时间。在这方面，在这个实施例中，通过平衡两个对立的因素来选择闪光初始部分的持续时间，这两个因素是：对于更精确的温度测量数据的需求，这需要较长的初始部分以便获得更多的温度测量数据；对立的需求是能够以足够快的动作控制闪光的其余部分以实现想要的峰值温度，这需要较短的初始部分。对于后一个问题，在一个示例性实施例中，已经发现增大或减小提供给闪光灯的峰值电弧电流的调节往往增大或减小表面104的峰值温度，而在峰值电弧电流已经出现之后所作的(从而不增大或减小峰值电弧电流的)调节往往改变表面104的关于时间的温度分布，但不会明显改变表面104的峰值温度，这有赖于电流脉冲的形状(例如，类似于图7所示的钟形电流脉冲在电流峰值之后的改变不会明显地改变峰值表面温度，而可替换的平顶电流脉冲(未示出)在达到平顶电流峰值之后的改变确实会影响峰值工件表面温度)。在这个实施例中，为了允许有足够的时间来调节表面104的峰值温度，理想的是将初始部分限定得足够短，以便使得待控制的闪光的其余部分在电弧电流的峰值之前开始。这样，例如在一个可替换实施例中，初始部分的持续时间可以小于大约二分之一或者甚至小于大约四分之一的照射闪光的持续时间，该持续时间指的是：照射闪光尚未通过闪光反馈控制例程224控制下的处理器电路110的干预而得到控制时所具有的持续时间。
在这个实施例中，在照射闪光的初始部分期间测量表面104的温度包括在照射闪光的初始部分期间的多个相应的时间取得表面温度的多个测量值。例如这可以包括以至少1×104Hz的速率，或作为替换以例如至少1×105Hz的速率对温度进行采样。这样，在这个实施例中，如果闪光的初始部分具有例如0.4ms的持续时间，则以后者的105Hz的速率对表面104的温度进行采样在照射闪光的初始部分期间产生40个表面104的温度测量值。
在这个实施例中，为了产生照射闪光，主RTP例程221控制处理器电路110开始执行闪光反馈控制例程224，闪光反馈控制例程224控制处理器电路通知电源系统188开始释放所存储的电能，以产生照射闪光。同时，处理器电路被控制成与测量系统102配合来测量器件侧在闪光初始部分期间的温度，并相应地控制闪光的其余部分。
在这个实施例中，利用辐射计来获得表面104的温度测量值，该辐射计在这个实施例中包括高速辐射计。更具体地，在这个实施例中，辐射计包括超快辐射计400，超快辐射计400又包括InGaAs光电二极管406。应该记得在本实施例中，超快辐射计400以1MHz的速率对表面104的温度采样。这样，在这个实施例中，为了有效地以105Hz的较低速率对器件侧表面温度采样，闪光反馈控制例程224控制处理器电路110将通过I/O460从超快辐射计400收到的每第10个采样存储在存储器装置260中的器件侧温度存储单元280中。这样，在本实施例中，处理器电路110每10μs接收并存储一个新的表面104的温度测量值。在本实施例中，处理器电路110结合表示照射闪光开始之后所经过的时间(例如，t＝0、t＝10μs、t ＝20μs、t＝30μs等)的时间索引值来存储每一个这样的温度测量值。在本实施例中，第一个这样的表面温度测量值(t＝0)在放电开始的同时产生。
闪光反馈控制例程224继续控制处理器电路110每10μs获得并存储表面104的一个新的温度测量值。在这个实施例中，举例来说，假定闪光的初始部分具有0.4ms的持续时间，所以在闪光的初始部分结束时，在器件侧温度存储单元280中存储了表面104的40个这样的温度测量值。
在这个实施例中，闪光反馈控制例程224然后控制处理器电路110有效地将所测得的温度与期望温度比较。更具体地，在这个实施例中，处理器电路被控制成将多个所存储的温度测量值中的至少一个与期望温度轨迹相比较。
在这个实施例中，在工件106经历的热循环开始之前，预先计算并存储期望温度轨迹。为了实现这一点，在本实施例中，处理器电路110执行热分析例程230，以便根据限定所需热循环的用户所规定的或者预先限定的参数来计算期望温度轨迹。在这个实施例中，热分析例程230包括由美国MA Hardvard的Harvard Thermal Inc.制造的TAS热分析软件。作为替换，可以以其它热分析例程代替。更一般地，可以以确定工件106表面104的期望温度或温度轨迹的其它方法代替。将所得到的期望温度数据存储在存储器装置260中的期望温度存储单元282中。
在这个实施例中，在闪光的初始部分的末尾(在这个实施例中大约是闪光开始之后的0.4ms)，闪光反馈控制例程224控制处理器电路110将存储在器件侧温度存储单元280中的多个温度测量值中的至少一个与存储在期望温度存储单元282中的期望温度轨迹进行比较。更具体地，在这个实施例中，处理器电路110将最新温度测量值(在这个实例中是在t＝400μs时的温度测量值)与获得最新温度测量值时存储在期望温度存储单元282中的对应期望温度值相比较。更具体地，在这个实施例中，处理器电路计算所测得的温度减去期望温度所得到的差值，并将所得到的差值存储在温度误差寄存器288中。
然而，作为替换，可以以其它将实际所测得的温度与期望温度相比较的方法来代替。例如，如果需要，可以根据所测得的温度数据外推预计峰值温度(projected peak temperature)并可以将该峰值温度与期望峰值温度即期望温度存储单元282中所存储的最高温度值相比较。为了使外推这样的预计峰值温度所需要的处理时间最少，在热循环开始之前，处理器电路110可以在热分析例程230的控制下预先计算并预先存储大量的可能温度轨迹。在随后的照射闪光期间，闪光反馈控制例程224可以控制处理器电路对最接近地对应于实际所测得的温度数据的预先存储的特定温度轨迹进行定位，以便在所识别的温度轨迹中提取峰值温度值，并且将所提取的峰值温度值与期望温度存储单元282中所存储的峰值温度值相比较。
此外，实际所测得的温度与期望温度的比较不需要基于单一数据点。例如如果需要，可以计算诸如整个一组所测得的温度值的一阶导数(变化率)和二阶导数(加速率/减速率)的量，并用于比较。如果需要，可以使用曲线拟合技术，尽管鉴于需要足够快地进行比较以便能够改变照射闪光的其余部分，这样的曲线拟合技术的复杂度可能受限于具体实施例中的依赖于可用设备的可达到的处理速度。
在本实施例中，如果实际所测得的温度与期望温度的比较表明表面104被加热得过快而将有可能超过想要的峰值温度(在这个实例中，如果存储在温度误差寄存器288中的温度差值是正的)，则闪光反馈控制例程224控制处理器电路110修改照射闪光的其余部分以减小表面104的峰值温度。更具体地，在这个实施例中，所述修改包括减小照射闪光其余部分的能量输出。更具体地，在这个实施例中，处理器电路110利用比较结果(在这个实施例中，温度误差寄存器288的内容)来对电流减小查询表232进行寻址，以确定激励各个电源系统189、191、193和195中的每一个电源系统的功率减小电路的时间。在提供了两个单独的功率减小电路320和350的本实施例中，电流减小查询表232可以包括指示激励功率减小电路320和350中的哪一个功率减小电路的二进制标记，其中后者能够在较短的时间段内减小更多的功率。作为替换，在只提供了单个功率减小电路的实施例中，可以省略这样的标记。在这个实施例中，除了规定相关功率减小电路的激励时间之外，在电流减小查询表232中寻址所得到的记录还规定闪光干预效果指标F，其中处理器电路110被控制成将该指标暂时存储在闪光干预效果寄存器290中，以备以后由处理器电路在漂移控制例程236的控制下使用，如下文更详细描述的。
参考图2、3和7，应该记得在本实施例中，每一个功率减小电路320包括与电容器组328以并联方式连接的消弧电路。在这个实施例中，电容器组328存储要用来产生照射闪光的电能。在闪光开始之前，图3所示的晶闸管322、332和336都处于不导通状态，这结合二极管342的存在而防止了电容器组328放电。为了开始照射闪光，处理器电路110向晶闸管336施加栅极电压以将其置于导通状态，这样就允许电容器组328开始通过闪光灯182、电阻器340、电感器338和晶闸管336释放它所存储的电能。如果由于来自闪光初始部分的测量值和上述比较的结果，处理器电路110确定应该利用功率减小电路320来减小闪光其余部分的功率输出，则处理器电路110通过在如上所述在电流减小查询表232中寻址所得到的记录所规定的时间向晶闸管322施加栅极电压来对照射闪光的其余部分进行修改，以便使晶闸管从不导通状态转变成导通状态。因此在电容器组328上有效地设置了短接，从而允许电容器组通过晶闸管322、电感器324和电阻器326部分地放电，并且通过闪光灯182、电阻器340、电感器338和晶闸管336继续部分地放电。这样，当消弧电路被开启时，电流开始流过晶闸管322、电感器324和电阻器326，而电弧电流(即流过闪光灯的电流)相应地减小。
参考图7，针对一个示例的情况以700总体上示出了表示电弧电流随时间而变化的各个曲线，在该示例的情况中，电容器组328以2500V充电，然后通过开启晶闸管336突然放电，以产生照射闪光。第一曲线702表示在没有电流减小即没有对功率减小电路320进行任何激励的情况下，在照射闪光的持续时间内的电弧电流。第二曲线704表示功率减小电路在照射闪光开始之后的1.3ms被激励时的电弧电流；第三曲线706表示功率减小电路在照射闪光开始之后的1ms被激励时的电弧电流；第四曲线708表示功率减小电路在照射闪光开始之后的0.8ms被激励时的电弧电流；第五曲线710表示功率减小电路在照射闪光开始之后的0.6ms被激励时的电弧电流；第六曲线712表示功率减小电路在照射闪光开始之后的0.4ms被激励时的电弧电流；以及第七曲线714表示功率减小电路在照射闪光开始之后的0.3ms被激励时的电弧电流。在图7所示的示例中，早于在闪光开始之后的大约0.6ms对功率减小电路320的激励具有减小峰值电弧电流以及减小整体能量输出的效果，并且这些效果往往使表面104达到的峰值温度低于不早于0.6ms的情况下它会达到的峰值温度。相对照而言，在闪光开始之后的大约0.7ms达到最大温度后对功率减小电路320的激励往往减小随后的闪光功率，但不明显地影响峰值电弧电流，因此尽管表面104随后的冷却速率会略快一些，但它的峰值温度不可能明显地减小。
作为替换，如果与存储在温度误差寄存器288中的温度差值相对应的电流减小查询表232的内容指示应激励第二功率减小电路350，则闪光反馈控制例程224控制处理器电路110通过激励第二功率减小电路350来减小照射闪光其余部分的能量输出。为了实现这一点，在这个实施例中，处理器电路110在如上所述在电流减小查询表232中寻址所得到的记录所规定的时间向晶闸管352施加栅极电压，以便使晶闸管从其初始的不导通状态转变成导通状态。由于第二功率减小电路350具有低于闪光灯182的阻抗，这允许由电容器组328所供给的电流通过电感器354和电阻器356而不通过闪光灯182来释放。
应该记得在本实施例中，第一功率减小电路320以并联方式与电容器组328连接，与此形成对照的是，第二功率减小电路350以并联方式与闪光灯182连接。对第一功率减小电路320的激励有效地将电容器组328短接，但并不妨碍电流流过闪光灯182、电感器338且流过续流二极管342返回。相对照而言，对第二功率减小电路350的激励有效地将闪光灯182自身短接。与第一功率减小电路320相比，对第二功率减小电路350的激励造成更快的下降时间，即，流经闪光灯182的电流的更快的减小，以及照射闪光功率的对应的更快的减小。然而同时，对第二功率减小电路350的激励可能对系统部件造成更大的压力，并且往往可能比第一功率减小电路320浪费更多的电能。这样，可以将第二功率减小电路350提供为第一功率减小电路320的补充或替换。作为替换，如果需要，第二功率减小电路350可以省略。
相反地，如果存储在器件侧温度存储单元280中的所测得的温度值与存储在期望温度存储单元282中的期望温度轨迹的比较表明，表面104被加热得太慢而将可能达不到所需的峰值温度(在这个示例中，即如果存储在温度误差寄存器288中的温度差值是负的)，则闪光反馈控制例程224控制处理器电路110修改照射闪光的其余部分以增大表面104的峰值温度。更具体地，在这个实施例中，控制闪光的其余部分包括增大照射闪光其余部分的峰值功率输出。在这个实施例中，增大所述峰值功率输出包括激励功率增大电路，其中激励功率增大电路在这个实施例中包括开启电感性消弧电路。更具体地，在这个实施例中，处理器电路110利用所述比较的结果(在这个实施例中，即温度误差寄存器288的内容)来对电流增大查询表234进行寻址，以确定各个电源系统189、191、193和195中的每一个电源系统的功率增大电路330的激励时间。在这个实施例中，除了规定功率增大电路的激励时间之外，在电流增大查询表234中寻址所得到的记录还规定闪光干预效果指标F，其中处理器电路110被控制成将该指标暂时存储在闪光干预效果寄存器290中，以备以后由处理器电路在漂移控制例程236的控制下使用，如下文更详细描述的。
在这方面，应该记得在这个实施例中，图3所示的功率增大电路330包括电感性消弧电路。如文中早先所描述的，在本实施例中，为开始照射闪光，闪光反馈控制例程224控制处理器电路向晶闸管336施加栅极电压，这允许电容器组328开始通过闪光灯182、电阻器340、电感器338和晶闸管336放电。以这种方式，通过闪光灯182释放的电流的增大速率有效地被4.7μH的电感器338产生的自感emf(ε＝-L(di/dt))抵消。如果所测得的温度值与期望温度值的比较表明在电流增大查询表234所标识的特定时间需要功率增大，则处理器电路110向晶闸管332施加栅极电压以将它置于导通状态，从而允许电流流过1.5μH的电感器334，电感器334由于其电感低于电感器338的电感而具有较低的自感emf，从而减小了功率控制电路的这些部件的总体限流效果。这允许电弧电流更快地升到更高的峰值，该更高的峰值又造成表面104的更高的峰值温度。这样，在这个实施例中，照射闪光由弧光灯(在这个实施例中，即弧光灯182和其它闪光灯)产生，其中弧光灯由放电电流来供电，该放电电流流过具有第一电感的第一电路径(在这个实施例中，流过电感器338)以产生照射闪光的初始部分，而增大表面104的峰值温度包括使该放电电流流过具有小于第一电感的第二电感的第二电路径(在这个实施例中，流过电感器334)。
参考图8，再一次针对一个示例的情况以800总体上示出了表示电弧电流随时间而变化的各个曲线，在该示例的情况中，电容器组328以2500V充电，然后突然放电以产生照射闪光。第一曲线802表示在没有电流增大即没有对功率增大电路330进行任何激励的情况下，在照射闪光的持续时间内的电弧电流。第二曲线804表示功率增大电路在照射闪光开始之后的0.8ms被激励时的电弧电流；第三曲线806表示功率增大电路在照射闪光开始之后的0.7ms被激励时的电弧电流；第四曲线808表示功率增大电路在照射闪光开始之后的0.6ms被激励时的电弧电流；第五曲线810表示功率增大电路在照射闪光开始之后的0.55ms被激励时的电弧电流；第六曲线812表示功率增大电路在照射闪光开始之后的0.5ms被激励时的电弧电流；第七曲线814表示功率增大电路在照射闪光开始之后的0.45ms被激励时的电弧电流；以及第八曲线816表示功率增大电路在照射闪光开始之后的0.4ms被激励时的电弧电流。在图8所示的示例中，早于在闪光开始之后的大约0.6ms对功率增大电路330的激励具有增大峰值电弧电流的效果，尽管该电弧电流然后往往在峰值之后更陡地下降，并且这些效果往往使表面104达到的峰值温度高于不早于0.6ms的情况下它会达到的峰值温度。相对照而言，在闪光开始之后的大约0.6ms以上对功率增大电路320的激励不明显地增大峰值电弧电流，因此表面104的峰值温度不可能明显地增大。
作为替换，可以理解功率增大电路和功率减小电路无需都出现在特定的实施例中。例如，一个可替换实施例可以只包括单个功率减小电路，例如如350所示的功率减小电路，并且可以省略功率增大电路。在这样的实施例中，可以总是对电容器组328过充电，以便使得所测得的表面104的温度轨迹总是超过期望温度轨迹，因此功率减小电路350将总是在查阅电流减小查询表232根据所测得的温度值和期望温度值的比较而确定的时间被激励。
在这个实施例中，闪光反馈控制例程224持续控制处理器电路110每10μs从超快辐射计接收表面104的一个新的温度测量值，并将每一个这样的温度测量值与它的关联时间索引值一起存储在器件侧温度存储单元280中，以便随着工件106的表面104达到它的峰值且随后冷却而记录工件106的表面104的完整温度曲线。这样就可以根据所测得的温度值来计算实际温度跃变ΔT(ΔT ＝TMAX-T0)。
阶段3：漂移控制
在这个实施例中，漂移控制例程236控制处理器电路110监测与配置成产生入射到工件106表面104上的照射闪光的照射系统(在这个实施例中，即系统100)关联的至少一个热效率参数。漂移控制例程236进一步控制处理器电路110根据对热效率参数的监测来自动更新照射系统用来产生照射闪光的控制信息。这样，如果系统100的热效率随时间而逐渐变化，则漂移控制例程236有效地将处理器电路配置成自动补偿这样的变化。
在这个实施例中，监测热效率参数包括根据照射闪光所造成的工件表面104的实际温度增大量ΔT的测量值来计算热效率参数。然而，作为替换，可以监测闪光的辐射能量的能量密度，例如到达表面104的闪光的能量密度，或者其它类型的热效率参数。
在本实施例中，自动更新控制信息包括自动更新至少一个所存储的效率参数，并进一步包括自动改变照射闪光的能量输出参数。更具体地，在这个实施例中，改变能量输出参数包括自动改变照射闪光的输出能量。在本实施例中，这通过自动改变所存储的用来产生照射闪光的电量来实现。更具体地，在这个实施例中，所存储的电量通过更新系统的效率值Ceff(N)来自动改变，该效率值在这个实施例中由处理器电路110在主RTP例程221和预调节例程222两者的控制下用来计算待存储在电源系统188中以产生照射闪光的所需电能。
在这方面，应该记得在本实施例中，主RTP例程221控制处理器电路110根据用户所规定的限定所需热循环的参数(其可以包括例如WID、TINT及ΔT)来计算表示待存储在电源系统188中以产生照射闪光的能量的电能水平ECHN，并将这个值ECHN存储在充电参数存储单元278中。还应该记得在这个实施例中，主RTP例程还控制处理器电路110根据最新存储的当前系统效率值Ceff(N)来确定对应的经效率调节的电能水平EADJ。类似地，由于本实施例包括闪光预调节，应该记得系统效率值Ceff(N)还被处理器电路110用来在预调节例程222控制下计算经发射率补偿、效率调节的电能值EADJ_EC，该电能值覆盖先前在主RTP例程的控制下所计算的EADJ值。
这样，为了自动改变用来产生照射闪光的电能的量，在本实施例中，处理器电路110在每一个热循环的执行之后在漂移控制例程236的控制下更新系统效率值Ceff(N)，以便自动影响将要由处理器电路在主RTP例程和/或预调节例程的控制下为下一个热循环计算的电能值。作为替换，如果需要，可以以较小的频率来更新系统的效率值。例如，可以在预定数量的循环之后、或在预定的时间间隔之后、或当所测得的温度跃变误差开始超过最小阈值时、或按照系统用户的判断、或以任何其它适合的方式来更新系统效率值。
如上所述，照射系统180具有例如44％的电光转换效率CEO，其表征从电能到电磁能的转换效率。系统还具有例如36％(0.36)的光效率CO，其表征系统将照射闪光的电磁能传送到工件表面104的效率。这样，系统100将所存储的电能作为电磁能传送到表面104的综合效率是：
Ceff＝Ceo＊Co
其中，Ceff是总效率，CEO是照射系统180的电光转换效率，CO是系统100将照射传送到表面104的光效率。(在这个实施例中，Ceff＝0.44＊0.36＝0.16。)
在实践中，系统效率Ceff可能不会保持恒定，而可能随时间而变化。例如，石英窗或外壳的老化或退化使它们的透射率降低，这又使光效率CO降低。类似地，照射系统180的电光转换效率CEO也可能随时间而退化或发生其它变化。
作为第一级近似，可以假定Ceff随“发射”或照射闪光的数量N呈线性变化，所以N次发射之后的Ceff可以以y＝mx+b的形式表示如下：
Ceff＝Sd(n-1)＊N+Od(n-1)
其中，Sd(n-1)是最新的效率降级斜率(初始设置为估计值)；
N是发射次数，即已经产生的照射闪光的数量；以及
Od(n-1)是最新的效率偏移值(初始设置为估计值)。
在本实施例中，效率降级斜率值Sd(n-1)的初值设置为零，但如下所述，它随着漂移控制例程236的每一次执行而对自身进行调节(例如，如果系统效率慢慢减小则变成接近于零的负值)。类似地，效率偏移Od(n-1)的初值设置为当前系统效率的估计值(例如，在本实施例中，对于N ＝0，Od(n-1)的初值可以设置为Ceff＝0.16，如文中早先更详细描述的。
在这个实施例中，漂移控制例程236控制处理器电路110在每一次闪光或“发射”之后更新斜率和偏移值Sd(n)和Od(n)。对于每一次发射，处理器电路110被控制成与测量系统102(或更具体地，与测量器件侧表面104的温度的超快辐射计400)配合来有效地测量并存储所测得的温度跃变值ΔTM，该值表示工件表面104所经历的由照射闪光造成的实际温度跃变。为了确定这个所测得的温度跃变值，漂移控制例程236控制处理器电路110确定存储在器件侧温度存储单元280中的表示表面104在闪光期间的峰值温度的最高温度值，并从其中减去存储在器件侧温度存储单元280中的针对时间索引值t＝0的初始温度值(在这方面，时间索引值t＝0对应于照射闪光开始的时刻，在该时刻所测得的器件侧温度应该理想地等于用户所规定的中温TINT，其中在闪光开始之前工件106要加热到该中温)。在这个实施例中，处理器电路110被控制成将所测得的温度跃变值ΔTM存储在效率参数存储单元238中。
作为替换，不使用测量系统102，而可以以其它适合的测量装置代替来监测热效率参数。例如在所监测的参数是辐射能量密度而不是温度跃变的实施例中，可以由安装在室130的内壁140上的单独测光计(lightmeter)(未示出)来测量。
在本实施例中，漂移控制例程236控制处理器电路110使用所测得的温度跃变值ΔTM和来自工件参数存储单元240的对应于工件106的工件参数OTE和STE来计算对应于实际所测得的温度跃变的有效电能值ECHM：
E CHM = e ( Δ T M - O TE S TE )
漂移控制例程236然后控制处理器电路110计算刚刚完成的特定热循环的效率Cmeff(N)。在这个实施例中，处理器电路被控制成按照下式计算这个效率值：
C meff ( N ) = E CHM E ADJ _ EC * F * C TE
其中，ECHM按照上述刚刚示出的式子计算；
EADJ_EC是存储在充电参数存储单元278中的经效率调节和发射率校正的电能值，该值由处理器电路在预调节例程222的控制下计算，并且被用来确定用来产生照射闪光的电容器组充电电压；
CTE是计算和存储来自工件参数存储单元240中的记录的对应于工件106的工件表征值OTE和STE时的系统效率；
F是闪光干预效果指标，其由处理器电路在闪光反馈控制例程224的控制下存储在闪光干预效果寄存器290中，如文中早先所描述的。
在本实施例中，后面的闪光干预效果指标F被用来对这样的情况做出补偿：即如果功率减小电路320或350被处理器电路在闪光反馈控制例程224的控制下激励了，则提供给闪光灯以产生照射闪光的总电能已经小于EADJ_EC，且提供给闪光灯的峰值电功率可能也已经减小，这取决于功率减小电路被激励的时间。这样在这个实施例中，电流减小查询表232中的每一个记录包含闪光干预效果指标F的值，该值在本实施例中根据经验来确定。类似地，在本实施例中，电流增大查询表234中的每一个记录也包含闪光干预效果指标F的对应值。
作为替换，在闪光反馈控制被省略的实施例中，闪光干预效果指标F从上式中省略。类似地，在没有提供预调节(发射率补偿)的实施例中，以原始电能值EADJ来代替上式中的EADJ_EC，如文中早先所描述的，该EADJ值由处理器电路110在主RTP例程的控制下计算并存储在充电参数存储单元278中。这样，在一个既没有提供预调节例程222也没有提供闪光反馈控制例程224的示例性的简化可替换实施例中，刚刚完成的特定热循环的效率Cmeff(N)按照下式计算：
C meff ( N ) = E CHM E ADJ * C TE
在本实施例中，然后更新斜率和偏移值Sd(n)和Od(n)。在这个实施例中，这通过对最新的数量为M的这样测量的效率Cmeff(N)执行移动线性最小二乘法(LLS)拟合来实现：
O d ( n ) = ( Σ i = N - M N C meff ( i ) ) ( Σ i = N - M N i 2 ) - ( Σ i = N - M N i ) ( Σ i = N - M N i * C meff ( i ) ) M * Σ i = N - M N i 2 - ( Σ i = N - M N i ) 2
S d ( n ) = M * Σ i = N - M N i * C meff ( i ) - ( Σ i = N - M N i ) ( Σ i = N - M N C meff ( i ) ) M * Σ i = N - M N i 2 - ( Σ i = N - M N i ) 2
用来计算上述斜率和偏移计算值的采样数量M将确定漂移控制例程的滤波器特性。大体上，采样数量M太小会造成“抖动”，即相继的运行之间的效率校正会太大而不理想。相反，如果M太大，则系统对效率随时间的变化的校正就会太慢。在本实施例中，M优选地小于100。更具体地，在这个实施例中，M＝75。作为替换，可以以其它大于或小于100的M值代替。
作为替换，可以利用移动线性最小二乘法拟合之外的方法来更新效率参数。例如，可以以其它滤波方法代替，如移动平均法或指数加权的移动平均法。更一般地，系统效率的降级不必近似为形式为y＝mx+b或C＝SN+O的线性降级，而可以以其它函数关系和更新方法代替。
然后处理器电路110被控制成利用所更新的斜率和偏移值来计算修正的总效率值Ceff(N)。在这个实施例中，处理器电路110被控制成将所更新的斜率、偏移和效率值存储在效率参数存储单元238和286中。在为下一个热循环设置充电能量和电压值的过程中，处理器电路110将在主RTP例程221的控制下对这个所更新的效率值Ceff(N)加以考虑，如文中早先结合主RTP例程221所更详细描述的。
如果需要，在存储所更新的效率参数S(n)、Od(n)和Ceff(N)之前，漂移控制例程236可以控制处理器电路110将这些所更新的参数与它们的最新值比较，如果这些参数中的任何一个参数的变化超过了阈值最大调节，处理器电路可以被控制成代之以将一个或多个相关的效率参数只调节所述最大阈值调节量，而不是以上述所计算的实际(更大的)调节量。这种方法能够有助于防止效率值在循环与循环之间变化太大，从而防止任何可能出现在特定循环中的个别异常对下一个循环影响太大。
前述假定工件106是预表征的工件类型之一，其表征值STE、OTE和CTE已经存储在工件参数存储单元240中的对应记录中。作为替换，针对处理工件不是预表征类型之一且没有这样的表征值可用的热循环，当前系统效率值可以以其它方式来更新。例如，可以假定系统效率在循环与循环之间的变化由存储在效率参数存储单元238和286中的最新更新的斜率降级效率值SD来精确地表征，所以对于单个循环，Ceff(N)＝Ceff(N-1)+Sd(N-1)。所更新的效率值Ceff(N)可以存储在效率参数存储单元238和286中，尽管在这种情况下，效率降级斜率值不必更新。
在这个实施例中，在对系统效率参数的上述更新之后，漂移控制例程236控制处理器电路110将所更新的系统效率值Ceff(N)与预定的最小系统效率阈值CMIN比较。如果当前系统效率值Ceff(N)已经达到最小系统效率阈值CMIN或下降到最小系统效率阈值CMIN以下，则漂移控制例程控制处理器电路通知系统100的用户以指示应该对系统维护和保养了。
其它方面和替换
参考图1、9和10，在这个实施例中，处理器电路110配置成与照射系统180和电源系统188配合来将如图10中1010所示的电脉冲提供给配置成产生入射到工件106上的照射闪光的照射装置。在这个实施例中，电脉冲1010的下降时间(t3-t1)小于它的上升时间(t1-t0)。
在这方面，参考图9和10，通过闪光灯182释放以产生入射到工件表面104上的照射闪光的示例性电弧电流总体上以910示出。工件表面104的温度在总体上以920示出，并且，当在如图9所示的同一个时间线上绘出电弧电流时，滞后该电弧电流(在图9所示的示例性实例中，峰值表面温度922滞后峰值电弧电流912大约0.4ms)。在这个实例中，当电弧电流下降时，电弧电流910具有关于时间的电流不稳定区914，该不稳定区又导致工件表面104的温度920的关于时间的温度不稳定区924。为了进一步改善热处理的可重复性，在这个实施例中系统100配置成减小这些不稳定区。
为了实现这一点，在这个实施例中，处理器电路110和电源系统188配置成使类似于图10所示的电脉冲1010的电脉冲被提供给照射系统180的每一个闪光灯。在这方面，因为电脉冲1010的下降时间快于它的上升时间，电脉冲1010的不稳定区1014具有比图9所示的电弧电流910的对应不稳定区914更陡的斜率，故而具有更短的持续时间(t3-t1)。因此，工件表面温度1020的对应的关于时间的不稳定区1024也具有比图9所示的不稳定区924更陡的斜率和更短的持续时间。因此，使用图10所示的电脉冲1010有效地减小了这些区中的电流和温度不稳定性，从而改善使用系统100的热处理的可重复性。
在这个实施例中，脉冲1010包括大体上锯齿状的脉冲。如果需要，脉冲的锯齿形状可以产生得更尖。例如，如果可利用的是近乎方形的输入波形，则可以利用电感器将这样的波形变换成下降时间小于其上升时间的大体上三角形的脉冲。
在这个实施例中，处理器电路配置成使脉冲1010从上升时间突变到下降时间。更具体地，在这个实施例中，处理器电路配置成开启消弧电路以使脉冲从上升时间突变到下降时间。在这个实施例中，消弧电路以并联方式与闪光灯连接。这样，用于此目的的消弧电路可以包括类似于图3中的350所示的功率减小电路，或者作为替换，可以包括类似于下述的图12和13中所示的消弧电路。对这样的消弧电路的开启有效地相当于将照射装置短接，从而使脉冲从上升时间突变到下降时间。
参考图1、2、3和11，图11中的1100总体上示出了根据本发明的一个可替换实施例的功率控制电路。在这个实施例中，功率控制电路1100有些类似于图3所示的功率控制电路，并且包括第一功率增大电路330。然而，与功率控制电路300不同的是，功率控制电路1100还包括第二功率增大电路1104，第二功率增大电路1104又包括补充的电容器1106和二极管1108。在这个实施例中，电容器1106具有667μF的电容。在本实施例中，当照射闪光开始时，晶闸管332处于不导通状态，这结合二极管1108的存在而防止了电容器1106通过闪光灯182放电。然而，如果处理器电路110在闪光反馈控制例程224的控制下确定增大闪光其余部分的峰值功率输出是理想的，则处理器电路向晶闸管332施加栅极电压，从而将其置于导通状态，其结果是如上所述的电流增大效果。然而，除了先前所描述的电流增大效果，将晶闸管332置于导通状态还允许补充的电容器1106通过闪光灯182和电感器334放电，从而提供了附加的电流增大。这样，在这个实施例中，增大照射闪光的峰值功率输出包括使补充的电容器通过闪光灯182和电感器334放电。
尽管为方便处理器电路110控制电流流动在上述实施例中使用了晶闸管，作为替换，可以以其它固态装置或更一般地以其它适合的电路来代替。例如，如果需要，可以用绝缘栅双极晶体管(IGBT)代替晶闸管322、332、336和352。在这方面，尽管IGBT典型地不能承载像晶闸管那么多的电流，但具有日益增大的电流承载能力的IGBT正逐渐变得在大范围内可用。此外，IGBT具有附加的优点，即它们能够被关闭，而晶闸管一旦由于栅极电压的施加而被置于导通状态，则当去掉栅极电压时仍继续导通，并且只要通过晶闸管的电流超过阈值保持电流就导通。
尽管上述主要实施例包括了多个功率控制电路，即两个功率减小电路320和350以及功率增大电路330，作为替换，其它实施例可以包括仅仅一个这样的功率控制电路或者其它类型的电路。
例如，在一个可替换实施例中，只提供了功率减小电路350，而省略了功率减小电路320和功率增大电路330。在这样的实施例中，如果需要，可以修改存储在工件参数存储单元240中的工件表征值，以保证所得到的用来产生照射闪光的电量总是比足以达到想要的峰值温度的电量还多，所以总是需要功率减小电路350的干预。在这方面，这样的实施例对于某些改进应用会特别有利。例如，在为离子/掺杂剂活化而对半导体晶片退火时，尽管晶片的器件侧的峰值温度的变化强烈地影响处理结果(活化和扩散)，温度时间曲线的形状的变化对于某些实施例也会是显著的。例如，温度时间曲线在相同峰值温度的100℃内的不同形状会产生可能显著的变化，这取决于所涉及的具体的可重复性和一致性要求。温度时间曲线典型地滞后产生照射闪光的电脉冲的电流时间曲线，但形状也可能不同，而电流脉冲形状的相对微小的变化可能会引起晶片器件侧的温度时间曲线形状的可能显著的变化。因此有利地是，较之于偶尔但不总是需要这样的干预的实施例，总是需要功率减小电路350的干预的实施例将在晶片与晶片之间产生更加一致的电流脉冲形状，故而产生更加一致的器件侧的温度时间曲线形状。
类似地，在另一个实施例中，只提供了功率减小电路320。如果需要，可以对存储在工件参数存储单元240中的工件表征值作类似的修改，以保证总是需要功率减小电路320的干预。
相反地，在其它实施例中，可以只提供图3所示的功率增大电路330或者图11所示的对它的修改。如果需要，在这样的实施例中，可以修改存储在工件参数存储单元240中的工件表征值，以保证所得到的用来产生照射闪光的电量总是略微不足以达到想要的峰值温度，所以总是需要功率增大电路330的干预。
尽管可以使用上述特定的实施例来实现循环与循环之间的一致的热循环和一致的峰值温度，作为替换，在某些实施例中，即使对于看起来相同的工件，有意识地寻求略微不同的峰值温度以改善处理的最终结果的一致性会是理想的。在这方面，如果在一个特定实施例中的处理结果可以被温度时间曲线形状而不是仅仅被峰值温度显著地影响，那么，如果实现了相同的峰值温度但其温度时间曲线不同的话，由文中所述的各种脉冲修改电路所产生的脉冲形状的改变实际上可以产生略微不同的处理结果。例如，对于涉及半导体晶片器件侧的离子/掺杂剂活化和扩散的某些应用来说，温度时间曲线在相同峰值温度的100℃内的不同形状会产生可能显著的变化，这取决于所涉及的具体的可重复性和一致性要求。在这样一个实施例中，如果实时器件侧温度测量值表明向着峰值温度的晶片器件侧的加热比所期望的快(例如由于器件侧发射率大于所期望的)，因而早于所期望的那样而需要电流减小电路350的干预，那么所引起的器件侧温度时间曲线形状的改变可以产生略微不同的离子/掺杂剂活化和扩散结果，即使精确地实现了想要的峰值温度。因此在这样一个实施例中，对相关脉冲修改电路的激励的定时可以调节成有意识地使器件侧峰值温度偏离先前所限定的想要的峰值温度，以便使所得到与想要的峰值温度的偏离补偿与期望温度时间曲线形状的偏离，从而实现更加一致的总体离子/掺杂剂活化和扩散结果。
然而，作为替换，在可重复性和一致性要求不太严格的其它实施例中，与峰值温度的变化相比，温度时间曲线形状变化的影响对于一个具体的应用来说是可忽略不计的，因此可以将其忽略。
在可替换实施例中，可以提供其它类型的功率减小电路和/或功率增大电路。例如，参考图1、2、3和12，图12的1200总体上示出了根据本发明的一个可替换实施例的功率控制电路。在这个实施例中，功率控制电路1200包括功率减小电路1202。在这个实施例中，功率减小电路1202有些类似于图3所示的功率减小电路350，但省去了电阻器356。这样，在这个实施例中，功率减小电路1202包括消弧电路，该消弧电路又包括开关电路和电感器1206。在这个实施例中，开关电路包括单个开关元件1204。更具体地，在这个实施例中，开关元件1204是晶闸管，尽管作为替换，可以以例如IGBT(绝缘栅双极晶体管)的其它类型的开关代替。由于某些类型的晶闸管可能被过大的电流增大速率损坏，电感器1206在这个实施例中用来有效地限制电流增大速率dI/dt，以保护开关元件1204不受到潜在的损坏。在这个实施例中，电感器1206的电感(其不必与电感器354的电感相同)选择为尽可能低，以便能达到上述后一个目的，而同时又提供比闪光灯182的阻抗小得多的阻抗。在本实施例中，晶闸管336被置于导通状态以允许电容器组328通过闪光灯182开始放电而产生照射闪光。如以上结合闪光反馈控制例程224所描述的，如果工件表面104的温度测量值在闪光的初始部分期间表明表面104被加热得太快且将有可能超过想要的峰值温度，则处理器电路在处理器电路根据闪光反馈控制例程224的控制所确定的时间向开关元件1204施加栅极电压，以使开关元件1204从不导通状态转变成导通状态，从而允许存储在电容器组328中的其余电量通过开关元件1204和电感器1206，而不是通过闪光灯182来开始放电。有利的是，与功率减小电路350相比，对功率减小电路1202的这样的激励导致照射闪光的更快的终止。
参考图1、2、3、12和13，图13的1300总体上示出了根据本发明的另一个可替换实施例的功率控制电路。在这个实施例中，功率控制电路1300包括功率减小电路1302。在本实施例中，功率减小电路1302有些类似于图12所示的功率减小电路1202，但省去了电感器1206。这样，在这个实施例中，功率减小电路1302包括消弧电路，该消弧电路又包括开关电路。更具体地，在这个实施例中，开关电路包括单个开关元件1304。在这个实施例中，开关元件是半导体开关。更具体地，在这个实施例中，开关元件1304是晶闸管，尽管作为替换，可以以例如IGBT(绝缘栅双极晶体管)的其它类型的开关代替。在这方面，尽管晶闸管和IGBT在以前往往对过大的电流增大速率敏感，但对这样过大的电流增大速率有日益增大的耐受力的晶闸管和IGBT正日益变得在大范围内可用。这样，根据具体实施例中的电流幅度和它的变化速率，可以单独提供开关元件1304，使得当开关元件1304由处理器电路110在闪光反馈控制例程224的控制下置于导通状态时，不需要电感器来保护它不受到电流的高增大速率的损坏。对于具体的应用，如果没有可用的具有足够鲁棒性的单个开关元件1304，则可以对各种系统进行修改。例如，可以提供更大数量的闪光灯和功率控制电路，使得每一个功率减小电路1302经受较低的总电流和电流增大速率。
或者作为另一种替换，功率减小电路1302的开关电路可以不包括单个开关元件1304，而是可以改为包括多个开关元件。例如，开关电路可以不包括单个晶闸管或单个IGBT，而是可以包括相互并联的多个晶闸管，或者相互并联的多个IGBT。这样，在一个示例性的可替换实施例中，开关电路可以包括许多并联的IGBT，对其数量的选择应该满足例如每5kA的峰值电流一个IGBT。
类似地，返回参考图12，如果需要，可以用多个并联的开关元件代替单个开关元件1204。
尽管图12和13中的功率减小电路1202和1302以与闪光灯182并联的方式示出，作为替换，类似于例如图3所示的电流减小电路320的连接，这两个功率减小电路中的任何一个可以改为以与电容器组328并联的方式连接。功率减小电路与闪光灯而不是与电容器并联连接往往产生放电的更快的下降时间以及作得到的照射闪光的更快的下降时间，这往往又有利地导致表面104更快的冷却、工件中更少的掺杂剂扩散以及更低的热应力，并且还可以提高闪光灯电极的寿命，尽管在不同的应用和实施例之间，这些优点的重要性或其不足会有所不同。
尽管利用四个闪光灯对示例性实施例进行了描述，作为替换，如果需要，可以以例如一个的更小数量的闪光灯代替。相反地，可以以例如30、40或以上的更大数量的闪光灯代替。类似地，可以以不同类型的闪光灯代替。例如如果需要，可以改为由微波脉冲发生器来产生照射闪光。
返回参考图2，如果需要，为了便于加快处理量，存储器装置260可被分成两个区域：一个是“当前”区域，用于存储涉及当前支撑在室130中进行热处理的工件的信息；另一个是“下一个”区域，用于存储涉及目前正在室130外测量并且将在完成对所述“当前”工件的处理时放入室130中处理的工件的信息。
更一般地，尽管已经描述和图示了本发明的特定实施例，应该认为本发明的这些实施例仅仅是示例性的，而不是象所附权利要求中所解释的那样，对本发明构成限制。

Claims (66)

1.一种可重复热处理方法，包括：
a)监测与被配置成产生入射到半导体晶片表面上的照射闪光的照射系统关联的至少一个热效率参数，其中所述监测包括如下中的至少一个：
根据所述照射闪光所造成的所述晶片表面的实际温度增大量的测量值来计算与所述照射系统关联的所述至少一个热效率参数；以及
监测到达所述表面的闪光的辐射能量的能量密度；以及
b)根据对所述热效率参数的监测，自动更新所述照射系统用来产生所述照射闪光的控制信息，其中，所述自动更新包括以下中的至少一个：
自动更新至少一个存储的热效率参数；以及
自动改变所述照射闪光的输出能量。
2.权利要求1的方法，其中，所述监测包括根据所述照射闪光所造成的所述晶片表面的所述实际温度增大量的所述测量值来计算与所述照射系统关联的所述至少一个热效率参数。
3.权利要求1的方法，其中，所述监测包括监测到达所述表面的闪光的所述辐射能量的所述能量密度。
4.权利要求2或3的方法，其中，所述自动更新包括自动更新所述至少一个存储的热效率参数。
5.权利要求2或3的方法，其中，所述自动更新包括自动改变所述照射闪光的所述输出能量。
6.权利要求5的方法，其中，所述自动改变包括自动改变用来产生所述照射闪光的存储电量。
7.权利要求1的方法，进一步包括：
c)根据所述表面的加热参数的测量值，预计所述照射闪光对所述晶片表面的加热效果；以及
d)根据所预计的加热效果对所述照射闪光进行预调节。
8.权利要求7的方法，还包括：
e)产生经预调节的入射到所述晶片表面上的照射闪光；
f)在入射到所述晶片表面上的所述照射闪光的初始部分期间测量所述晶片表面的温度；以及
g)根据所述温度，控制所述照射闪光的其余部分的功率。
9.权利要求7或8的方法，其中，所述预计包括：根据多个类似晶片的相应表面的相应加热参数的相应测量值，预计待入射到所述相应表面上的类似照射闪光的相应加热效果。
10.权利要求9的方法，其中，所述多个晶片看起来是相同的。
11.权利要求7或8的方法，其中，所述预计照射闪光的加热效果包括预计表面的峰值温度。
12.权利要求7或8的方法，其中，所述预计照射闪光的加热效果包括预计待由表面吸收的照射闪光的能量。
13.权利要求7或8的方法，进一步包括测量表面的加热参数。
14.权利要求13的方法，其中，测量加热参数包括测量表面的反射率。
15.权利要求13的方法，其中，测量加热参数包括测量表面的发射率。
16.权利要求13的方法，其中，所述测量包括针对对应于照射闪光的波长谱来测量加热参数。
17.权利要求16的方法，其中，所述测量包括在所述谱的多个相应波长处测量加热参数的多个值。
18.权利要求13的方法，其中，测量加热参数包括补偿加热参数的小规模角度变化。
19.权利要求18的方法，其中，所述补偿包括在足够大的表面区域上测量加热参数以有效地平均掉所述小规模角度变化。
20.权利要求19的方法，其中，所述表面包括半导体晶片的器件侧，以及，在足够大的区域上测量加热参数包括在至少大约1cm宽的区域上测量加热参数。
21.权利要求20的方法，其中，所述测量包括在至少大约2cm宽的区域上测量加热参数。
22.权利要求18的方法，其中，所述测量包括利用光纤探测器测量加热参数。
23.权利要求15的方法，其中，测量发射率包括利用包括照射闪光波长的照射谱来照射表面。
24.权利要求23的方法，其中，所述照射包括利用照射闪光源以外的照射源所产生的照射谱来照射表面。
25.权利要求24的方法，其中，所述照射源进一步包括配置成仿真照射闪光源的照射谱的滤波器。
26.权利要求23的方法，其中，所述预调节包括对待入射到第一晶片的第一表面上的未来照射闪光进行预调节，该预调节是在当前照射闪光入射到第二晶片的相似表面上的同时进行的。
27.权利要求7或8的方法，其中，预计加热效果包括根据表面的发射率的测量值以及照射闪光待传送到表面的能量来预计加热效果。
28.权利要求10的方法，其中，预计加热效果包括根据表面的发射率的测量值以及照射闪光待传送到表面的能量来预计加热效果。
29.权利要求17的方法，其中，预计加热效果包括将在所述谱的所述多个相应波长的所述多个加热参数值与多个照射值进行卷积，所述照射值指示在闪光待传送到表面的所述相应波长的相应照射的量。
30.权利要求29的方法，其中所述卷积包括将所述表面在所述多个相应波长的多个吸收率值与多个照射能量值进行卷积，所述照射能量值指示在闪光待传送到所述表面的所述相应波长的相应辐射能量
31.权利要求30的方法，其中，预计加热效果进一步包括对多个产生于卷积的吸收能量值求和。
32.权利要求7或8的方法，其中，所述预调节包括预调节待用来产生照射闪光的电能存储量。
33.权利要求32的方法，其中，所述电能存储量包括存储在电容器组中的电量。
34.权利要求1至3中的任意一项的方法，进一步包括：
c)产生入射到所述晶片表面上的照射闪光；
d)在入射到所述晶片表面上的照射闪光的初始部分期间测量所述晶片表面的温度；
e)根据所述温度，控制所述照射闪光的其余部分的功率。
35.权利要求6的方法，进一步包括：
c)产生入射到所述晶片表面上的照射闪光；
d)在入射到所述晶片表面上的照射闪光的初始部分期间测量所述晶片表面的温度；
e)根据所述温度，控制所述照射闪光的其余部分的功率。
36.权利要求8的方法，其中，所述照射闪光具有小于晶片热传导时间的持续时间。
37.权利要求8的方法，其中，所述照射闪光以至少大约1MW的速率将能量传送到表面。
38.权利要求8的方法，其中，所述初始部分具有小于大约一毫秒的持续时间。
39.权利要求8的方法，其中，所述初始部分具有小于大约二分之一毫秒的持续时间。
40.权利要求8的方法，其中，所述测量包括在照射闪光的初始部分期间的多个相应时间获得所述表面温度的多个测量值。
41.权利要求8的方法，其中，测量温度包括利用高速辐射计来测量温度。
42.权利要求41的方法，其中，所述辐射计包括InGaAs光电二极管。
43.权利要求8的方法，进一步包括将所述温度与期望温度相比较。
44.权利要求40的方法，进一步包括将所述多个温度测量值中的至少一个与期望温度轨迹相比较。
45.权利要求8的方法，其中，所述控制包括修改照射闪光的其余部分以减小表面的峰值温度。
46.权利要求45的方法，其中，所述修改包括减小照射闪光的其余部分的能量输出。
47.权利要求46的方法，其中，所述减小包括开启与照射闪光源和该照射闪光源的电源通信的消弧电路。
48.权利要求46的方法，其中，所述减小包括开启以并联方式与闪光灯或电容器组连接的消弧电路。
49.权利要求8的方法，其中，所述控制包括修改照射闪光的其余部分以增大表面的峰值温度。
50.权利要求49的方法，其中，所述控制包括增大照射闪光的其余部分的峰值功率输出。
51.权利要求50的方法，其中，所述增大包括开启与照射闪光源和该照射闪光源的电源通信的电感性消弧电路。
52.权利要求50的方法，其中，所述照射闪光由弧光灯产生，该弧光灯由放电电流来供电，所述放电电流流过具有第一电感的第一电路径以产生照射闪光的初始部分，并且所述增大包括使放电电流流过具有小于第一电感的第二电感的第二电路径。
53.权利要求52的方法，其中，所述增大进一步包括通过所述弧光灯将电容器放电。
54.权利要求1-3、7、8、36-53中的任何一项的方法，进一步包括：将电脉冲提供给配置成产生入射到晶片上的照射闪光的照射装置，其中所述脉冲的下降时间小于所述脉冲的上升时间。
55.权利要求54的方法，其中，所述脉冲包括锯齿状脉冲。
56.权利要求54的方法，其中，所述提供包括致使所述脉冲从上升时间突变到下降时间。
57.权利要求56的方法，其中，所述致使包括开启消弧电路来致使所述脉冲从上升时间转变到下降时间。
58.权利要求56的方法，其中，所述致使包括将所述照射装置短接来致使所述脉冲从上升时间转变到下降时间。
59.一种可重复热处理的设备，包括：
用于监测与被配置成产生入射到半导体晶片表面上的照射闪光的照射系统关联的至少一个热效率参数的装置，其中所述用于监测的装置包括以下中的至少一个：
用于根据所述照射闪光所造成的所述晶片表面的实际温度增大量的测量值来计算与所述照射系统关联的所述至少一个热效率参数的装置；以及
用于监测到达所述表面的闪光的辐射能量的能量密度的装置；以及
用于根据对所述热效率参数的监测，自动更新所述照射系统用来产生所述照射闪光的控制信息的装置，其中，所述用于自动更新的装置包括以下中的至少一个：
用于自动更新至少一个存储的热效率参数的装置；以及
用于自动改变所述照射闪光的输出能量的装置。
60.权利要求59的设备，进一步包括：
用于根据所述晶片表面的加热参数的测量值，预计待入射到所述晶片表面上的照射闪光的加热效果的装置；以及
用于根据所预计的加热效果对所述照射闪光进行预调节的装置。
61.权利要求59或权利要求60的设备，进一步包括：
用于产生待入射到所述晶片表面上的照射闪光的装置；
用于在入射到所述晶片表面上的照射闪光的初始部分期间测量所述晶片表面的温度的装置；以及
用于根据所述温度，控制所述照射闪光的其余部分的功率的装置。
62.权利要求59或权利要求60的设备，进一步包括：用于向配置成产生入射到所述晶片上的照射闪光的照射装置供给电脉冲的装置，其中，所述脉冲的下降时间小于所述脉冲的上升时间。
63.一种可重复热处理的设备，包括：
a)测量系统，配置成监测与被配置成产生入射到半导体晶片表面上的照射闪光的照射系统关联的至少一个热效率参数，其中所述测量系统被配置成通过以下中的至少一个监测所述热效率参数：
计算与所述照射系统关联的所述至少一个热效率参数；以及
监测到达所述表面的闪光的辐射能量的能量密度；以及
b)与所述测量系统通信的处理器电路，其中所述处理器电路配置成根据对所述热效率参数的监测，自动更新所述照射系统用来产生所述照射闪光的控制信息，其中所述处理器电路被配置为通过以下中的至少一个自动更新所述控制信息：
自动更新至少一个存储的热效率参数；以及
自动改变所述照射闪光的输出能量。
64.权利要求63的设备，进一步包括配置成产生入射到所述晶片表面上的照射闪光的照射系统，其中所述处理器电路与所述照射系统通信，并且，所述处理器电路配置成：
i)根据所述表面的加热参数的测量值，预计所述照射闪光的加热效果；以及
ii)根据所预计的加热效果，对所述照射闪光进行预调节。
65.权利要求63或权利要求64的设备，其中，所述测量系统配置成在入射到所述晶片表面上的照射闪光的初始部分期间测量所述晶片表面的温度，所述处理器电路与所述测量系统和所述照射系统通信，并且所述处理器电路配置成根据所述温度来控制照射闪光其余部分的功率。
66.权利要求63或权利要求64的设备，所述设备包括配置成向产生入射到所述晶片表面上的照射闪光的照射系统供给电脉冲的电脉冲源，其中，所述脉冲的下降时间小于所述脉冲的上升时间。
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