发明内容
除了可以辐照闪光导致的半导体晶片的快速热变形之外，半导体晶片还可以在热处理期间的其它情形下热变形。
例如，如果热梯度在相当慢的预加热阶段期间贯穿晶片的厚度而存在，(例如，作为只辐照晶片的一个面，或使用不相等的功率辐照两个面的结果)，晶片的较热面比较冷面热膨胀更多，因此趋于引起晶片变形为穹顶形状，穹顶的外表面上具有较热侧。
作为进一步的示例，如果薄膜已被施加到晶片的一个表面，存在这样的可能：薄膜可具有与在晶片的另一侧的材料(其可以是晶片衬底，或施加到另一侧的不同薄膜)不同的热膨胀系数(CTE)。这还可能趋于产生晶片的热变形。
发明人已经认明在热处理期间这样的变形对半导体晶片或其它工件的诸多影响，例如，发明人已观察到，晶片表面放射或反射的电磁辐照的测量可能易受晶片的变形所引起的测量误差影响。例如，如果正在测量晶片表面的反射率，由于与晶片的热变形穹顶形状相关的放大率或球面透镜效应，由晶片反射的并在检测器处接收的照明辐照的强度将随着晶片从平面形状热变形为穹顶形状而变化，从而引入了测量误差源。如果这样的反射率测量被用来产生发射率补偿温度测量，这样的温度测量还将受到这样的测量误差的影响。
作为在热处理时热变形效应的另一个示例，共同拥有的通过引用并入本文的美国专利申请公开号US 2004/0178553公开了这样的实施例，其中，通过两个连续闪光而不是通过单个的辐照闪光将晶片的器件侧加热到期望退火温度。初始辐照闪光将晶片热变形为穹顶形状，闪光灯比晶片的外周更靠近器件侧的中心。在器件侧已经热变形为这样的穹顶形状时，在器件侧开始变回其平衡形状之前，第二次辐照闪光被定时以撞击器件侧。与如果通过将晶片暴露在仅仅单一的辐照闪光下，器件侧已被加热到退火温度的情形相比，这样的实施例允许器件侧达到期望退火温度，具有晶片损坏或破坏的较小可能，同时具有大体平面形状。本发明人还已发现：将器件侧闪光加热到退火温度之前，这样将晶片预变形为闪光灯比晶片外围更靠近器件侧中心的穹顶形状，与如果退火闪光开始时晶片已经反向预变形、晶片中心比晶片的外周进一步远离闪光灯的情形相比，也会导致损坏或破损的较低可能。因此，本发明人已发现：将晶片热变形为晶片的中心更靠近闪光灯的穹顶形状，在某些情形下可能是有利的，尤其是准备晶片以接收高功率辐照闪光的预备步骤。(为了简化术语，这样的晶片中心垂直地抬高在晶片外周之上的穹顶形状，在本文中指定为“正穹顶”或“正曲率”穹顶形状。相反地，晶片的外周垂直地抬高在晶片中心之上的穹顶形状在本文中被指定为“负穹顶”或“负曲率”穹顶形状。)
相反地，然而，本发明人还已发现，取决于其大小和热处理系统的物理参数，相同类型的“正曲率”热变形可能是不利的。例如，美国专利号7,501,607公开了：晶片的热变形可导致不期望的温度不均匀和热失控(thermal runaway)，潜在地导致晶片损坏或破损。在这个示例中，如果晶片以器件侧过分热于晶片背面的方式进行预加热(例如，通过辐照器件侧来预加热晶片)，则因此作为结果的热弯曲趋于发生在在本文所定义的“正”方向上，晶片的中心区域轻微地上升，并远离将晶片支撑在其上的支撑板，且晶片的外边缘移动靠近支撑板。在这样的热弯曲的情况下，随着晶片背面的外边缘移动靠近支撑板，从背面的外边缘到支撑板的热传导率上升了，结果是器件侧和背面之间的温差甚至变得更大了，引起热弯曲效应的进一步加剧。此外，当外边缘比晶片的其它部分凉时，外边缘趋于收缩，这又迫使晶片的热膨胀中心甚至进一步热弯曲。因此，晶片弯曲越多，从晶片边缘至支撑板的传导越大，其又引起进一步弯曲以及边缘处甚至更大的传导热失控。在这种情况下，可发生热失控，并可导致在晶片中的不期望的大的温度梯度。取决于不均匀性的大小，这些不均匀性可以损坏或甚至使晶片断裂。除了预加热阶段之外，这样的热耦合和热失控效应还可以发生在辐照闪光之后的随后冷却阶段。
因此，晶片的相同普通类型的“正”曲率变形，可能对于降低由辐照闪光引起的断裂的可能性是有利的，取决于曲率的大小和热处理系统的其它参数也可能是不利的，引起不期望的热梯度和潜在的热失控。
根据本发明的说明性实施例，提供了一种方法，该方法包括：测量工件在其热处理期间的变形；以及响应于对所述工件的所述变形的所述测量，关于所述工件的所述热处理而采取措施。有利地，通过测量工件在其热处理期间的变形可采取措施来适当地增强或修改热处理过程。
工件可包括半导体晶片，并且对工件的变形进行测量可包括测量在所述晶片的热加工期间的变形。
采取措施可包括：向在所述热加工期间对所述晶片进行的温度测量施加变形校正。施加可包括：向用来获得所述温度测量的反射率测量施加所述变形校正。有利地是，这样的方法允许对由工件的热变形引入的测量误差进行补偿。
采取措施包括：修改所述晶片的所述热加工。例如，修改可包括：响应于测量出所述晶片的期望变形，启动入射在所述晶片的表面上的辐照闪光。有利地，因此，当晶片的形状是期望变形状况(例如，其可以是在预定的曲率范围内的正穹顶形状)时，可以通过测量晶片的变形并启动辐照闪光来降低由闪光导致的晶片的损坏或断损的可能性。
修改可以包括抵消晶片中的热失控。修改可以包括增大所述晶片与其下方的支撑板之间的间距。修改可以包括减小晶片相对于其初始形状的变形。修改可以包括向所述晶片的表面供给额外的热量。修改可以包括中止所述晶片的所述热加工。
测量变形可以包括测量晶片的曲率。测量曲率可以包括：测量晶片已变形为穹顶形状时的曲率半径。
测量曲率可以包括测量由晶片反射的像的变化。例如，测量像的变化可以包括测量由所述晶片反射的所述像的放大率的变化。或者，或此外，测量像的变化可以包括识别所述晶片的表面的至少两条法线。
采取措施可包括诱发所述晶片的期望变形。诱发可包括引起晶片变形为穹顶形状。例如，诱发可以包括引起晶片变形为穹顶形状，其中所述晶片的中心比所述晶片的外周更靠近辐照闪光源。引起可以包括辐照所述晶片的表面以引起所述表面热膨胀。引起可以包括选择性地辐照所述晶片的各相对表面。引起可以包括辐照具有至少一个覆膜表面的晶片。
本方法还可以包括：当所述晶片的所述期望变形已被诱发时，启动入射在所述晶片的表面上的辐照闪光。
根据本发明的另一个说明性实施例，提供了用于对工件进行热处理的设备。设备包括：热处理系统，被配置为对所述工件进行热处理，以及测量系统，被配置为测量所述工件在由所述热处理系统对其进行热处理期间的变形。设备还包括处理器电路，被配置为与所述热处理系统和所述测量系统协作以引起措施响应于所述测量系统测量所述工件的所述变形、关于所述工件的所述热处理而被采取。
工件可以包括半导体晶片，且所述热处理系统(heat-treating system)可包括热加工系统(thermal processing system)。
处理器电路可以被配置为向在所述热加工期间对所述晶片进行的温度测量施加变形校正。处理器电路可以被配置为向用来获得所述温度测量的反射率测量施加所述变形校正。
处理器电路可以被配置为响应于所述测量系统测量所述晶片的变形而修改所述晶片的所述热加工。
热处理系统可以包括辐照闪光源，且处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统响应于所述测量系统测量出所述晶片的期望变形而启动入射在所述晶片的表面上的辐照闪光。
处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统抵消所述晶片中的热失控。处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统增大所述晶片与其下方的支撑板之间的间距。处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统减小所述晶片相对于其初始形状的变形。处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统向所述晶片的表面供给额外的热量。处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统中止所述晶片的所述热加工。
测量系统可以被配置为测量所述晶片的曲率。测量系统可以被配置为测量所述晶片已变形为穹顶形状时的曲率半径。测量系统可以被配置为测量由所述晶片反射的像的变化。例如，测量系统可以被配置为测量由所述晶片反射的所述像的放大率的变化。测量系统可以包括像源和检测器，所述检测器被配置为检测由所述晶片的表面对所述像源的反射。检测器可以包括，例如相机。或者，或此外，测量系统可以被配置为识别所述晶片的表面的至少两条法线。
处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统诱发所述晶片的期望变形。例如，处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统引起所述晶片变形为穹顶形状。例如，穹顶形状可以是所述晶片的中心比所述晶片的外周更靠近辐照闪光源的穹顶形状。
处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统辐照所述晶片的表面以引起所述表面热膨胀。处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统选择性地辐照所述晶片的各相对表面。处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统辐照具有至少一个覆膜表面的晶片。
处理器电路可以被配置为控制所述热处理系统当所述晶片的所述期望变形已被诱发时启动入射在所述晶片的表面上的辐照闪光。
根据本发明的另一个说明性实施例提供了一种设备，该设备包括：用于测量工件在其热处理期间的变形的装置；以及用于响应于对所述工件的变形的测量，关于所述工件的所述热处理而采取措施的装置。
工件可以包括半导体晶片，且所述用于测量所述工件的变形的装置可包括：用于测量在所述晶片的热加工期间的变形的装置。
所述用于采取措施的装置可包括：用于向在所述热加工期间对所述晶片进行的温度测量施加变形校正的装置。所述用于施加的装置可包括：用于向用来获得所述温度测量的反射率测量施加所述变形校正的装置。
所述用于采取措施的装置可包括：用于修改所述晶片的所述热加工的装置。
所述用于修改的装置可包括：用于响应于对所述晶片的期望变形的测量，启动入射在所述晶片的表面上的辐照闪光的装置。
所述用于修改的装置可包括：用于抵消所述晶片中的热失控的装置。所述用于修改的装置可包括：用于增大所述晶片与其下方的支撑板之间的间距的装置。
所述用于修改的装置可包括：用于减小所述晶片相对于其初始形状的变形的装置。所述用于修改的装置可包括：用于向所述晶片的表面供给额外的热量的装置。所述用于修改的装置可包括：用于中止所述晶片的所述热加工的装置。
所述用于测量变形的装置可包括：用于测量所述晶片的曲率的装置。所述用于测量曲率的装置可包括：用于测量所述晶片已变形为穹顶形状时的曲率半径的装置。
所述用于测量曲率的装置可包括：用于测量由所述晶片反射的像的变化的装置。例如，所述用于测量所述像的所述变化的装置可包括：用于测量由所述晶片反射的所述像的放大率的变化的装置。所述用于测量所述像的所述变化的装置可包括：用于识别所述晶片的表面的至少两条法线的装置。
所述用于采取措施的装置可包括：用于诱发所述晶片的期望变形的装置。所述用于诱发的装置可包括：用于引起所述晶片变形为穹顶形状的装置。用于诱发的装置可包括：用于引起所述晶片变形为穹顶形状的装置，在所述穹顶形状中，所述晶片的中心比所述晶片的外周更靠近辐照闪光源。
所述用于引起的装置可包括：用于辐照所述晶片的表面以引起所述表面热膨胀的装置。所述用于引起的装置可包括：用于选择性地辐照所述晶片的各相对表面的装置。用于引起的装置可包括：用于辐照具有至少一个覆膜表面的晶片的装置。
设备还可以包括：用于当所述晶片的所述期望变形已被诱发时启动入射在所述晶片的表面上的辐照闪光的装置。
还公开了一种热处理工件的方法。该方法包括将工件预加热到中间温度，并在仅将工件的表面区域加热到期望温度之前诱发工件的期望变形，其中该期望温度高于在少于工件的热传导时间范围内的中间温度。
还公开了一种用于对工件进行热处理的设备。该设备包括加热系统和处理器电路。该处理器电路被配置为控制加热系统以将工件预加热到中间温度，并在仅将工件的表面区域加热到期望温度之前诱发工件的期望变形，其中该期望温度高于在少于工件的热传导时间范围内的中间温度。
还公开了一种用于对工件进行热处理的设备。该设备包括：用于将工件预加热到中间温度的装置；用于诱发工件的期望变形的装置；以及用于仅将工件的表面区域加热到期望温度的装置，其中该期望温度高于在少于工件的热传导时间范围内的中间温度。
结合附图考察本发明的说明性实施例的以下描述，这些实施例的其它方面和特征对本领域普通技术人员会变得清楚。
具体实施方式
参考图1，根据本发明的第一实施例的用于对工件进行热处理的设备大体示出在100处。在本实施例中，设备100包括：被配置为对工件106进行热处理的热处理系统；被配置为测量所述工件在由所述热处理系统对其进行热处理期间的变形的测量系统；以及处理器电路110。处理器电路110被配置为：与所述热处理系统和所述测量系统协作以引起措施响应于所述测量系统测量所述工件的所述变形、关于所述工件的所述热处理而被采取。
在本实施例中，热处理系统包括：下面详细地描述的背侧加热系统150和顶侧加热系统180。
在本实施例中，测量系统还包括多个测量装置，举例来说，比如下面详细地描述的160、162、164和102处示出的测量装置。
工件
在本实施例中，工件106包含半导体晶片120，加热系统包括热处理系统。更具体地说，在本实施例中，晶片120是用于半导体芯片制造的300mm直径的硅半导体晶片，举例来说，比如处理器。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，在本实施例中，工件的第二表面118包括晶片120的背侧或衬底侧124。
在本实施例中，在晶片120插入到设备100之前，对晶片的器件侧122进行离子注入处理，该离子注入处理将杂质原子引入或掺杂到晶片的器件侧的表面区域中。离子注入处理破坏了晶片的表面区域的晶格结构，并将注入的掺杂原子留在掺杂原子电气不活跃的间隙位置。为了将掺杂原子移动到晶格中的替换位置致使它们电气活跃，并修复离子注入期间发生的对晶格结构所造成的损坏，晶片的器件侧的表面区域通过本文描述的热处理进行退火。
测量系统
在本实施例中，设备100的测量系统被配置为测量晶片120的曲率，更具体地说，如下面详细描述的那样，测量晶片已变形为穹顶形状时的曲率半径。
在本实施例中，设备100的测量系统包括多个测量装置。更具体地说，在本实施例中，测量系统包括像源和检测器，所述检测器被配置为检测通过晶片的表面对像源的反射。
再更具体地说，在本实施例中，像源包括诊断照明源160，检测器包括成像装置162，所述成像装置162被配置为检测通过晶片120的背表面124对诊断照明源160的反射。在本实施例中，测量系统还包括第二检测器，本实施例中所述第二检测器为快速辐射计164。
在本实施例中，除了本文中说明的其它方式外，按共同拥有并在此通过引用合并入本文的美国专利号7,445,382中详细描述的那样组成和布置诊断照明源160、成像装置162以及快速辐射计164。因此，在本实施例中，成像装置162包括相机，在本实施例中，相机为可操作用以产生晶片120的背面124的像的红外相机。在本实施例中，红外相机包括二极管阵列，或更具体地说包括光电二极管焦平面阵列。再更具体地，在本实施例中，红外相机包括具有12-bit灵敏度的320×256像素的铟镓砷化物(InGaAs)光电二极管阵列。相机还包括聚焦光学器件(未示出)，且还包括大约以1450nm为中心的窄带滤波器，以使得相机只对1450nm的诊断波长和以1450nm附近为中心的非常窄的带宽(例如±15nm)敏感。在本实施例中，诊断照明源160还包括可操作用以产生1450nm诊断波长的诊断闪光短弧氙弧灯。在本实施例中，装置160、162和164均被定位为旁路水冷窗156，以使得水冷窗156不过滤由诊断照明源160产生的照明辐照，也不过滤由成像装置162或快速辐射计164所接收的辐照。如在美国专利号7,445,382中详细描述的那样，还提供同步器来同步诊断照明源160和成像装置162的工作。为了简明起见，在美国专利号7,445,382中描述的测量系统的各种组件的进一步细节在此省略。
作为对在美国专利号7,445,382中公开的测量方法的有利改进，在本实施例中，如以下面详细描述的那样，诊断照明源160和成像装置162用来测量热处理期间晶片120的变形，并用来生成变形校正，该变形校正将被施加到由成像装置162获得的晶片背表面的反射率测量。
在本实施例中，诊断照明源160相对于成像装置162的位置，与它们在美国专利号7,445,382中公开的相对配置相比，已稍作改变。更具体地来说，在本实施例中，诊断照明源160和成像源162对称地定位和形成角度，以使得诊断照明源160的像通过晶片的背面124的中心区域反射到成像装置162。
设备100的测量系统还可以包括顶面测量系统102，顶面测量系统102可以用来测量晶片120的器件侧122的温度，或用于其它目的。
或者，视需要，顶面测量系统102可以从特定的实施例中省略。
热处理系统
通常，除了如在此描述的那样，本实施例的设备100与通过引用结合于本文的共同拥有的美国专利申请公开号US 2007/0069161中描述的热处理设备是相同的。因此，为简明起见，在US 2007/0069161中公开的设备100的许多细节在此省略。
如在US 2007/0069161中更详细地讨论的那样，在本实施例中，设备100包括腔130。腔130包括顶面和底面选择性辐照吸收壁132和134，顶面和底面选择性辐照吸收壁132和134分别包括选择性辐照吸收水冷窗186和156。腔130还包括镜面反射侧壁，其中两个镜面反射侧壁显示在136和138处，另外两个镜面反射侧壁出于说明目的而移除。工件106可通过多个石英销(未示出)支撑在腔130的内部支撑板140的石英窗的上方，并可通过多个附加的可回缩销(未示出)下降到热处理位置或提高而脱离热处理位置。或者，工件可以由与通过引用合并入本文的美国申请公开号US 2004/0178553公开的工件支撑系统类似的工件支撑系统或任何其它适合的装置支撑。在本实施例中，冷却系统144包括循环水冷系统，用来冷却腔130的各种表面。
在本实施例中，设备100的加热系统包括：用于加热晶片120的背面124的背面加热系统150。如US 2007/0069161中详细描述的那样，背面加热系统150包括：布置在水冷窗156下方的反射器系统154和高强度弧光灯152。
注意，设备100的进一步细节及其结构部件以及结构部件的功能，除了在此描述的新颖功能和结构配置外，可在US 2007/0069161中找到。
在本实施例中，设备100的加热系统还包括顶面加热系统180。在本实施例中，顶面加热系统180包括闪光灯系统。更具体地说，在本实施例中，顶面加热系统180包括：定位在腔130的水冷窗186的直接上方的第一、第二、第三和第四闪光灯182、183、185和187以及反射器系统184。
或者，可以采用少于四个闪光灯，例如举例来说，单个闪光灯。相反地，可以采用多于四个闪光灯，例如举例来说，具有更多数量闪光灯的阵列。
在本实施例中，闪光灯182的每一个包括：由加拿大Vancouver的Mattson Technology Canada有限公司制造的液冷式闪光灯，类似于在共同拥有的通过参用合并入本文的美国专利申请公开号US 2005/0179354中描述的液冷式闪光灯。关于这一点，已发现这种特定类型的闪光灯提供了优于更为传统的闪光灯的许多优点，举例来说，包括改进的热处理的一致性和可重复性。或者，可以由其它类型的闪光灯替换。更普遍地，其它类型的辐照脉冲发生器，举例来说，比如微波脉冲发生器、或者脉冲或扫描激光器，可以替换闪光灯。
此外，在本实施例中，视需要，闪光灯182、183、185和187的每一个还被配置为以直流、稳定状况模式工作。因此，除了用一个或多个辐照闪光快速地加热晶片120的器件侧122之外，闪光灯还可有效地充当DC弧光灯以连续地辐照器件侧(具有显著低于闪光期间的功率)。因此，在进一步的替换实施例中，其它类型的非脉冲辐照源可以补充或可以替换一个或多个的闪光灯。
在本实施例中，当这个两个较外侧的闪光灯，即第一和第四闪光灯182和187同时闪光时，反射器系统184被配置为均匀地辐照晶片120的器件侧122。在本实施例中，当两个里面闪光灯的任何一个，即第二闪光灯183或第三闪光灯185单独地闪光时，反射器系统184还被配置为均匀地辐照晶片120的器件侧122。这样的反射器系统的示例由加拿大Vancouver的Mattson Technology Canada有限公司制造，作为它们的闪光辅助快速热处理(fRTPTM)系统的组件。
在本实施例中，顶面加热系统180还包括：用于向闪光灯182、183、185和187供给电能以产生辐照闪光的供电系统188。在本实施例中，供电系统188包括：用于分别向单独闪光灯182、183、185和187供给电能的单独电能供给系统189、191、193和195。
更具体地说，在本实施例中，供电系统188的电能供给系统189、191、193和195的每一个充当闪光灯182、183、185和187中对应的一个的供电系统，并包括：可预充电然后突然放电的脉冲式放电单元来将输入功率的“尖峰”供给给相应的闪光灯以产生期望辐照闪光。更具体地说，在本实施例中，每一个脉冲式放电单元包括一对7.9mF电容器(未示出)(每脉冲式放电单元15.8mF)，其能够以3500V充电以存储高达96.775kJ的电能，并且能够在短时间内，举例来说如0.5～1.5ms，将这样存储的能量释放给它对应的闪光灯。因此，在本实施例中，顶面加热系统180能够存储高达387.1kJ的电能，且能够通过闪光灯182、183、185和187，以辐照脉冲释放这样的电能，所述辐照脉冲具有少于工件106热传导时间的总持续时间。或者，可以用更大或更小的电源，或其它类型的电源替换。
视需要，电能供给系统189、191、193和195的每一个可包括：与脉冲式放电单元和相应的闪光灯通信的功率控制电路，用于对产生每个辐照闪光的脉冲式放电进行反馈控制。或者，这样的功率控制电路以及反馈控制可以省略，如果它们对特定的实施例是不需要的。用于提供这样的反馈控制的功率控制电路的示例在共同拥有的通过参用合并入本文的美国专利申请公开号US 2008/0273867中描述。
单独电能供给系统189、191、193和195的进一步细节，以及这样的对应的功率控制电路的细节，在上述US 2007/0069161中公开。
RTP系统计算机(RSC)
参考图1和图2，RTP系统计算机(RSC)112更详细地示于图2中。在本实施例中，RSC包括处理器单元110，在本实施例中处理器单元110包括微处理器210。然而，更一般地说，在本说明书中，术语“处理器电路”意图广泛地包含任何类型的装置或装置组合，本说明书和公知常识将能够使本领域的普通技术人员可用其替换微处理器210来执行在此描述的功能。这样的装置可以包括(并不限于)：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、或任何种类的可编程器件，举例来说，例如无论是单独的或是与位于相同位置或彼此远离的其它的这样器件的组合。
在本实施例中，微处理器210与存储装置220通信，在本实施例中存储装置220包括硬盘驱动器。存储装置220用来存储一个或多个例程，所述例程对微处理器210进行配置或编程以引起在此描述的不同功能被执行。更具体地说，在本实施例中，存储装置220存储下面详细论述的热处理和变形控制例程240。在本实施例中，存储装置220还可以用来存储微处理器210使用或接收的多种类型的数据。视需要，存储装置220还可以存储用来执行附加功能的附加例程和数据，举例来如，比如在上述的共同拥有的公开号US 2007/0069161和US 2008/0273867中论述的任何例程和数据。
在本实施例中，微处理器210还与存储装置260通信，其在本实施例中包括随机访问存储器(RAM)。在本实施例中，在存储装置220中存储的多种例程配置微处理器210来定义在RAM中的各种寄存器或存储器，来存储由微处理器210测量、计算或使用的各种特性或参数，所述各种寄存器或存储器包括：变形参数存储器278和变形校正寄存器282以及其它存储器和/或寄存器(未示出)。
本实施例的微处理器210还与输入/输出(I/O)接口250通信，以与图1中示出的设备100的各种装置通信，包括顶面测量系统102(如提供有)和顶面加热系统180，以及其它系统的组件，举例来说比如：背面加热系统150、诊断照明源160、成像装置162、快速辐射计164、以及像键盘、鼠标、监视器这样的各种用户输入/输出装置(未示出)、如CD-RW驱动器和软盘驱动器的一个或多个磁盘驱动器以及打印机。在本实施例中，I/O接口250包括光电转换器，用于与至少一些这样的装置(举例来说，比如快速辐射计164和顶面测量系统102)通过光纤网络(未示出)进行通信，以避免由背面加热系统150和顶面加热系统180所需要的大电流和突然电流放电产生的电磁干扰和电噪声所引起的任何困难。
工作
热处理和变形控制例程
参考图2和图3，热处理和变形控制例程在图3中的240处大体示出。
在本实施例中，热处理和变形控制例程240对处理器电路110进行编程或配置，以控制热处理系统来热处理工件，如下更详细地描述的那样，热处理的方式类似于共同拥有的美国申请公开号US 2008/0273867中公开的方式类似，但是热处理的方式被修改从而包括工件变形测量、变形控制和相关措施。为了简明和允许更好的了解本实施例的新颖特征，热处理循环的预加热和闪光加热部分在下面简明地描述，而在共同拥有的美国申请公开号US 2008/0273867中公开的热处理循环的许多细节在此处省略。或者，本实施例的变形测量和控制方面可以与其它热处理循环结合使用，其它热处理循环，仅举几个示例，比如共同拥有的公开号US 2007/0069161中公开的或共同拥有的美国专利号6,594,446、6,941,0636,963,692和7,445,383中公开的热处理循环。
通常，在本实施例中，热处理和变形控制例程240将处理器电路110配置为控制测量系统测量工件在由热处理系统对其进行热处理期间的变形。热处理和变形控制例程240还将处理器电路110配置为：与热处理系统和测量系统协作以引起措施响应于测量出的工件变形、关于工件的热处理而被采取。如下面更详细的论述那样，这样的措施可以包括：向获得和用于控制热处理的反射率和/或温度测量施加变形校正。或者，或额外，这样的措施可包括更多的直接干涉，例如，通过在辐照闪光的启动之前诱发晶片的期望变形；通过更改晶片和支撑板之间的间距；或通过中止热处理循环。
在本实施例中，热处理和变形控制例程240以第一代码块301开始，第一代码块301指示处理器电路110控制热处理系统开始将工件106预加热到中间温度。更具体地，在本实施例中，块301指示处理器电路控制背面加热系统150，来开始辐照晶片120的背面或衬底侧124，从而以慢于晶片的热传导时间的缓变率(举例来说，比如150℃/秒)将晶片预加热到中间温度。在本实施例中，顶面加热系统180在预加热阶段的初始部分期间不使用，但在靠近预加热阶段结束时激活，以在辐照闪光的开始之前诱发工件的期望变形，如下面结合块312描述的那样。因此，在预加热阶段的初始部分存在遍布晶片的热梯度，背面124比顶面122略热，从而引起晶片变形为“负”曲率形状(和图4所示的曲率的方向相反)。有利地，这样的负曲率形状趋于抵消预加热阶段期间的热失控。
在本实施例中，下一个代码块302指示处理器电路110控制测量系统测量工件在由热处理系统对其进行热处理期间的变形。更具体地说，在本实施例中，块302指示处理器电路控制测量系统测量晶片的曲率。再更具体地说，在本实施例中，块302指示处理器电路控制测量系统测量当晶片已变形为穹顶形状时的曲率半径。
关于这一点，参考图2、3和4，晶片120在图4中以初始平面圆盘形状402和之后的热变形穹顶形状404(未按比例，具有为说明目的而增大的变形)示出。在本实施例中，其中工件是300mm直径的硅半导体晶片，如果在顶面122和背面124的各自温度之间存在温差dT，且温差dT的大小低于大约100℃，则这样的温度梯度趋于将晶片120热变形为球面穹顶形状。晶片趋于在大约100ms内(其振荡周期的十倍)弛豫成这样的穹顶形状。如果温差dT的变化速率与这个弛豫时间相比慢，晶片将趋于保持具有曲率半径RC的球面穹顶形状。在涉及预加热(优选地低于大约250℃/s)、常温时均热或冷却的快速热处理循环的部分期间，这些条件典型地得到满足，并且因此可以假设，当这样的条件得到满足时，遍历晶片厚度的温度梯度将使晶片热变形为球面穹顶形状。(在之后的辐照闪光期间，这些条件将不能得到满足以将器件侧加热到期望退火温度，因为dT的变化速度比上述弛豫时间快得多，且温差dT的大小比100℃大得多，所以在这样的顶面的快速和强烈的绝热加热期间，球面穹顶形状的假设是无效的。而且，作为球面穹顶形状的晶片的变形模型，只是对许多(但不一定所有都可能)应用是足够的方便的一阶近似。实际中，根据涉及的热处理循环，晶片可以变形为非穹顶形状，举例来说，比如鞍形，其沿着半径的两条正交线的曲率可以是相反的符号。或者，因此，本实施例的其它的更复杂的变化形式可进行替换，例如，在多个位置而不是单个位置测量晶片的变形，从而提供晶片的变形形状的更精确地图。)
出于说明的目的，图4中示出的热变形穹顶形状404具有“正”曲率，对应于超过背面温度的顶面温度，晶片的中心区域相对于晶片的外周被垂直地抬高。在本实施例中，这样的“正曲率”形状对应于在辐照闪光的直接前面的期望变形。在本实施例中，如下面与块312结合描述的那样，这种期望变形在预加热循环结束时诱发。或者，晶片120可以以“负”方向弯曲，对应于超过顶面温度的背面温度，晶片的中心区域相对于晶片的外周垂直地降低。在本实施例中，如上面在块301中所讨论的，在预加热阶段的初始部分期间，这样的“负”曲率被诱发，在此期间只有晶片的背面124被辐照加热。或者，作为进一步的替代，通过利用一个或多个具有不同热膨胀系数的、或在使用时具有不同残余应力的晶片上的薄膜，不必需要遍历晶片的温度梯度，可以诱发或出现这样的晶片变形。
在本实施例中，块302指示处理器电路110控制测量系统，当测量晶片120已变形为穹顶形状时，测量其曲率半径RC，穹顶形状举例来说，比如正穹顶形状404或其负穹顶形状镜像。更具体地说，块302指示处理器电路控制测量系统，通过测量由晶片反射的像的变化来测量曲率半径。再更具体地说，块302指示处理器电路控制测量系统测量由晶片反射的像的大小的变化。
关于这一点，曲率半径RC通过以下等式给出：
RC＝D/(dT*α) (1)
其中，D是晶片厚度，dT是晶片的顶面和背面之间的温差，α是晶片的热膨胀系数。然而，不期望依靠测量的温度差dT来计算曲率半径；而是期望独立地获得曲率半径RC，以能够计算变形校正、并将变形校正施加到用来测量如下讨论的工件的发射率补偿温度值的反射率测量。
放大率M，即诊断辐照源160的反射像的尺寸相对于其实际尺寸的比值，近似地由以下等式给出：
M=1(2SRC+1)---(2)]]>
其中，S是源至晶片的背面的中心区域124的距离。
在本实施例中，通过测量诊断照明源160的反射像面积的变化，通过成像源162直接测量放大率M。更具体地，如果成像装置162观察到诊断照明源160的反射像，在晶片120处于其初始平面形状402时的t0时刻具有初始面积A0，并观察到诊断照明源160的反射像在晶片120处于其变形穹顶形状404的后续tn时刻具有面积An，则放大率Mn可以估计为：
Mn=AnA0---(3)]]>
因此，在本实施例中，每个时间块302通过处理器电路110执行，块302指示处理器电路控制成像装置162测量由晶片120的背面124的中心区域反射的诊断照明源160的像的面积A。第一个这样的像面积值A0对应热加热循环开始所在的t0时刻，在这个时刻上晶片120仍处于其初始平面形状402，且块302指示处理器电路110来将初始值(A0，t0)存储在图2所示的RAM 260中的变形参数存储器278中。在热处理循环期间，随后测量的像面积值An对应随后的时间tn。
每个像面积值A0、An可代表由诊断照明源产生的诊断闪光的面积的测量。或者，当诊断照明没被激活时，如果在腔内有足够的环境照明供相机测量诊断照明源的面积，当诊断照明源没被激活时，可以获得每一个像面积值。或者，可以测量其它的合适面积或有效面积来确定晶片的曲率。例如，视需要，诊断照明源可以用四个连续源如光纤进行代替，四个连续源中的每一个朝着晶片的中心区域投射光，以将具有正方形的四个角的像投射到晶片的中心区域上以反射到相机。对角线的放大率可随后用相机测量以获得正方形的面积的近似值。或者，晶片的变形可以任何其它合适的方式测量。一个这样的替代在下面在加热和变形控制例程的描述结束之后详细地讨论。
在本实施例中，对随后的每个反射像面积An的测量，块302指示处理器电路110从上面的等式(3)计算相应的放大率值Mn，以及从上面的等式(2)得到的曲率半径RC，即
RCn=2(1Mn-1)=2SMn(1-Mn)---(4)]]>
块302指示处理器电路将每个这样的数据组(An，tn，Mn，RCn)存储到图2示出的变形参数存储器278中。应理解，对于如在图4中404处所示的“正穹顶”曲率，晶片的中心垂直地抬高在晶片的外周区域之上，随着An逼近A0，An＞A0、Mn＞1、RCn＜0且RCn逼近负无穷大，逼近平坦的平面晶片形状。相反地，对于“负穹顶”曲率，晶片的中心垂直地降低在晶片的外周区域之下，随着An逼近A0，An＜A0，0＜Mn＜1且RCn逼近正无穷大，逼近扁平的平面晶片形状。因此，所存储的曲率半径值RCn的符号表示晶片已变形的方向(负值意味着正穹顶曲率，正值意味着负穹顶曲率)，且存储的曲率半径的值RCn的大小表示穹顶的曲率(即，非常大的值意味着几乎平面的形状，较小的值意味着逐渐增大地卷曲的穹顶形状)。
参考图3和图4，在执行块302之后，块304随后指示处理器电路110向在热加工期间对晶片进行的温度测量施加变形校正。更具体地说，在本实施例中，块304指示处理器电路向用于获得温度测量的反射率测量施加变形校正。
关于这一点，通常反射率测量可用来确定热处理期间晶片的发射率以获得晶片的发射率补偿温度测量。反射率测量可以通过测量由晶片表面反射所检测到的辐照与入射在表面上的源辐照强度的比值获得。例如，获得发射率补偿温度测量的一个说明性方法在共同拥有的通过参用合并入本文的美国专利号6,303,411中公开。另一个更复杂的方法在美国专利号7,445,382中公开，其中，诊断照明源160和成像装置162被配置和同步，以通过测量背面124对诊断照明源160在诊断波长1450nm处所产生的诊断照明闪光的反射，使成像装置162测量晶片120的背面124的定向反射率。散射校正随后施加到测量出的定向反射率测量，以产生背面124的反射率测量，该反射率测量随后用于产生背面124的温度的发射率补偿温度测量。
通常例如，如果反射背表面124的形状从初始的平面形状402变为之后的已变形的穹顶形404，任何这样的反射率测量易受测量误差的影响。更具体地说，当成像装置162观察到诊断照明源160的由晶片的背面124的中心区域反射的反射像，由成像装置对反射像检测到的辐照量与由反射像对向的立体角成比例。如上述结合块302讨论的，如果在时刻tn，晶片120已从其初始平面形状402变形为已变形的穹顶形404，在像装置162处接收的反射像以因子Mn有效放大。因此，在本实施例中，块304指示处理器110向原始反射率测量RRAWn施加变形校正，以获得校正的反射率值RCORn：
RCORn=RRAWnMn2---(5)]]>
将这样的变形校正施加到反射率测量可以任何适合的方式实现。例如，在本实施例中，每个时间块304被执行，块304指示处理器电路110将更新的变形校正值1/Mn2存储在图2示出的RAM260中的变形校正寄存器282中，对应于与在tn时刻的晶片120的当前变形形状相关的当前放大率Mn。在本实施例中，其中晶片的背面124的定向反射率RWAF如在美国专利号7,445,382中公开的那样被测量，所公开的反射率测量方法被修改：在本实施例中，块304指示处理器电路110使测量的定向反射率值RWAF乘以存储在变形校正寄存器282中的变形校正值1/Mn2，以得出变形校正的反射率值。散射校正随后被施加到该变形校正得反射率值，以获得最终反射率值，其进而用来获得发射率补偿的温度测量。因此，在本实施例中，向定向反射率值施加变形校正，等效于向背面124的温度测量施加变形校正。
参考图2、3和5，要施加给反射率值的典型变形校正大体示出于图5中的500处。第一曲线502绘制了晶片在500℃时，变形校正相对于顶面至背面的温差，而第二曲线504绘制了晶片在1050℃时，变形校正相对于相同的顶面至背面温差。两条曲线彼此有别，因为硅的热膨胀系数随着温度而变化这一事实。两条曲线都对应于没有施加薄膜的晶片，以使得遍历晶片的热梯度是晶片变形的唯一原因。因此，如从两条曲线的X-和Y-的截距可以看出的那样，当顶面至背面温差为零时，对于任一反射率测量不需要变形校正，因为在这种情形下晶片是平面的。当顶面温度超过背面温度(使得顶面温度减背面温度大于零)，以使得晶片变形为如本文中所描述的“正穹顶”形时，施加负反射率校正，以补偿由成像装置162观看到的诊断照明源160的反射像的放大率。相反地，当背面温度超过顶面温度，使得晶片变形为如本文中所描述的“负穹顶”形时，施加正反射率校正，以补偿由成像装置观看到的诊断照明源的反射像的减小的尺寸。两条曲线的对比意味着对于给定的顶面至背面温差，所需校正的大小和晶片的平均温度成比例，意味着给定的顶面至底部温差与在冷的晶片中相比，在较热的晶片中将产生较大的变形曲率。
转回参考图3，在本实施例中，块306随后指示处理器电路110来确定是否热失控状况已被检测到。为了实现这一点，在本实施例中，块306指示处理器电路110检查在RAM260的变形参数存储器278中最近存储的曲率半径值RCn。如果当前晶片曲率半径值RCn是负的，表示中心相对于晶片的外周垂直地抬高的“正穹顶”曲率，并具有小于预定的表示晶片的极限曲率的最小半径阈值RMIN的绝对值，则认为热失控状况已被检测到。
举例来说，如在美国专利号7,501,607中论述的那样，如果以晶片的器件侧比晶片的背面过热的方式对晶片进行预加热，这样的热失控状况可发生。在这种情形下，过度热曲率将趋于发生在如文中定义的“正”方向上，同时，晶片的中心区域轻微的向上移动，且远离将晶片支撑在上面的支撑板，且晶片的外边缘更靠近支撑板。在晶片和将晶片支撑在上面的支撑板140之间的温度传导，正比于晶片和支撑板之间的温差，并反比于它们之间的距离。在典型的热加工中，晶片始终比支撑板热，除了热处理循环刚启动和刚结束时。在实践中，支撑板的中心趋于比其边缘热，其结果是，晶片和支撑板之间的在外周上的温差趋于大于在中心上的温差，其进而促进了晶片在其外区域上比其中心大的热失控。因为随着在这样的热弯曲下晶片的背面的外边缘移动靠近支撑板，从背面124的外边缘至支撑板140的热传导率增加了，结果是在器件侧和背面之间的温差甚至变得更大，还引起了热弯曲效应的进一步加剧。另外，当外边缘比晶片的剩余部份冷的时候，外边缘趋于收缩，这进而迫使晶片的热膨胀中心更进一步地热弯曲。因此，晶片弯曲地越多，从晶片的边缘到支撑板的传导就越大，其进而引起进一步的弯曲和甚至更大的在边缘处的传导热失控。在这种情况下，热失控可能发生，并可能导致在晶片中不期望的大的温度非均匀性。取决于这些非均匀性的大小，这些非均匀性可以损坏或甚至破损晶片。除了预加热阶段外，这样的热耦合和热失控效应还可发生在辐照闪光之后的随后冷却阶段期间。
因此，如上所述，通过确定最近保存的晶片曲率半径值RCn是否是负的并且具有小于预定最小半径阈值的绝对大小，块306指示处理器电路110确定是否已检测到热失控状况。在本实施例中，预定最小半径阈值RMIN＝6.2m；关于这一点，对于300mm直径的晶片，-6.2m的曲率对应于具有晶片的中心在其边缘之上抬高大约1mm的正穹顶形。或者，可以用其它适合的阈值进行替代。在本实施例中，在如在上所述在块301中的预加热循环的初始部分期间，在该期间，只有背面加热系统150有效地加热晶片，期望的是，所产生温度梯度将引起晶片曲率半径值RCn为正，表示晶片的中心垂直地低于其外周的“负穹顶”曲率，在这种情形下，块306将检测不到热失控状况。然而，如果一个或多个薄膜已被放置到背面、顶面上或者两者上，甚至在预加热阶段的初始部分期间，仍可以得到“正穹顶”曲率，如果未在块306检测到并在下面的块308中校正，这潜在地引起热失控。类似地，在晶片部分地或完整地通过辐照顶面122被预加热的其它实施例中，这样的“正穹顶”形或负曲率在预加热阶段期间可以容易地得到，并潜在地引起热失控，除非在块306和308中被检测到和校正。
或者，可以使用其它标准来识别热失控状况。例如，在特定的实施例中如果期望晶片的实际形状可明显不同于穹顶形的第一阶近似值，举例来如，比如鞍形，对于晶片的背面124上的多个相应测量点可获得多个变形测量，并且如果晶片的任何外边缘区域比晶片的中心以大于一个的阈值差更靠近支撑板，则可识别到热失控状况。
在本实施例中，如果在块306中检测到热失控状况，则块308指示处理器电路控制热处理系统响应于测量出的晶片变形修改晶片120的热加工。更具体来说，块308指示处理器电路控制热处理系统抵消在晶片中的热失控。
为了实现这一点，在本实施例中，块308指示处理器电路控制热处理系统向晶片的表面供给额外热量。更具体地说，在本实施例中，块308指示处理器电路110控制热处理系统选择性地辐照晶片120的各相对表面。再更具体地说，在本实施例中，块308指示处理器电路增加由背面加热系统150向晶片的背面124供给的辐照功率，同时，适当地降低由顶面加热系统180向晶片的顶面122供给的辐照功率，由此降低晶片120的整体“正穹顶”曲率，并抵消热失控效应。
或者，块308可指示处理器电路110控制热处理系统以其它方式抵消热失控。例如，在一个替代实施例中，修改块308指示处理器电路110控制热处理系统增加晶片120和将晶片支撑在其上的支撑板140之间的间距。为了实现这一点，修改块308指示处理器电路使可缩回的负载销(未示出)从支撑板140向上伸出，从而将晶片120提高在支撑板上方。这降低了在晶片和支撑板之间的热耦合效应，又进而减小热失控效应。修改块308随后指示处理器电路控制热处理系统继续热加工循环，晶片在支撑板上方进一步远离。作为进一步的示例，在另一个替代实施例中，修改块308指示处理器电路110控制热处理系统，通过关闭背面和顶面加热系统150和180，并伸出可缩回的负载销向上举起晶片离开支撑板140，以中止晶片120的热加工。或者，作为进一步的替代，两个或更多的这些抵消措施可以合并到一个实施例中。例如，如果晶片的曲率半径RCn的绝对值小于第一预定阈值RT1，但大于第二预定阈值RT2，块308可指示处理器电路选择性地调节在如上描述的入射在背面和顶面的辐照功率，以减小晶片相对于其初始形状已经历的变形；并且如上所述，如果晶片曲率半径RCn小于第二预定阈值RT2，块308可指示处理器电路中止热处理循环。
在执行块306之后(且如果可执行块308)，在本实施例中，块310至314有效地指示处理器110诱发晶片的期望变形，并控制热处理系统响应于测量系统测量出晶片的期望变形而启动入射在晶片的表面上的辐照闪光。
在本实施例中，块310首先指示处理器电路110监视从快速辐射计164收到的温度测量信号，来确定晶片120是否已几乎到达期望中间温度，其后启动辐照闪光。更具体地说，在本实施例中，块310指示处理器电路确定晶片120在其到达期望的中间温度之前，是否在预定时间间隔范围内。再更具体地说，在本实施例中，块310指示处理器电路确定晶片120是否处于到达中间温度启动的小于4×10-1秒的范围内。在本实施例中，这通过以下实现：指示处理器电路考虑晶片被加热时的期望中间温度、晶片的当前温度以及当前缓变率。例如，如果晶片以150℃/秒的缓变率加热到700℃的期望中间温度，处理器电路将确定当晶片到达640℃的温度时，晶片处于到达期望中间温度的0.4秒的范围内。在本实施例中，到达中间温度之前的0.4秒间隔被选择得足够长，以允许加热系统使晶片将其形状改变为期望的闪光前变形(例如，其可典型地在大约0.1秒内获得)，还足够短，使得期望的闪光前变形没有充足时间引起热失控(在短于大约一秒的时间周期内，典型地忽略不计)。有利地，因此，本实施例允许在辐照闪光之前立刻诱发“正穹顶”形，从而诱发闪光可以损坏或破损晶片的可能性，同时避免潜在的热失控效应，如果晶片在整个预加热阶段已是这样的“正穹顶”形时，可得到该热散耗效应。
在块310中确定晶片已几乎到达期望的中间温度的之后，块312随后指示处理器电路110诱发期望的闪光前变形，并且确定晶片120是否变形为期望的闪光前变形。
更具体地说，为了诱发在本实施例中的期望的闪光前变形，块312指示处理器电路110控制加热系统来激励顶面加热系统180启动连续地辐照晶片的顶面122，同时，同时地降低背面加热系统150辐照在晶片背面124的功率。更具体地说，在本实施例中，块312指示处理器电路将供给背面辐照系统150的功率降低一半以上，并且启动向顶面加热系统180提供等量的功率，以连续(DC)弧光灯的模式措施闪光灯，从而保持整个(顶面+背面)辐照功率近似恒定，因此保持平均温度缓变率恒定。这趋于逆转遍历晶片的温度梯度，使顶面122的温度超过背面124的温度，从而使晶片变形为“正穹顶”形(负RC)，晶片的中心比晶片的外周更靠近顶面加热系统180。
在本实施例中，为了确定晶片120是否现在变形为期望的闪光前变形，块312指示处理器电路110以如上述在块302中的方式相同的方式，测量并在变形参数存储器278中保存新的晶片曲率半径值RCn。在本实施例中，期望的闪光前变形是晶片120的“正穹顶”曲率，晶片的中心垂直地抬高在晶片的外周上方。因此，在本实施例中，如果满足下面两个条件，晶片120被确定为期望的闪光前变形：(1)当前时间tn的晶片曲率半径值RCn的当前值必须是负的(即RCn＜0)，表示期望的“正穹顶”曲率；以及(2)晶片曲率半径值RCn的当前值的绝对值必须小于或等于预定最大半径阈值RMAX，表示晶片的最小曲率。更具体地说，在本实施例中，最大半径阈值RMAX是10米；换句话说，在本实施例中，期望的闪光前变形是，对应于具有10米或小于10米的半径的球面的表面部分的正穹顶形。或者，然而，可以应用不同的准则来确定工件现在是否变形为不同的期望形状。例如，如果期望形状是“平面”，曲率的符号可以被忽视，且准则可只要求曲率的半径的绝对值超过预定大的值，预定大的值对应于在可接受的误差棒范围内近似平面形状。作为另外的示例，如果期望形状只是“正穹顶的”，准则可忽视曲率的半径的大小，且只要求曲率半径是负的。
如果在块312中确定晶片120不符合期望的变形形状，则块312指示处理器电路控制热处理系统诱发晶片的期望变形。因此，如果在块312中确定(1)当前晶片曲率半径值RCn的符号是正的，表示晶片的“负穹顶”曲率，或者(2)当前RCn的值的符号是负的，表示晶片的“正穹顶”曲率，但是RCn的大小大于预定最大半径阈值RMAX，表示晶片弯曲不足，则块312指示处理器电路控制热处理系统使晶片120变形为期望变形。
为了实现这一点，块312指示处理器电路110控制热处理系统以进一步增加通过顶面加热系统180(工作在连续放电或DC模式)向晶片的顶面122供给的辐照功率量，且同量地减小通过辐照加热系统150向晶片的背面124供给的辐照功率量。视需要，顶面功率增加量可以和相对期望形状的偏差成比例，最大顶面功率增加对应于当前晶片曲率半径值RCn的不正确(正)的符号，表示曲率在错误的方向上(负穹顶)。如果晶片的曲率RCn是在正确的方向上(正穹顶)，但其大小超过预定的最大半径阈值RMAX，可提供与RCn和RMAX的大小之间的差异成比例的相对较小的顶面功率增加。或者，顶面功率增加和背面功率减小可以是预先确定的或是固定值。
在本实施例中，块312还指示处理器电路110继续测量晶片的曲率，并继续产生新的数据值(An，tn，Mn，RCn)、新的变形校正值，并以上面块302和304中描述的相同方式将这样的值保存在变形参数存储器278和变形校正存储器282中。当晶片正经历改进的热处理以诱发作为执行块312的结果的期望变形时，块312指示处理器电路检查每一个新的连续的晶片曲率值RCn，并确定其是否满足上述描述的对应于晶片的期望变形的两个条件。
或者，在一些实施例中，晶片120的期望的变形可被诱发，而无需顶面122的大量辐照。例如，通过在晶片的顶面122或背面124上提供薄膜，或者通过在顶面和背面提供不同的薄膜，顶面122(或其上的薄膜)可具有比背面124大的热膨胀系数(CTE)，以使得即使作为通过只辐照或主要辐照背面来预加热晶片的结果，背面稍热于顶面，顶面也将比背面更大程度地热膨胀。因此，在这样的实施例中，诱发期望的形状的初始顶面辐照步骤可以省略，并且只有当晶片的变形的测量表示晶片当前不是在期望的变形的形状时，才被执行。
一旦检测到满足以上两个条件的当前晶片曲率半径值RCn，表示晶片120的期望的变形已被诱发，处理器电路指向块314，启动入射在晶片120的表面上的辐照闪光。为了实现这一点，在本实施例中，块314指示处理器单元110控制顶面加热系统180产生入射在晶片的顶面122上的辐照闪光，例如，通常以在共同拥有的美国专利Nos.6,594,446、6,941,063、6,963,692，或公开号US 2008/0273867中描述的相同的方式。在本实施例中，块314还指示处理器去激活背面加热系统150，尽管或者，视需要，背面加热系统150可以继续以低功率、在闪光期间或闪光之后辐照晶片的背面124。因此，在本实施例中，块314指示处理器电路控制热处理系统将晶片120的顶面122暴露给辐照闪光，以将顶面122加热至大于中间温度的期望退火温度。辐照闪光具有比工件的热传导时间短的持续时间，举例来说，比如大约2毫秒的半最大全宽(FWHM)，以使得闪光只将晶片的顶面表面区域加热至期望退火温度，而工件的大部分保持靠近中间温度。工件的主体在辐照闪光之后则当作散热器，快速地冷却晶片的顶面。在本实施例中，块314还指示处理器电路获得在辐照闪光期间对晶片的顶面122的许多实时温度测量，并且使用这样的辐照闪光的实时反馈控制的测量，如共同拥有的美国专利申请公开号US 2008/0273867中详细描述的那样。或者，辐照闪光的其它形式的实时反馈控制可以替代为，举例来说，比如美国专利号7,501,607中公开的方法。或者，视需要，可省略闪光期间的实时测量和反馈控制。
在本实施例中，执行块310或块314之后，块318指示处理器电路110确定正对晶片进行的热加工循环是否已结束。在本实施例中，块318指示处理器电路控制测量系统来测量工件的温度，以确定在块314中执行闪光之后是否已充分冷却。如果晶片仍然没有充分冷却，处理器电路被指示回从块302至308，继续测量晶片在热处理期间的变形，并如上所述抵消在冷却循环期间可能发生的任何热失控，直至当晶片已充分地冷却的时候，在这点处热处理和变形控制例程240结束。或者，视需要，块318可以省略，热处理和变形控制例程240可在块314中的辐照闪光完成之后立即结束。
其它说明性替代实施例
尽管前面描述了测量工件在热处理期间的变形的一种说明性方法，或者，测量这样的变形的其它方法可以替代。
例如，在替代实施例中，测量系统被配置为通过识别晶片的表面的至少两条法线测量晶片120的变形。
更具体地说，在这样的替代实施例中，可通过修改块302采用以下说明性方法。
在本实施例中，晶片120的背面124是反光的，并因此表现类似于简单的镜子。如果晶片变形，来自晶片的任何反射像将失真。失真的反射像与变形的反射表面的形式或形状有关。
通常，试图估计来自场景的反射像的反射表面的形式或形状是不适定问题，因为给定适当形成的场景，存在无限数量的产生相同的反射像的反光表面形状。可以通过实行一组合适的约束条件来克服这个问题。两个这样的约束条件包括使用已知场景和标定相机。已知的场景指具有已知尺寸和位置的物体的场景，标定相机指具有已知参数比如其焦距、位置和观看方向的相机。在下面还描述了附加的约束条件。
在下面的描述中，使用黑体小写字母表示向量，同时，使用粗体大写字母表示矩阵，用非粗体字母表示标量。点和点的差异表达为向量，例如：
w=w1w2···wN-1wN=[w1,w2,···,wN-1,wN]T---(6)]]>
在以上的示例中，向量w是具有N个元素的列向量，且可以通过转置符T在本文中方便的表示。然而，在本实施例中，点和向量代表三维空间中的位置，所以N＝3。因此，具有卡迪尔坐标x、y和z的三维向量空间中的点可表示为![]()
向量的长度通过算子||·||表示的I2范数距离度量给出。两个向量的内积和向量积分别用算子<·，·>和![]()
表示。
在本实施例中，晶片120的表面的变形使用晶片的反射区域进行估计。高反射区域包括背面124和顶面122表面的某些部分。低反射区域也可被观察到，但呈现出增加努力来观察任何反射像。在本实施例中，已知的场景投射到将像反射到相机的晶片的区域。
参考图6，说明性测量配置在图6中600处大体示出。在本实施例中，晶片120的背面124用来反射由在平面内的网格线组成的已知场景。使用辐照源660已知场景被投射到晶片的背面124上。已知场景的网格线的交叉点形成代表场景已知位置的点。相机662抽象地表示为：具有位于c点处的焦点或投射中心以及成像平面的销孔相机，成像平面通常是相机的传感元件。为了数学上的便利，场景平面显示在相机的焦点的前面。
图6还介绍了问题的符号和几何结构。代表两个网格线的交叉点的已知场景点p，在点r处被晶片120的背面124反射，并通过相机662在点q处成像。单位向量d径直沿着由点c和点r形成的直线。单位向量nr代表在点r处的晶片的表面法线，角度θ代表反射角度。
通常，对于任一特定相机视野，将存在一组将从晶片的背面124反射并通过相机662观察的M个场景点P＝[p1，p2，...，pM]。场景点的物理位置和相机的分辨率将决定晶片表面的变形估计的精确度和分辨率。在网格上规则地间隔的场景点的使用，如在图6中所建议的那样，只是一个可能的方便数学的布置策略。
晶片120的表面变形，在大多数情况下，可从一组给定的由相机662观察到的反射点中进行估计。为了在本实施例中实现这一点，在每个被观察到的反射点上确定曲面法线，以便获得每个反射点r的位置、曲面法线nr的方向和反射角度θ。这组曲面法线则允许晶片的表面的估计使用表面重构的许多已知方法形成。
在本实施例中，为了估计曲面法线，强加了额外的约束条件。由于这些约束条件，曲面法线和单个参数之间的关系被导出。就是这个参数，将被约束以使得曲面法线的估计成为可能。以这样的单个参数表达曲面法线的思想通过Saverese[1]-[5]引入。
如之前所提到的那样，标定相机的约束条件意味着c的位置以及c和像平面之间的距离是已知的。具体地说，这个距离代表相机的焦距，且被表示为f。像点q通过由c和r和像平面所限定的直线的交点给出。通过识别q在相机所拍的像中的位置，可以直接测量点q的位置。具有已知场景的约束条件意味着p的位置是已知的。因此，未知的是：点r、向量nr和角度θ。没有额外的约束条件，除了r必须位于由c和q形成的直线上以外，r的位置是未知的。为了更准确地描述这种情况，r的位置可表达为：
r＝c+sd (7)
其中，d＝(q-c)/||q-c||是平行于由q和c给定的直线的单位向量，且s＝||r-c||代表r和c之间的未知距离。在本实施例中，就是这个单个参数s被约束以使得曲面法线的确定成为可能。
仍参考图6，在本实施例中，c、p和r对在此称为主平面的平面进行限定。主平面的单位法线量表示为np，且可以使用下式获得以指向期望的方向：
np=(p-c)(p-c)⊗(q-c)||(q-c)||,]]>
=(p-c)||(p-c)||⊗d.---(8)]]>
由r-p和r-c给出的向量分别代表入射和反射线。此外，镜面几何表示如下情况：在r处表面具有单位法线向量nr，nr将由入射和反射线形成的角度2θ对开。此外，镜面几何要求nr必须位于由入射和反射线形成的主平面上。前一个条件意味着nr和入射线之间的角度等于nr和反射线之间的角度，即：
⟨nr,r-p||r-p||⟩=⟨nr,r-c||r-c||⟩,]]>
注意〔r-c)/||r-c||＝d，产生
⟨nr,r-p||r-p||⟩=⟨nr,d⟩,]]>
或
⟨nr,d-r-p||r-p||⟩=0---(9)]]>
后一个条件要求nr位于主平面上的后一种条件，可以表达为：
<nr，np>＝0(10)
使用等式(9)和等式(10)，在r处的表面法线向量可表达为已知点、c、q和p和未知距离参数s的函数。为了详述这个表达式的推导，注意由(r-p)＝(r-c)-(p-c)＝sd-(p-c)给出的向量。下面，考虑代表入射线和反射线的方向的单位向量。这些单位向量之间的差是垂直于法线向量nr的向量。这种差向量和主平面np的法线的向量积为nr，即
nr=(d-r-p||sd-(p-c)||)⊗np---(11)]]>
根据已知点和未知参数s，r的消元法和等式(11)的表达式由使用r-p＝sd-(p-c)产生，即
nr=(d||sd-(p-c)||+p-c-sd||sd-(p-c)||)⊗np,]]>
=((p-c)-(s-||p-c-sd||)d||p-c-sd||)⊗np,---(12)]]>
其中||sd-(p-c)||＝||(p-c)-sd||用来和[1]保持一致。
为了根据已知点和未知参数s表达反射角θ，回忆代表反射线和入射线的单位向量之间的角度是2θ，并可用下式进行表达：
cos2θ=2cos2θ-1=⟨d,r-p||r-p||⟩,]]>
=⟨d,sd-(p-c)||sd-(p-c)||⟩]]>
=⟨d,sd+c-p||sd+c-p||⟩]]>
=1||sd+c-p||⟨d,sd+c-p⟩]]>
=1||sd+c-p||(⟨d,sd⟩-⟨d,p-c⟩),]]>
=1||sd+c-p||(s⟨d,d⟩-⟨d,p-c⟩),]]>
=1||sd+c-p||(s-⟨d,p-c⟩),]]>
cosθ=12s-⟨d,p-c⟩||sd+c-p||+1.---(13)]]>
等式(12)和等式(13)可形成r处的表面法线可被估计的基础。如果在晶片的反射面上没有物理约束，将不能从单个组的已知点c、q和p中确定s。
如在[5]中所证明的那样，如果除了与r相关的单个像点q和场景点p之外，通过q的至少三条曲线的取向或方向以及对应的p可被确定；能够确定在r处的表面法线。这些曲线可由经过包括q、允许q处的切线的方向的对应的p以及p处对应的三个像点的样条近似。
尽管在[1]-[5]中给出的方法提供了估计曲面法线的手段，图6中示出的说明性测量配置具有许多与在[1]-[5]描述的配置相比显著的差异。这些差异有利地允许其它手段估计表面法线。
一个特殊的重要差异是，对于完全平坦的晶片，距离s是已知的，使得曲面法线可以使用等式(7)、(12)和(13)进行估计。关于这一点，尽管实际的晶片并不是完全平坦的，它们的实际扭曲和弯曲的程度典型地小于大约一百微米。这个距离相对于可能为大约几百毫米的s是小的。例如，使sf、nrf和θf分别代表平坦晶片在任何特定反射点处的实际距离、法线和角度。Δs对于sf的偏差典型地低于千分之一，即(Δs/s)＜1×10-3。换句话说，只有是对c点距离sf的这些反射点对nrf和θf将具有正确的估计。其它的反射点将具有和表面法线相关的较小的误差的表面法线估计。
在表面法线的估计中的较小的误差可以被看作在从平滑变化的表面估计中的噪声。许多的在法线估计中对噪声鲁棒的表面重构方法可用来估计表面[6]和[7]。假设实际的晶片表面平滑变化，针对具有设置为与期望晶片变形一致的平滑度的表面的表面重构估计可被获得。这些表面估计可随后用来获得对s在每个反射点的另一个估计，且表面法线可使用等式(7)、(12)和(13)进行重新估计。再次，另一种表面可被获得并与最后表面进行比较。这个过程可通过大于预定或者用户定义的值重复直至表面估计不发生改变。
在本实施例中，与[1]-[5]中所述的相比，图6中示出的说明性测量配置之间的另一个差异是：在本实施例中，晶片的另一个像在短的时间间隔后获得。这个时间间隔设置得足够短(约20微秒量级)，以至于变形晶片的变化仍然是小的。这允许来自前一实例的表面和法线估计被用作对下一实例的初始估计。以此方式，总是根据相对于一组已知值的小偏差来获得表面和法线估计。
又一个差异是：[1]和[5]中的场景点利用反射像被同时观察到，而在图6中，场景点不直接位于相机视野中。对于本实施例，这不表现出困难，因为保持晶片和场景的工具是良好控制的，且已经知道尺寸特性允许场景点的位置是高度精确的。
在本实施例中，假设场景点的位置、相机的分辨率和像质量允许区分表面法线估计的变化。
如上所述已获得一组曲面法线估计，则可以使用球面模型在只包含两条法线的小区域内对晶片120的变形背面表面124取近似。这允许更简单地估计任何小区域内的晶片曲率。
因此，参考图6和图7，在本实施例中，使用两条表面法线的方向和位置以及法线之间的表面形状的假设来确定背面表面124的曲率。在球形表面上的两条表面法线的情形中，图7示出了单位法线![]()
和![]()
这两个单位法线在具有半径R的球形表面上彼此间隔距离L。两条法线之间的角度可以利用点乘来确定，即：
||n^1||||n^2||cosθ=<n^1,n^2>,]]>
cosθ=<n^1,n^2>.]]>
θ=cos-1(<n^1,n^2>),---(14)]]>
其中cos-1表示反余弦算符。利用初等几何，给出距离L为：
L＝2R sin(θ/2) (15)
于是得到半径或曲率半径：
R=L2sin(θ/2)---(16)]]>
根据定义，曲率k为曲率半径的倒数，或：
k=1R=2sin(θ/2)L,]]>
=2sin(cos-1(<n^1,n^2>)/2)L---(17)]]>
因此，如上所述，在本实施例中，晶片曲率半径值RC可根据等式(16)以R获得，对应的曲率可根据等式(17)获得。
更一般而言，可替换测量晶片120的变形的其它适合方法。更一般而言，尽管已描述和说明了本发明的具体实施例，这样的实施例应被认为仅能说明本发明，而不应被认为如根据所附权利要求所解释的那样限制本发明。
[1]Silvio Savarese，Min Chen，and Pietro Perona，“Local shape from mirror reflections”，International Journal of Computer Vision，vol.64，no.1，pp.31-67，2005.
[2]S.Savarese and P.Perona，“Local analysis for 3D reconstruction of specular surfaces”，in Proc.of IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition，Kawa’I，USA，December 2001.
S.Savarese and P.Perona，“Local analysis for 3D reconstruction ofspecular surfaces-part II”，in Proc.of European Conference ofComputer Vision，Denmark，May 2002.
[4]M.Chen，S.Savarese and P.Perona“Recovering local shape of amirror surface from reflection of a regular grid”，in Proc.of European Conference of Computer Vision，Prague，May 2004.
[5]Silvio Savarese，“Shape Reconstruction from Shadows andReflections”，Ph.d.thesis，electrical engineering，CalTech，Pasadena，California，2005.
[6]Peter Kovesi，“Shapelets correlated with surface normals produce surfaces”，in 10th IEEE International Conference on Computer Vision，Beijing，2005，pp.994-1001.
[7]R0bert T.Frankot and Rama Chellappa，“A method for enforcing integrability in shape from shading”，IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence，vol.10.4，pp.439-451，July 1998.