TW201403037A - 化學氣相沉積反應器中輻射測量偏誤的縮減 - Google Patents

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Abstract

一種在例如CVD反應器之外殼中用以減少輻射測溫(量)偏誤之設備。在一實施例中，輻射測溫計利用焦外遠心透鏡裝置，焦外遠心透鏡裝置聚焦於無限遠處，但卻被用於捕獲來自於焦點外之相對接近之目標物(例如在數公尺內)之輻射；捕獲來自目標物之準直的輻射減少了雜散輻射之貢獻。在另一實施例中，源自於周圍加熱元件之指定部分之散射輻射，可藉由若干機制其中一者而局部地減少，包含減少指定部分之發射(例如操作溫度)、或者捕獲源自於該指定部分之輻射之一部分或使其偏斜。固定於接近由晶圓載具之中心延伸之軸線並橫跨該指定部分的輻射測溫計承受較少的雜散輻射，藉此可提供更可靠之溫度讀數。

Description

化學氣相沉積反應器中輻射測量偏誤的縮減
本發明係關於輻射測溫，且尤其關於在化學氣相沉積反應器(CVD)中與使用輻射測溫計或高溫計(pyrometers)相關聯之偏誤值的縮減。
有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)為例如半導體製造之程序中用於生長晶體層之化學氣相沉積技術。MOCVD製程係在具有特別設計之流動凸緣(flow flange)之反應室中進行，該流動凸緣用以將均勻之反應器氣流運送至反應室。
在MOCVD製程期間，晶體層之溫度一般是利用非接觸式裝置加以測量，例如輻射測溫計或高溫計。
此種長晶材料包含碳化矽(SiC)、硒化鋅(ZnSe)、及氮化鎵(GaN)基底材料如GaN及AlGaN。某些基板長晶材料有限制輻射測溫之操作波長之發射特性。例如，生長於藍寶石基板上之GaN，於處理溫度下，針對大於450nm之波長而言，可具有大於50%之透射率。如此，對大於450nm之波長，離開GaN層表面之實質部分之輻射，係源自於在輻射測溫計之視線之基板下方的結構(例如晶圓載具)；通過GaN層之輻射並不代表GaN層之溫度。因此，市場上已開發出可在小於450nm之波長(約對應於藍、 紫、紫外光波長)偵測輻射之輻射測溫計，請參見例如Zettler等人之美國專利申請案公開號US 2011/0064114(以下稱為Zettler)，其係揭露一種適用於偵測在250nm至450nm範圍之輻射之高溫計。
使用輻射測溫計有偵測到不要的輻射之問題，而不要的輻射之一來源為由期望之偵測帶通範圍以外所偵測到之未濾波輻射。Zettler揭露了說明了濾波輻射之貢獻之設備及技術。其指出窄帶通濾波器無法完全阻擋紅外光輻射，而未被阻擋之紅外光輻射在(約800℃)之操作溫度下可能會造成問題，因為目標物之光譜黑體發射功率，在電磁光譜之紅外光部分比在窄帶通濾波器之主要帶通(亦即用以推斷目標物溫度之期望光譜帶通)高約9個數量級(order of magnitude)。Zettler之方法包含使用一種偵測器，該偵測器在一寬波長範圍(由紫外至紅外光波長)內極為靈敏，且可以中心為約410nm之窄帶通濾波器而過濾進入之輻射。接著使用長帶通濾波器，以有效地阻擋窄帶通濾波器之主要帶通，但仍容許在電磁波光譜之紅外光及近紅外光部分未被窄帶通濾波器過濾之輻射通過。Zettler將通過窄帶通濾波器之主要帶通之輻射推斷為兩測量法之間的差異，亦即僅以窄帶通濾波器所獲得之訊號與以窄帶通濾波器及長帶通濾波器兩者所獲得之訊號之間的差異。
不要的輻射之另一來源為「雜散輻射」(stray radiation)之貢獻；雜散輻射為藉由外殼或其他結構並透過內部反射，而被重新導引至目標物上、且經反射至輻射測溫計之視線內之反射輻射。考慮設有GaN晶圓之晶圓載具，該GaN晶圓藉由例如微波加熱程序而被加熱至800℃之升高溫度，在此升高溫度下操作之元件，例如晶圓載具及晶圓，將沿各方向發出 輻射，使得輻射在反應室內進行內部反射。某些經內部反射之輻射將入射至輻射測溫計所瞄準的表面上，並且成為輻射測溫計所偵測到之輻射。就800℃℃下之GaN晶體而言，410nm時之反射率約為0.2，雜散輻射將明顯地使由輻射測溫計所指示之溫度值產生偏差。
當目標物正處於或接近反應室內之最高溫度時，雜散輻射便足以成為問題，微波加熱系統即為一例。然而，當吾人測量在可見光譜(亦即藍光、紫光或紫外光波長)之短波長或近短波長下之輻射時，若反應室內有在比目標物實質上更高溫下操作之其他來源，該問題將更形惡化。此一加熱裝置係根據熱力學第一定律轉換熱能，其要求電阻加熱元件在遠高於晶體生長層之溫度下運作。熱輻射加熱的一個優點為可將輻射強度之輪廓加以客製化，以使晶圓載具各處具溫度均勻性。
例如，考慮晶體生長層在800℃下之黑體輻射的狀況。根據蒲朗克定律(Planck’s law)，在410nm及800℃下之黑體光譜發射功率約為2.0×10-4W/m2．μm。今考慮例如電阻式加熱元件之熱源，其係透過在1800℃下運作之輻射及傳導而將熱量傳送至晶體生長層，在410nm及1800℃下之黑體光譜發射功率約為1.4×103W/m2．μm；此情況相較於800℃(晶體生長層於CVD期間之典型操作溫度)、於所關注波長，黑體光譜發射功率強度上增加約7個數量級(圖1)。因此，即使在410nm下僅有些微百分率之輻射到達輻射測溫計之偵測器上，所指示之溫度的偏差仍很明顯。如此，利用電阻式加熱元件之反應室中之雜散輻射貢獻，可與由Zettler所辨識之未過濾輻射貢獻具有相同之數量級(order of magnitude)。
然而，Zettler並未提及關於雜散輻射之貢獻或者反應室中具有可 有效地戰勝由目標物所發出輻射之輻射源的效應；再者，Zettler係以目標物可自由輻射(亦即不具有反射的貢獻)之方式處理目標物，但實際上，操作於晶體生長所要求之溫度下之CVD反應室內之目標物並非為自由輻射。
因此，吾人需要一種輻射測溫計，其適用於縮減因未過濾輻射及雜散輻射兩者所導致之不要的輻射之效應。
本發明之各種實施例皆使用所謂的「遠心」光學(telecentric)裝置，但卻是以焦外(off-focus)方式，以限制至少三個不同態樣中反射雜散輻射之貢獻。首先，在遠心光學裝置中，由目標物所捕獲之主要射線實質上平行於光學軸，如此實質上即限制了雜散輻射貢獻，尤其是當目標物具有堅固之鏡面反射率元件時。其次，吾人亦可調整遠心光學裝置，俾使由目標物上之各點所對之立體角(solid angle)極小，如此亦可減少雜散輻射之貢獻。第三，遠心光學裝置可用以捕獲由目標物所發出之輻射之準直光束，如此更進一步減少了由輻射測溫計所捕獲之輻射之立體角，但卻增加了目標物尺寸(以及後續之訊噪比(signal-to-noise ratio))對前向(forward)光學元件之有效直徑之比例。在捕獲輻射之準直光束時，吾人係以「焦外」方式使用遠心光學裝置，亦即遠心光學裝置並非用於目標物表面之高品質成像。因此，遠心光學裝置中所使用之元件，不需要具有如一般市售遠心透鏡系統之優異品質。
本發明之各種實施例或可或者額外地減少雜散輻射之貢獻，俾使有較少雜散輻射入射於輻射測溫計之目標物上，該雜散輻射係藉由輻射測 溫計透過在其中安裝反應室及配件而偵測到。在分析本案之雜散輻射時，吾人判定：加熱器陣列中之周圍加熱元件，對於由輻射測溫計所偵測到之雜散輻射具有最大貢獻。吾人亦已藉由波跡模擬(ray trace modeling)及驗證實驗(verification experiment)兩者確認：在最接近輻射測溫計目標物區域之周圍加熱元件部分中提供不連續性，將明顯地減少由雜散輻射所引起之偏誤。
「焦外」(”Off-Focus”)遠心光學元件
在例如機器視覺系統中使用市售的遠心透鏡系統，以提供高放大率之清晰、鮮明影像。此等遠心透鏡系統可提供一影像內之所有點之均勻放大率，不論點在影像中之位置如何。換言之，用於機器視覺系統中之遠心透鏡系統可提供實質的等距(isometric)之影像，恰與標準成像系統所提供之透視影像相反。市售遠心透鏡系統之一優點為：等距影像可實質地減少影像內之視差(parallax)。
然而，在一既定設定下，遠心透鏡系統可提供等距影像之有效範圍相當有限，此有效範圍通常稱為「遠心深度」(telecentric depth)(參見例如Petrozzo等人所著之“Telecentric Lenses Simplify Non-Contact Metrology,”Test & Measurement World,October 15,2001,p.5)。如此，遠心透鏡系統之典範為其只可於物平面為中心之一狹窄範圍操作。機器視覺遠心透鏡系統之光學元件具有高品質，以在整個影像範圍內提供清晰、鮮明之影像。再者，市售的遠心透鏡系統一般使用高品質裝配件，以提供調整物平面之焦深(focal depth)之能力；而市售的遠心透鏡系統之精準成像能力則提高了成本。
就本發明之各種實施例而言，係以機器視覺系統並未採用之方式利用遠心概念。在一實施例中，遠心光學裝置係用以聚焦於無限遠處，但卻僅被安裝於距離目標物若干公分。此種配置之優點為，來自目標物上之各點之輻射，具有實質的相同之進入光學系統之角度，並不需要與此相關聯之高品質成像及昂貴的光學元件，因為其目的在於輻射聚集及偵測，而非目標成像。換言之，吾人係以「離焦」(out-of-focus)或「焦外」(”off-focus”)方式使用遠心光學裝置，以有效地捕獲由目標物表面發出之輻射之準直光束。此一裝置既不需要高品質的成像光學元件，亦不需要微調影像用之尖端裝配件。
就結構上而言，在本發明之各種實施例中，焦外遠心光學裝置包含孔徑光閘(aperture stop)及一個或以上光學元件之第一或「物」(”object”)光學元件(此處稱為『物組件』(”object assembly”))。孔徑光閘及物組件可定義光學軸及相對於物組件內之參考點之第一焦距，而參考點位於光學軸上。在一實施例中，孔徑光閘與物組件之參考點相隔一距離，此距離實質上等於物組件之第一焦距。藉由將孔徑光閘設置於物組件之焦距上，物組件可有效地聚焦於無限遠處。來自於焦外目標物之實質上準直的輻射被傳輸通過物組件，且來自於焦外目標物之輻射經聚焦於孔徑光閘上。
在某些實施例中，一個或以上光學元件之第二或「影像」光學元件組件(此處稱為『影像組件』)可面對物組件而在孔徑光閘之另一側，且用以接收自物組件沿著光學軸傳輸並通過孔徑光閘之輻射。影像組件定義相對於影像組件內之第二參考點之第二焦距，第二參考點位於光學軸上。
在一實施例中，實施「雙邊，或雙側」(”bilateral”)之遠心光學 裝置，其中目標物及影像兩者之主要射線係平行於光學軸。在雙側之裝置中，物組件之焦距約莫定義了目標物距離，孔徑光閘係位於物組件之實質上後焦平面(back focal plane)及影像組件之前焦平面(front focal plane)。在雙側之遠心裝置中，不僅是透過目標光學元件組件所聚集之輻射為實質的準直，由影像光學元件組件傳送至偵測器之輻射亦為為實質的準直。使影像光學元件組件與偵測器之間的輻射變成準直之優點為可額外剔除雜散的光。
在各種實施例中，焦外遠心光學裝置係作為與化學氣相沉積系統中之新增或現有輻射測溫計一同裝設之套組(kit)。在一實施例中，遠心透鏡裝置包含孔徑光閘及用以聚集來自目標物之輻射之前向光學元件組件，且遠心透鏡裝置經調整成，將孔徑光閘定位於前向光學元件組件之焦距上。製造商所提供之操作指令亦教導使用者調整前向光學元件組件之方位，使之可攔截由化學氣相沉積反應室內之目標物所發出之輻射。在一實施例中，耦接遠心透鏡裝置與輻射偵測器及/或將孔徑光閘定位於前向光學元件組件之焦距上係由製造商所實施；在其他實施例中，將孔徑光閘定位於前向光學元件組件之焦距上及/或定位孔徑光閘之步驟，則記載於製造商所提供之操作指南中。
雙波長高溫計
此處所揭露之各種實施例亦包含利用焦外遠心概念以測量可見/紫外(UV)、可見及紅外光譜中之輻射之雙波常高溫計(為符合本發明之目的，或可稱為『光學』光譜之可見/紫外(UV)及紅外光譜包含300nm至700nm之波長，『可見』光譜包含400nm至700nm之波長，且『紅外』 光譜包含大於700nm至10,000nm之波長)。用以由輻射測溫而推斷溫度的常見解決之道即為所謂之「比例」高溫計，比例高溫計包含在兩不同波長帶通下測量由目標物所發出之輻射，並以使所得之訊號比例對溫度互相產生關聯為原則加以操作。就一灰體發射器(亦即對兩不同波長帶通，具有相同發射率之目標物)而言，發射率之效應可藉由比例之商數(quotient)而有效地被消除，俾使訊號比例相對(v.s.)溫度與黑體校正相同。亦已發展出多個方法，以在所視之目標物並非灰體時，修正比例高溫計所指示之溫度。
在彼此接近的之波長帶通(band pass)比相距較遠的之波長帶通有較大機率具有相同發射率(亦即展現灰體行為)之一般假設下，標準比例高溫計之不同波長帶通在電磁光譜上傾向於彼此相當接近。然而，就某些程序而言，吾人期望由波長光譜之不同部分獲得資訊，以便適當地控制程序。例如，為了將GaN沉積於MOCVD反應器中之藍寶石基板上，一種控制程序之方法為，使用主要溫度控制用之紅外光高溫計而推斷晶圓載具之溫度；但由於兩波長帶通一般皆處於相同電磁狀態中一不論是光學或紅外光，故習知比例高溫計並不適合用於此目的。
在本發明之雙波長高溫計實施例中，係利用一對輻射測溫計以測量在不同波長帶通下，來自同一觀測目標物之輻射。帶通之中心波長可在電磁光譜之不同部分中，波長帶通中之第一者位於可見/UV光譜內，而波長帶通中之第二者則位於紅外光譜內。在一實施例中，紅外光及光學波長帶通之中心波長分別約為900nm及400nm(例如930nm及405nm)。本發明之雙波長高溫計將光學(亦即，可見/UV)及紅外光偵測器結合於單一包裝中，俾使兩測量可透過一共用視埠而進行。因此，提供光學及紅外 光輻射測溫兩者並不需要使用兩視埠。另一優點為光學及紅外光測量兩者所捕獲之輻射，可透過視埠窗上之相同位置而同時自同一目標物捕獲，藉此消除由非同時測量所引起之可能不一致，該非同時測量係因不同目標物及透過不同視埠窗而產生。焦外遠心光學元件之結合更進一步削減了散射輻射(scattered radiation)之貢獻，如此降低了溫度量測之偏誤。
此處所揭露之部分的雙波長高溫計裝置可選擇性地(optionally)包含發射率補償用之反射計裝置(reflectometer)；由輻射訊號推斷溫度需要目標物之發射率或發射率補償值的知識。當各層累積於CVD反應室中之晶圓上時，晶圓可能經歷實質且非單調之發射率變化，如此所造成間歇性之破壞干擾由不同晶圓層反射出來，因而導致反射率及發射率上之週期性變異。本發明之某些實施例包含整合於輻射測溫計中、具有一或二個雙波長高溫計之輻射測溫計的反射計數器，可將反射計用於推斷目標物之發射率及提供對所指示之溫度之修正。結合焦外遠心光學裝置更降低了散射輻射之貢獻，此舉可減少對發射率判定之偏誤。
就結構上而言，所揭露之遠心雙波長高溫計可包含一個或以上用以傳輸來自於焦外目標物之輻射的光學元件之物組件，物組件定義相對於物組件內之參考點之焦距。在此實施例中，第一孔徑光閘係用以接收由物組件傳輸而來之輻射，物組件及第一孔徑光閘定義通過參考點之第一光學軸，第一孔徑光閘位於與參考點相隔一距離，該距離實質上等於物組件之焦距，以將輻射之第一被偵測部分聚焦於第一孔徑光閘上。此外，在此實施例中，第二孔徑光閘係用以接收由物組件傳輸而來之輻射，物組件及第二孔徑光閘定義通過參考點之第二光學軸，第二孔徑光閘位於與參考點相 隔一距離，該距離實質上等於物組件之焦距，以將輻射之第二被偵測部分聚焦於第二孔徑光閘上。吾人可設置第一電磁輻射偵測器，以偵測由物組件透過第一孔徑光閘所傳輸之輻射之第一被偵測部分。同理，吾人可設置第二電磁輻射偵測器，偵測由物組件透過第二孔徑光閘、第一電磁輻射偵測器、及第二電磁輻射偵測器所傳輸之輻射之第二被偵測部分，以分別產生第一訊號及第二訊號，而推斷焦外目標物之溫度。
遠心雙波長高溫計可更包含第一反射計次組件(subassembly)，該第一反射計次組件包含第一輻射源及第一分束器(beam splitter)，該第一輻射源係用以產生電磁輻射之第一光束，該第一分束器係用以沿著第一光學軸而傳遞一部分之第一光束，以照射焦外目標物。第二反射計次組件包含第二輻射源，亦可包含第二分束器，該第二輻射源係用以產生電磁輻射之第二光束，該第二分束器係用以沿著第二光學軸而傳遞一部分之第二光束，以照射焦外目標物。
在一實施例中，輻射之第一被偵測部分係在電磁輻射之紅外光譜中，輻射之第二被偵測部分係在電磁輻射之可見光譜中。輻射之第二被偵測部分可定義中心為波長大於或等於400nm、且小於或等於410nm之波長帶通，輻射之第一被偵測部分可定義包含930nm波長之波長帶通。亦可使用縮減的(reduced)孔徑組件，以減少由第一電磁輻射偵測器所偵測到之輻射之第一被偵測部分、以及由第二電磁輻射偵測器所偵測到之輻射之第二被偵測部分兩者其中一者。
多通道高溫計
本發明之實施例更包含「多通道」(”multi-channel”)高溫計系統， 其係用於推斷空間溫度分佈，其方法為在製造期間提供複數個焦外遠心輻射測溫計判定晶圓之溫度分佈(輪廓)。吾人期望均勻之溫度分佈，以增加晶圓產率，然而晶圓載具及晶圓之總體溫度係由加熱元件加以控制，操作者可利用各種二次參數，以改善晶圓之間以及單一晶圓內的溫度均勻性。本發明包含用以測量晶圓溫度之均勻性之裝置。將複數個輻射測溫計各自定位，以在一既定晶圓上之不同位置觀察不同之目標，且可同時獲得來自各目標之數據。吾人可調整目標之尺寸，以提供主體晶圓幾近完全之覆蓋，以推斷橫跨晶圓之溫度分佈。溫度均勻性地圖可被產生，且其準確性可藉由利用在一選定時間間隔內(例如1分鐘)之同步數據之統計平均值加以改善。焦外遠心光學元件之結合更降低了反應室內散射之輻射之量，其實質上會隨著晶圓上之目標之位置而改變。散射輻射量之降低可縮減了個別溫度測量及所生成溫度分佈之偏誤。
在本發明之再其他實施例中，係將多通道裝置及雙波長概念(及選擇性之反射率測量能力)兩者結合於相同系統中。藉由此裝置，溫度分佈可具有由雙波長及/或發射率補償裝置所提供之強化準確性。
就結構上而言，本發明揭露了用以推斷空間溫度分佈之多通道高溫計系統，其包含用以觀察對應之複數個相鄰焦外目標物之複數個輻射測溫計。複數個輻射測溫計中之每一者皆包含第一遠心光學裝置，第一遠心光學裝置包含一個以上傳輸輻射用之光學元件之物組件，物組件定義相對於物組件內之參考點之焦距。複數個輻射測溫計中之每一者更包含第一孔徑光閘，其係用以接收由物組件傳輸而來之輻射。物組件及第一孔徑光閘定義通過參考點之第一光學軸，第一孔徑光閘位於與參考點相隔一距離， 該距離實質上等於物組件之焦距，以將來自於對應之複數個相鄰焦外目標物中之個別每一者的輻射之第一被偵測部分聚焦於第一孔徑光閘上。複數個輻射測溫計中之每一者皆更包含第一電磁輻射偵測器，其係用以偵測由物組件透過第一孔徑光閘所傳輸之輻射之第一被偵測部分。第一電磁輻射偵測器產生第一訊號，由此第一訊號可推斷對應之複數個相鄰焦外目標物中之個別每一者之溫度。複數個輻射測溫計可用以觀察晶圓載具中之晶圓，晶圓載具被設置於化學氣相沉積反應室內，其中複數個相鄰焦外目標物完全被晶圓所對到(subtended)。由於晶圓載具會轉動，故相鄰焦外目標物被晶圓所對到之情形係週期性出現。
複數個輻射測溫計至少其中一者可包含第一反射計次組件，該第一反射計次組件包含第一輻射源及第一分束器(beam splitter)，該第一輻射源係用以產生電磁輻射之第一光束，該第一分束器係用以沿著第一光學軸而傳遞一部分之第一光束，以照射對應之複數個相鄰焦外目標物之個別每一者。第二反射計次組件包含第二輻射源，亦可包含第二分束器，該第二輻射源係用以產生電磁輻射之第二光束，該第二分束器係用以沿著第二光學軸而傳遞一部分之第二光束，以照射對應之複數個相鄰焦外目標物之個別每一者。在某些實施例中，第一及第二反射計次組件其中一者或兩者利用截波器(chopper)調制(或調變)第一光束。此外，複數個輻射測溫計至少其中一者可包含縮減(reduced)之孔徑組件，以選擇性地減少由第一電磁輻射偵測器所偵測到之輻射之第一被偵測部分。
在一實施例中，高溫計系統之複數個輻射測溫計至少其中一者更包含第二遠心光學裝置及第二電磁輻射偵測器。該第二遠心光學裝置包含 第二孔徑光閘，該第二孔徑光閘用以接收來自物組件之輻射，物組件及第二孔徑光閘定義通過參考點之第二光學軸，第二孔徑光閘位於與參考點相隔一距離，該距離實質上等於物組件之焦距，以將來自於對應之複數個相鄰焦外目標物之個別每一者的輻射之第二被偵測部分聚焦於第二孔徑光閘上。該第二電磁輻射偵測器係用以偵測由物組件透過第二孔徑光閘所傳輸之輻射之第二被偵測部分並產生第二訊號，由此第二訊號可推斷對應之複數個相鄰焦外目標物中之個別每一者之溫度。輻射之第一被偵測部分可在電磁輻射之紅外光譜，輻射之第二被偵測部分係在電磁輻射之可見光譜。在一實施例中，沿著第一光學軸及第二光學軸設置冷光鏡(cold mirror)，冷光鏡傳送輻射之第一被偵測部分並反射輻射之第二被偵測部分。輻射之第二被偵測部分可定義中心波長為大於或等於400nm、且小於或等於410nm之波長帶通，且輻射之第一被偵測部分可定義包含930nm波長之波長帶通。
雜散輻射控制
各種實施例之操作準則為，局部減少來自輻射測溫計之目標物附近之周圍加熱元件的輻射量。在一實施例中，輻射量之局部縮減係藉由在周圍加熱元件上包含一低熱通量部分，俾使在輻射測溫計之操作波長下，由其所發出之輻射熱遠小於周圍加熱元件之其餘部分(例如低於2個數量級(order of magnitude))。低熱通量部分消除了操作波長(例如可見/UV光譜)所發出之輻射，俾使在輻射測溫計之操作波長，周圍加熱元件局部上不產生雜散輻射。此案例之分析及實驗已顯示：以此方式減少迫近輻射測溫計之目標物區域之光譜輻射量，可明顯地縮減由雜散輻射所引起之偏 誤。
在另一實施例中，雜散輻射量之局部縮減，係利用重新導引源自於周圍加熱元件之一部分之輻射而達成。在此實施例中，偏斜表面使源自於周圍加熱元件之一部分之輻射偏斜而離開輻射測溫計之目標區域，且其位置極接近周圍加熱元件。以此方式，可局部地減少雜散輻射量。
在一實施例中，揭露了一種由輻射測溫計所接收之雜亂輻射之限制系統。該限制系統包含：化學氣相沉積(CVD)反應室；晶圓載具，用以繞著旋轉軸轉動，該晶圓載具包含頂面、底面、及外緣，頂面實質上為平面且定義一目標物平面。將複數個加熱元件設置於晶圓載具下方，其係用以輻射加熱晶圓載具之底面。複數個加熱元件可包含極接近晶圓載具之外緣之一周圍(peripheral)加熱元件，該周圍加熱元件可實質上圍繞複數個加熱元件之其餘的加熱元件，或者包含圍繞其餘加熱元件之兩個以上加熱元件。周圍加熱元件可包含沿著周圍加熱元件之指定部分之低熱通量部分，相對於周圍加熱元件之其餘部分，此低熱通量部分操作在實質上降低(reduced)的溫度下。在一實施例中，低熱通量部分係操作於比在最大操作溫度下運作之加熱元件之其他部分，低至少300℃之溫度下。
在一實施例中，輻射測溫計係用以觀察極接近「縮減的散射輻射的軸線」之目標物。縮減散射輻射的軸線與目標物平面共平面，且由一旋轉軸延伸並越過加熱元件之低熱通量部分。周圍加熱元件之低熱通量部分可包含一電連接器。
在一實施例中，目標物係位於晶圓平面上之矩形區域內，該晶圓平面包含縮減散射輻射的軸線之一部分，該矩形區域由心軸(spindle)延伸 至晶圓載具之外緣，且其寬度約等於周圍加熱元件之指定部分之切線尺寸(tangential dimension)之寬度。
限制系統可更包含位於CVD反應室內之一圓柱體，該圓柱體定義實質上與旋轉軸同中心之圓柱體軸，且具有內部表面、外部表面、及頂緣。內部表面定義一圓柱體內徑，外部表面定義一圓柱體外徑，而頂緣定義實質上與圓柱體軸正交之一上平面。晶圓載具可定義大於圓柱體之圓柱體內徑之載具外徑。限制系統亦可包含位於CVD反應室內之心軸，該心軸與旋轉軸同中心且具有用以與晶圓載具耦接之一末端部分。在一實施例中，輻射測溫計係用以偵測在電磁光譜之可見/UV部分中之輻射。
在本發明之各種實施例中，揭露了用以減少由周圍加熱部分之指定部分所發出之散射輻射之不同機構。在一實施例中，該機構可包含位於接近周圍加熱部分之指定部分的輻射阱(radiation trap)及輻射偏轉器(radiation deflector)兩者其中一者。
在其餘實施例中，揭露了一種由輻射測溫計所接收之雜散輻射之限制方法，其中目標物係位於化學氣相沉積反應室中。該限制方法包含提供用以操作於化學氣相沉積反應室中之晶圓載具及加熱器陣列。該晶圓載具係用以繞著旋轉軸而轉動，且具有下表面及實質上平面形之上表面，而該上表面定義目標物平面。該加熱器陣列包含周圍加熱元件，該周圍加熱元件包含沿著周圍加熱元件之指定部分之一低熱通量部分。吾人亦提供在有形媒體上之操作指令，包含以下步驟：˙將加熱器陣列設置於化學氣相沉積反應器內；˙將晶圓載具設置於化學氣相沉積反應器內之加熱器陣列上 方，並使上表面朝上；˙調整輻射測溫計，以觀察接近縮減散射輻射的軸線之目標物，該縮減散射輻射的軸線與目標物平面共平面，且由旋轉軸延伸並越過加熱元件之低熱通量部分。
本發明之其他態樣及優點，將由下列說明、結合附圖並藉由範例闡述本發明之原理而變得明顯。
參照圖1，其繪示在各種溫度下根據蒲朗克定律(Planck’s law)之光譜黑體發射功率之曲線系10；約與400nm至700nm之波長帶(wavelength band)一致之可見光譜區域12亦標示於圖1中。關於先前所討論之溫度在410nm時之黑體發射功率上之效應，吾人分別將在1073K及2073K(分別對應於800℃及1800℃)下之第一及第二參考點14及16標示於圖1中。
參照圖2及3，其係揭露關於利用輻射測溫計22之MOCVD反應器系統20之實施例，其中輻射測溫計22具有焦外遠心光學裝置24。MOCVD反應器系統20包含反應室26，反應室26可操作地耦接至流動凸緣28以定義外殼30；流動凸緣28包含層流板31，MOCVD系統之氣體係透過層流板31而通入反應室26中。反應室26內設有晶圓載具32，晶圓載具32具有頂面34及底面36且可操作地耦接至心軸38，頂面34定義晶圓袋35，心軸38定義旋轉軸40，而晶圓袋35中之每一者係用以將晶圓41安置於其中。本體擋門(body shutter)42可以可移動之方式插入於反應室 26之內壁旁且圍繞晶圓載具32。
電阻加熱陣列44被設置於晶圓載具32下方，以輻射方式耦接至晶圓載具32之底面36。電阻加熱陣列44可包含周圍加熱元件45，且可被圓柱體46所圍繞，亦可以反射板48加以黏合，以增強電阻加熱陣列44與晶圓載具32之間的輻射式耦接。
將輻射測溫計22安裝於流動凸緣28頂部，並調整其方位使之可透過視埠窗52而觀察到晶圓載具32之頂面34。在一實施例中，視埠窗52被設置於可被主動地冷卻之凹槽54中。
焦外遠心光學裝置24包含第一或稱前方(forward)光學元件組件62(此處稱為『物組件』62)及第二或稱後方(rearward)光學元件組件64(此處稱為『影像組件』64)。物組件62之特徵在於具有一有效半徑尺寸65(圖4)，亦即為物組件62可有效地傳輸輻射至孔徑光閘66之最大半徑尺寸。
孔徑光閘66位於物組件62與影像組件64之間。在一實施例中，物組件62與影像組件64及孔徑光閘66沿著一光學軸而共心排列；光學軸68為由輻射測溫計22所偵測之輻射進行傳遞的軸。光學軸68可為筆直，如此處所例示者；或可為迂迴曲折形，例如在使用平面或聚光鏡傳輸輻射時。光學軸68可在焦外目標物72之中心，特徵為具有一焦外目標物區域74。輻射測溫計22亦包含用以偵測電磁輻射之偵測器76。
應注意：為達本發明之目的，「光學元件組件」可包含複數個光學元件(如圖所示)，或者可包含單一元件，例如單一透鏡。雖然此處所例示之光學元件包含透鏡，然應明瞭吾人亦可使用其他元件以完成輻射傳 輸，例如聚焦鏡或光纖束。
在一實施例中，調整輻射測溫計22之方位，俾使光學軸68實質上垂直於晶圓載具32之頂面34(圖2)。在另一實施例中，調整輻射測溫計22之方位，俾使光學軸68相對於垂直晶圓載具32之頂面34之方向成一銳角(圖3)。在一實施例中，將光阱(light trap)82設置於三維空間中光學軸68之反射角(mirrored angle)(圖3)；換言之，將光阱(light trap)82設置成可對向到(subtend)來自於晶圓載具32之頂面34處之假設反射面的光學軸68之反射。
茲將參照圖4，更詳細地說明輻射測溫計22之焦外遠心光學裝置24。物組件62之特徵為具有焦距F1，F1係由在物組件62上或內之光學軸68上之參考點84開始測量。「焦距」為自參考點起算至平行光學軸68而通過之射線被物組件62聚焦處之距離。就焦外遠心光學裝置24，孔徑光閘66係位於此收斂點上，亦即在物組件62之焦距F1上。
例示之焦外遠心光學裝置24更具有距離L1及L2，L1為影像組件64與孔徑光閘66之間的距離，而L2為影像組件64與偵測器76之間的距離。孔徑光閘66亦以具有主要尺寸為特徵，此處，「主要尺寸」係指圓形孔徑之直徑或者非圓形孔徑之最大尺寸(例如矩形孔徑之對角線)。
在一實施例中，距離L1實質上等於影像組件64之焦距，俾使由影像組件64傳輸至偵測器76之輻射為實質地準直，此裝置在此稱為「雙邊」(”bilateral”)之遠心光學裝置。在雙邊之遠心光學裝置中，不僅由物組件62所聚集之輻射為實質上準直，由影像組件64傳輸至偵測器76之輻射亦為實質上準直(如圖式所示)。將由影像組件64傳輸至偵測器76之輻射 準直化之一優點為可排除額外之雜散光。此種雜散輻射可能源自於系統中各種光學元件之表面以及進入輻射測溫計22之離軸(off-axis)輻射。影像組件64與偵測器76之間的輻射準直化，抵制了以不平行於光學軸68之角度進入影像組件64之輻射。
在一實施例中，距離L2亦可實質上等於影像組件64之焦距；然而，在雙邊之遠心光學裝置中，並未將L2限制於任何特定尺寸。
射線束88之特徵為包含中心或「主要」射線92之射線群集(cluster)，全部皆源自於目標物72上之無限小點94。射線束88包含源自於以主要射線92為中心之一立體角96內之無限小點94的所有射線，主要射線92平行於但偏離光學軸68。目標物區域74內之每一無限小點94皆發出相同之射線束，而由物組件62加以接收。
立體角96為主要尺寸86及目標物距離L3之函數，L3為自物組件62之最前方表面95至目標物72之距離。射線束88之立體角96愈小，射線束88中之射線與光學軸68將愈接近平行，且愈能去除雜散光。就一既定目標物距離L3而言，主要尺寸86愈小，立體角96愈小。此外，就一既定孔徑光閘66之主要尺寸86而言，較長之目標物距離L3將能提供用以加強去除雜散光之較小之立體角96。一般而言，由於焦外、平行射線聚集，目標物距離L3並不具有特定尺寸，MOCVD反應室之目標物距離L3之非限制性實施例為小於2公尺。在一實施例中，目標物距離L3實質上為物組件62之焦距，其功用為當一既定射線束88通過孔徑光閘66時，實質地聚焦該既定射線束88，如圖4所示。在一實施例中，目標物距離L3為200mm至300mm之數量級(order)(例如250mm)。
輻射測溫計22可選擇性地設有縮減尺寸的孔徑組件97及/或光閘(shutter)組件98。在一實施例中，縮減尺寸的孔徑組件97及光閘組件98中之每一者皆可包含安裝於致動器100上之平板99。就縮減尺寸的孔徑組件97而言，平板99包含相較於孔徑光閘66之孔徑具有縮減尺寸之孔徑101，藉以至少與孔徑光閘66之主要尺寸86干涉。另一方面，光閘組件98之平板99為胚料(blank)。
在操作中，可將平板99獨立地設置成不接觸、或部分或完全阻擋通過孔徑光閘66之輻射。就縮減尺寸的孔徑組件97而言，當孔徑101處於展開(deployed)位置時，其可以光學軸68中心，藉以部分地阻擋輻射，並縮減輻射測溫計22之有效孔徑。就光閘組件98而言，將平板99由待機定位切換至展開位置，可完全阻擋目標物輻射到達偵測器76。縮減尺寸的孔徑組件97及光閘組件98兩者皆以展開方式繪示於圖4中。在一實施例中，孔徑101具有在1-12mm範圍之直徑。
在功能上，可安裝縮減尺寸的孔徑組件97，以避免偵測器隨著溫度增加而飽和。如上所述，黑體光譜發射功率可增加若干數量級(order of magnitude)，尤其在可見/UV光譜中。吾人可利用縮減尺寸的孔徑組件97，以減少到達偵測器76之輻射之量，藉此避免飽和。同理，可利用光閘組件98，以保護偵測器76在極端之輻射狀況中免受損傷。
所例示之致動器100為旋轉型致動器，當在展開位置時，其將平板99轉動至光學軸68內；當在待機位置時，其將平板99轉動離開光學軸68。應明瞭此例示裝置並非限制性，吾人可安裝任何類型之若干致動器，包含可將平板99線性移入或移出光學路徑之移動型裝置，或者用以主動控 制孔徑尺寸之可調式光圈(iris)裝置。
熟悉此項技藝者將認可：所需之立體角96之大小與達成一既定訊噪比之目標物區域74之大小之間存在取捨；換言之，就一既定目標物距離L3而言，較小立體角96(例如較小的主要尺寸86)可用於較大目標物區域74，如此通常可加強地去除雜散輻射，然而較小目標物區域74便需要較大立體角96(例如較小的主要尺寸86)。目標物尺寸被其他因子所限制，包含視埠窗52之尺寸、影像組件64之有效半徑尺寸、及晶圓載具32上之目標物72之期望視野。因此，就需要較大之孔徑光閘66之主要尺寸86的較小目標物區域74而言，在較短之目標物距離L3環境下，可能使焦外遠心光學裝置24之雜散光去除措施變成無效。
在某些非限制性實施例中，孔徑光閘66之主要尺寸86物組件66之有效半徑尺寸65的約1/3以下。在一實施例中，孔徑光閘66之主要尺寸86在1mm至20mm之範圍。
就典型之結晶生長材料之目標物而言，由目標物72進行鏡面反射之相互反射輻射(inter-reflected radiation)具有一強反射分量；換言之，大部分入射於結晶生長結構之表面上之輻射將以與入射角相同之角度反射。因此，進入標準輻射測溫計(亦即無遠心光學裝置者)之不均衡量之雜散輻射，以不平行於光學軸68之角度被反射而離開目標物72，故藉由減少射線束88之立體角96，亦實質上降低了雜散輻射之量。
考慮圖2中輻射測溫計22之位向。由目標物72反射而進入輻射測溫計22之輻射，應已被相互反射或者由視埠窗52射出。視埠(viewport)(窗)52可用以減少由該處反射輻射的量，例如藉由使用抗反射塗層及/ 或在凹槽54內設置可被主動冷卻之視埠窗52，以限制入射於視埠窗52上之輻射量。
考慮圖3中輻射測溫計22之位向。如一般所述地排列且如圖3所示之光阱82具有捕獲將以光學軸68之鏡面反射角入射於目標物72上之輻射之功能；如上所述，利用凹槽54內之抗反射視窗，光阱82亦可用以限制相互反射輻射被傳輸至目標物72上。
為證實焦外遠心光學裝置24之操作理論，吾人利用由美國亞歷桑那州土桑市Breault Research Organization,Inc.所提供之先進系統分析程式(ASAP,Advanced System Analysis Program)、三維射線追蹤程式(three dimensional ray tracing program)，將實質上如圖2所示及此處所述之外殼30之幾何形狀及操作條件模型化。執行ASAP模型，以識別雜散輻射路徑及分析進入視埠窗52之雜散輻射。吾人將周圍加熱元件45設定成在1800℃溫度下操作之輻射源，將晶圓載具32(經模型化為在晶圓袋35中包含晶圓)模型化為800℃下之輻射源及散射媒介兩者。假設晶圓袋35運載在所關注波長具有0.8發射率之晶圓41，基於蒲朗克定律，輻射源之黑體發射功率係在405nm之波長而建立，亦將外殼30之內壁(包含本體擋門42、層流板31、及視埠窗52)模型化為散射的媒介。
針對兩不同之聚集光學元件，將輻射測溫計22模型化：「標準」光學裝置，在1：1放大倍率下具有10mm之目標物直徑；以及如此案所述之焦外遠心光學裝置，具有約30mm之目標物直徑。比較由目標物24發出且直接進入輻射測溫計22(『訊號輻射』)之405nm輻射量與外殼30內相互反射且進入各光學裝置之輻射測溫計22(『雜散輻射』)之405nm輻射 量，其結果列於表1。
表1：針對標準裝置及遠心光學裝置，預測在405nm下歸因於訊號及雜散輻射之輻射波長比例之ASAP模型結果(目標物在800℃下，周圍加熱元件在1800℃下)
ASAP預測：就利用標準光學元件之輻射測溫計而言，在405nm波長下，偵測器上約70%之輻射通量係歸因於雜散輻射；然而，利用焦外遠心光學裝置24將雜散輻射貢獻降低至39%。雜散光貢獻分別引起約41℃及16℃之溫度偏誤；換言之，焦外遠心光學裝置24之溫度測量之偏誤比標準透鏡系統幾乎小2/3。
參照圖5及5A，吾人亦以實驗方式驗證焦外遠心光學裝置24。就此實驗而言，MOCVD反應器系統使用流動延展器(flow extender)104，流動延展器104包含在晶圓載具32之頂面上方延伸且利用連接器108而貼附至本體擋門42之上端106。可將流動延展器用於改良流動及結晶生長環境的熱特性，但由觀察晶圓載具32及晶圓41之輻射測溫計22所接收之雜散輻射訊號之傾向亦大幅地增加。反應器系統與晶圓載具(包含在晶圓袋中之晶圓上之GaN結晶生長材料)一同操作於約800℃持續一延長期間，俾使外殼內之熱環境處於似穩態(quasi-steady state)(亦即使MOCVD反應 器系統之元件熱飽和)。俟供電至電阻加熱陣列後，利用輻射測溫計進行第一次測量；接著，切斷對電阻加熱陣列之供電，且在十秒鐘時段內利用輻射測溫計進行第二次測量。在405nm波長，來自電阻加熱陣列之雜散輻射幾乎在切斷供電時立即停止，然而由於目標物之熱容(thermal capacitance)，目標物持續以與停止供電前實質上相同之發射功率發出輻射。因此，假設第一次測量包含來自於電阻加熱陣列在405nm波長之雜散輻射分量，而第二次測量則否。吾人針對利用標準焦內(in-focus)光學裝置之標準光學高溫計以及利用焦外遠心光學裝置24之輻射測溫計兩者進行實驗，兩輻射測溫計皆在405nm波長正常操作。結果顯示於表2。
表2：針對標準及遠心光學裝置，估算在405nm歸因於訊號及雜散輻射之輻射波長比例之測量結果(目標物在800℃下；反應室具有流動延展器)
測量結果顯示，就使用標準光學元件之輻射測溫計而言，在405nm波長，偵測器上約64%之輻射通量係歸因於雜散輻射；另一方面，使用焦外遠心光學裝置24將雜散輻射貢獻減少至約31%。此等雜散光量分別引起約34℃及12℃之溫度偏誤，焦外遠心光學裝置24之溫度測量之偏誤再度比標準透鏡系統小約2/3。
在一實施例中，偵測器76包含具有700nm之截止波長之光子計數器(photon counter)(亦即光電倍增管，PMT(photomultiplier tube))，故其對紅外光輻射不靈敏。因此，使用PMT作為偵測器可大幅地消除在Zettler案所識別之光譜的紅外光部分中不當濾波之疑慮。可利用濾波裝置102過濾PMT，俾僅有主要在藍、紫、或紫外光區域中之波長被偵測到。
PMT之另一優點為其可提供快速之時間響應(time response)，此為利用高轉速之晶圓載具之CVD反應室之一考慮因子，例如由美國紐澤西州Somerset之Veeco儀器公司所製造之TURBODISC系統。TURBODISC系統一般說明可見於Mitrovic等人於2005年六月所公開之“Reactor Design Optimization Based on 3D CFD Modeling of Nitrides Deposition in MOCVD Vertical Rotating Disc Reactors,”(可瀏覽網頁http：//www.wpi.edu/academics/che/HMTL/CFD中之文件CRE_IV/Mitrovic.pdf)。此種高轉速之系統對來自輻射偵測器76之資料可能需要擷取速率在10kHz級次，PMT可提供此水準。
由濾波裝置所傳送之光譜之非限制性範例包含中心波長在380nm至420nm範圍及帶寬(band width)(半峰全幅值，full width at half maximum)在10nm至70nm範圍。在一實施例中，濾波裝置102更包含組合彩色玻璃濾光片之帶通濾波器。濾波器組合之一非限制性範例為購自Newport之10BPF25-400之帶通濾波器(中心波長為400±3.5nm；半峰全幅值為25±3.5nm)，其具有來自Thorlabs公司之FGB25彩色玻璃濾光片(400nm之局部截止波長)，兩者加以組合以定義一主要帶通，供容許標稱的390nm至420nm間帶通之輻射通過。
在一實施例中，焦外遠心光學裝置24之元件及布局之非限制性範例包含：物組件62為包含直徑為50.8mm且焦距為249.2mm之平凸形透鏡(plano-convex lens)(例如購自Thorlabs公司之LA1301-A)，該透鏡位於與孔徑光閘66相距249.2mm(F1)之處；影像組件64為包含直徑為25.4mm且焦距為75.0mm之平凸形透鏡(plano-convex lens)(例如購自Thorlabs公司之LA1608-A)，該透鏡位於與孔徑光閘66相距75mm(L1)、且與偵測器相距75mm(L3)之處。在另一實施例中，物組件62更包含直徑為50.8mm且焦距為100mm之艾克羅蔓第克(消色差的)雙合透鏡(achromatic doublet)(例如購自Thorlabs公司之AC508-100-A)，其並組合上述之平凸形透鏡，以便將物組件之焦距F1縮短至約87mm，同時縮短組件之整體長度。在此後者之裝置中，具有較短焦距(如30mm)之艾克羅蔓第克雙合透鏡可例如被使用作為影像組件64，以便更接近孔徑(例如購自Thorlabs公司之AC254-030-A)。
在上述參考範例中之諸透鏡可包含適合傳送在電磁光譜之可見/UV光譜之輻射的任何材料，如硼矽玻璃(borosilicate glass)、氟化鋇(barium fluoride)及熔融矽石；亦可將其塗佈抗反射塗層。
或者，可使用其他濾波裝置及技術，組合此處所揭露之焦外遠心光學裝置24。舉例而言，可安裝偵測器及濾波裝置Zettler。在某些實施例中，可使用水冷式CCD或例如崩潰光二極體(avalanche photodiode)之固態偵測器。
在操作時，晶圓載具32繞著旋轉軸40而轉動，同時受到加熱陣列44之輻射加熱。晶圓載具32繞著旋轉軸40轉動之轉速，實質上可取決 於MOCVD反應器系統20之操作參數及設計準則而加以變化。
輻射測溫計22及焦外遠心光學裝置24並不限制於設有除了電阻式加熱器以外之加熱源之系統，本發明可包含各種實施例，例如某些CVD反應器系統可使用微波加熱源。
參照圖6A及6B，其係例示本發明一實施例之用於偵測晶圓41上空間溫度變化的多通道裝置110及111。在所例示之實施例中，組成焦外遠心光學裝置24之複數個輻射測溫計22a,22b及22c，適合用於在晶圓41轉動通過視埠窗52時，同時觀察晶圓41上之個別目標物72a,72b及72c。可將複數個輻射測溫計22a,22b及22c排列成，當晶圓載具32繞著旋轉軸40轉動至一既定方位時，全部目標物72a,72b及72c皆可被晶圓41對到(subtend)。
在一實施例中，複數個輻射測溫計22a,22b及22c被排列成，俾使目標物72a,72b及72c沿著實質上沿半徑坐標R延伸之直線112而集中，該半徑坐標R是由旋轉軸40沿徑向向外延伸並通過晶圓41之中心(圖6A)。在另一實施例中，複數個輻射測溫計22a,22b及22c被排列成，俾使目標物72a,72b及72c沿著實質上垂直於半徑坐標r且通過晶圓41之中心的直線114集中(圖6B)。仍有其他實施例可定義其他形態(pattern)，例如目標物形成非線性類型的態樣，或者目標物沿著相對於徑向坐標r定義一銳角之直線而排列。
參照圖6C，其繪示用以測量目標物72a-72e之形態的輻射測溫計22a-22e之多通道群集(cluster)120。多通道群集120可提供關於例如沿著直線112及114的晶圓41溫度分佈之二維資訊。
圖6A-6C所示之各種實施例可實現中心落在例如400nm至410nm(如405nm)之波長範圍之「藍光」波長。在一實施例中，複數個輻射偵測器(例如圖6A之輻射測溫計22a-22c)使用輻射聚集透鏡、光閘/光圈、濾波器及偵測器透鏡用之單一支座，以提供具有較佳空間解析度之更緻密設計。在一非限制性實施例中，目標物72(如圖6C之72a-72e)之尺寸可為11mm x 22mm，且仍可提供適當之訊噪比。目標物之間留有1.5mm至10mm之空間的此種配置，使得吾人在晶圓41直徑約每一吋(inch)可有一個輻射測溫計22或更小之密度下(亦即對於3吋晶圓有一列三個測溫計，對於6吋晶圓有一列六個測溫計，對於8吋晶圓有一列八個測溫計等)，使用一列輻射測溫計22。
可取得來自輻射測溫計22a,22b及22c之輸出訊號，並將其儲存於資料擷取系統115上。在一實施例中，資料擷取系統115包含：訊號處理器116，其調節來自輻射測溫計22a,22b及22c之訊號並將之數位化；記憶裝置117，其儲存數位資料；及控制器118，例如電腦。吾人可擷取來自輻射測溫計22a,22b及22c中之每一者之時間相對訊號資料，並將其儲存於記憶裝置117中。控制器118亦可即時施行任務，例如將訊號資料轉換成溫度、計算平均及標準差、及繪製晶圓41及/或晶圓載具32之溫度輪廓。儘管資料擷取系統115係為了用於圖6A之結構中而繪製，但其可與此處所述之任何輻射測溫計一起使用。又，熟悉此項技藝者可取得之各種系統亦適合用於資料擷取。
當一既定晶圓41相對於輻射測溫計而被適當定位時所擷取之資料後，資料擷取系統115亦可用以將資料流(data stream)同步化處理。同 步化使得對應至在觀察例如目標物72a,72b及72c時所接收到之訊號之資料流之相關部分能夠被提取出來，可針對一段時間內此資料流之相關部分進行平均，以用於統計處理。在一實施例中，同步化及資料之統計處理係即時完成。同步化常式(routine)之一範例揭露於Gurary等人之美國專利第6,349,270號(”Gurary”)中。
參照圖7A及7B，其係說明利用輻射測溫計222之MOCVD反應器系統220，輻射測溫計222用以觀察在MOCVD反應器系統220內之目標物224。MOCVD反應器系統220包含操作上與流動凸緣228耦接以定義外殼230之反應室226，流動凸緣228包含層流板231，MOCVD製程所用之氣體即透過層流板231而被通入反應室226中。將晶圓載具232設置於反應室226中，晶圓載具232具有定義目標物平面233之頂面234，輻射測溫計之目標物224實質上安置於目標物平面233上；頂面亦定義用以支撐基板或晶圓237之晶圓袋235。晶圓載具232亦包含底面236，且被操作地與定義旋轉軸240之心軸238相耦接。可將本體擋門242可拆除地插入於鄰接反應室226之內壁並圍繞晶圓載具232。
加熱器陣列244位於晶圓載具232下方，以輻射方式耦接至晶圓載具232之底面236。加熱器陣列244可被圓柱體246圍繞，且亦可以細絲裝設板248於下方被限制，以增強加熱器陣列244與晶圓載具232之間的輻射耦接。圓柱體246定義實質上與旋轉軸240同中心之圓柱體軸250。
將輻射測溫計222安裝於流動凸緣228上方，並調整位向使其可透過視埠窗252而觀察晶圓載具232之頂面234。在一實施例中，視埠窗252係位於可被主動冷卻之凹槽254中。
加熱器陣列244可包含周圍(peripheral)加熱元件264，由於周圍加熱元件264定義加熱器陣列244之外周圍，故如此命名。儘管此處所述之周圍加熱元件264為單一加熱元件，亦可考慮周圍(最外側)加熱元件由兩個以上加熱元件所組成之加熱器裝置。
為促進均勻加熱，在所述實施例中之周圍加熱元件264係位於接近圓柱體246之內部表面266。複數條射線268被描繪成發射自周圍加熱元件、在外殼230內進行內部反射、並進入輻射測溫計222。
參照圖8，其係繪示在一實施例中接近圓柱體246之頂緣272及晶圓載具232之外緣274的區域。間隙276被定義於外緣274與頂緣272之間，以使晶圓載具232能夠自由轉動。繪示成由周圍加熱元件264發出之射線268a,268b及268c，代表離開間隙276之三種輻射：射線268a代表未被反射而離開間隙276之直接輻射；射線268b代表散射而離開圓柱體246之內部表面266及晶圓載具232之外緣274的輻射；射線268bc代表散射而離開晶圓載具232之底面236及細絲裝設板248的輻射。
在操作時，可將晶圓袋235與基板237(例如藍寶石)一起裝載。晶圓載具232繞著旋轉軸240及經加熱至約1800℃溫度之加熱器陣列244轉動，氣體經由層流板231通入，以在晶圓載具232上形成結晶成長材料(例如GaN)，包含晶圓袋235及其中所容納之任何基板237。在操作期間，結晶成長材料之溫度為800℃級次。
利用三維射線追蹤程式，將如圖7A及7B所示之外殼230之操作條件模型化。執行射線追蹤模型，以識別雜散輻射路徑並分析進入視埠窗252之雜散輻射。假設周圍加熱元件264為連續，並將其設定為操作於1800 ℃溫度下之輻射源。將晶圓載具232(被模型化成包含晶圓袋235中之晶圓237)模型化為800℃下之輻射源及散射媒介兩者。根據蒲朗克定律，於405nm波長，輻射源之黑體發射功率被建立。亦將外殼230之內壁(包含本體擋門242、層流板231及視埠窗252)模擬化為散射的媒介。
將位於兩不同位置之輻射測溫計222模型化：「外」位置，在接近半徑R處的最外側晶圓袋235之中心(參圖7A)；「中間跨距」位置，於外位置與旋轉軸240之間約(2/3)R處。將由目標物224發出且直接進入輻射測溫計222(『訊號輻射』)之405nm輻射量，與在外殼230內相互反射(inter-reflected)並進入輻射測溫計222(『雜散輻射』)之405nm輻射量進行比較，結果顯示於表3。
表3：在405nm歸因於訊號及雜散輻射之預測量(目標物在800℃下；周圍加熱元件操作於1800℃溫度)
射線追蹤模型預測到：對於形成連續環形之周圍加熱元件264及集中於外位置之輻射測溫計222而言，在標準輻射測溫計之偵測器上，405nm波長下約97%之輻射通量歸因於雜散輻射。在中間位置上，吾人預測雜散輻射貢獻了全部訊號之約70%，此等雜散輻射貢獻造成分別約為127℃及41℃之溫度偏誤。再者，射線追蹤模型之結果指出：到達輻射測溫計之偵 測器之雜散輻射，約有92%係源自於離開晶圓載具232之底面236及燈絲裝設板248的散射輻射(如圖8之射線268c所示)。
參照圖9，其係繪示一實施例中包含內部加熱元件304及周圍加熱元件264a之加熱器陣列244a。流動凸緣228及晶圓載具232於此圖中被移除，以清楚地顯示加熱器陣列244a之布局；心軸238、本體擋門242及燈絲裝設板248亦可見於此圖中。加熱元件264a及304分別包含電連接器306及308。
電連接器306占據周圍加熱元件264a之弧形段310，相較於周圍加熱元件之其他等長弧形段，弧形段310之電阻已被實質上降低；換言之，弧形段310構成周圍加熱元件264a之一個低熱通量部分312。相比周圍加熱元件264a之高電阻部分，電連接器306係在實質的降低之溫度下運作，例如，在一非限制性實施例中，周圍加熱元件264a係在標稱為2000℃之最大操作溫度下運作。在此操作條件下，但電連接器306是在約1500℃下運作，且橫跨弧形段310之標稱(nominal)溫度被設定為1700℃以下，或者比周圍加熱元件264a之高電阻部分低至少300℃。如此，就操作溫度而言，周圍加熱元件264a之低熱通量部分312(亦即電連接器306)在實質上低於周圍加熱元件264a之其餘部分之溫度下運作，俾使405nm波長之低熱通量部分312之輻射量強度，比周圍加熱元件264a之高電阻部分低約2數量級(order)(見圖1)。
可配置加熱器陣列244a之內部加熱元件304，俾使第一半長314在第一半圓內，且第二半長316在第二半圓內。因此，有一不連續段318位於第一半長314與第二半長316之間，兩者僅在靠近心軸238與電連接 器308之一位置上相連接。
進行實驗，405nm波長下，以判定相較於加熱器陣列244a整體，周圍加熱元件264a之雜散輻射量之相對貢獻。對內部加熱元件304及周圍加熱元件264a進行完全供電並加以控制，以將晶圓載具232維持於接近800℃之穩態溫度，如同在正常結晶生長操作中所進行者一般。接著，限制供給至周圍加熱元件264a之功率，俾使周圍加熱元件264a僅在約一半容量下運作，但卻仍可控制系統在或接近800℃之溫度下加熱晶圓載具232。以此方式，可將周圍加熱元件264a之405nm波長之輻射量降低至可忽略的程度，同時將晶圓載具232本質上維持於接近800℃之溫度，且內部加熱元件304實際上在更高之溫度下運作，以補償周圍加熱元件264a所降低的熱輸入。接著，同樣將供給至周圍加熱元件264a之功率限制在約一半容量，在全部三操作條件下以輻射測溫計進行測量，且在限制內部加熱元件304之容量後立即採用第三條件(周圍加熱元件264a及內部加熱元件304皆在一半容量)。基於此等測量結果，吾人判定由輻射測溫計222所接收之雜散輻射中，周圍加熱元件264a貢獻80%與90%之間。因此，驗證了僅需將源自於周圍加熱元件264之輻射模型化、而不需要圖7A之整個加熱器陣列244之簡化。
吾人於是發展出一理論：由於此一大部分之雜散輻射係源自於周圍加熱元件264，吾人可藉由局部地限制周圍加熱元件之輻射發出，而局部地控制雜散輻射。換言之，若將輻射測溫計222之目標物224固定於極接近周圍加熱元件264之區域的目標物平面233之區域上，且該周圍加熱元件264所發出之輻射已被大幅降低、捕獲或傳輸而消散，則應可減少由輻 射測溫計所接收到之雜散輻射。
以下吾人進行雜散輻射偵測實驗，以測試此理論。輻射測溫計222係用以偵測橫跨標稱中心為405nm之狹窄帶通之電磁輻射，而第二、亦即紅外光輻射測溫計320(圖7A)係用以偵測橫跨標稱中心為900nm之帶通之電磁輻射。如前所述，於405mm，光譜黑體發射功率上之變化對溫度變化極為敏感(圖1之參考符號14及16)，因此，用以偵測標稱為405nm之輻射之輻射測溫計222，對於源自於周圍加熱元件264之雜散輻射亦極為敏感。然而，在900nm波長(再度參照圖1及蒲朗克定律)，於關注之溫度區域(標稱2100K)中，於900nm，光譜黑體發射功率上之變化對溫度變化極為敏感(見圖1之參考符號322)。因此，操作於900nm之紅外光輻射測溫計320對源自於周圍加熱元件之雜散輻射實質上較不敏感，反而對晶圓載具232之溫度上之變化更加敏感(標稱在1100K；見圖1之參考符號324)。
因此，雜散輻射偵測實驗係建立於對雜散輻射高度敏感之偵測器(輻射測溫計222)所指示之溫度、及對雜散輻射不敏感之參考裝置(紅外光輻射測溫計320)所指示之溫度的比較。
參照圖10，其係繪示典型之雜散輻射特徵(signature)330。雜散輻射特徵330係基於紅外光溫度訊號332與光學(或「藍光」)溫度訊號334之比較，其中紅外光溫度訊號332由紅外光輻射測溫計320所產生，而光學溫度訊號334由偵測在標稱405nm波長之輻射之輻射測溫計222所產生。對於圖10所顯示之資料而言，輻射測溫計222及紅外光輻射測溫計320兩者皆觀察目標物平面233上相似位置之目標物位置(亦即距離旋轉軸240 相似之半徑處)。又，圖10中之資料已經過正規化(normalized)處理，俾使初始冷卻期(圖10之第一區I)中所顯示之初始溫度具有相同軌跡。
對於雜散輻射偵測實驗，MOCVD反應器系統220係用以促使晶圓載具達到第一控制溫度，接著，吾人將控制溫度向下調整至低於第一升高溫度之一設定點溫度。如溫度訊號332及334顯示，雜散輻射特徵330之第一區I說明晶圓載具232呈現穩定下降之冷卻，當MOCVD系統220之溫度控制器在該較低設定點溫度下建立控制平衡時，雜散輻射特徵330之第二區II說明溫度訊號332及334之回復。
在上述程序期間，紅外光溫度訊號332實質上遵循晶圓載具之真實溫度輪廓(變化)之軌跡；換言之，在雜散輻射特徵330之第二區II中，晶圓載具232之真實溫度先歷經漸進反曲(inflection)336，接著呈實質上單調上升(monotonic rise)338。溫度上之漸進反曲336及單調上升338現象為晶圓載具232之熱質量(thermal mass)之結果。
然而，光學溫度訊號334之特徵為，在達到控制平衡溫度348之前，雜散輻射特徵330之第二區II中之急速反曲342以及後續之實質過衝(overshoot)344與輕微不足(低差)(undershoot)346。光學溫度訊號334為由晶圓載具232所發出之訊號與入射於目標物平面233目標物224上且反射進入輻射測溫計222之雜散輻射的摺積(convolution)，過衝344及低差346為加熱器陣列244在回應一新設定點時所經歷之比例增益溫度輪廓(proportional gain temperature profile)之特徵。由於光學溫度訊號334受雜散輻射分量所支配，如同射線追蹤模型(ray tracing model)所預測者，故吾人相信光學溫度訊號334密切地遵循加熱器陣列244之控制溫度輪廓(變 化)之軌跡。
因此，吾人可定量地判定由輻射測溫計222所接收之輻射是否具有強散射輻射的分量。遵循與紅外光溫度訊號332相似之輪廓(具有單調上升之漸進反曲)之溫度訊號是並未受散射輻射所支配，而遵循與光學溫度訊號334相似之輪廓(具有實質過衝之急速反曲)之溫度訊號卻是受散射輻射所支配。
參照圖11，藉由利用再次用以偵測405nm標稱波長之輻射之輻射測溫計222，而在目標物平面233上之若干不同位置處觀察目標物224a,224b,224c及224d，以重複進行雜散輻射偵測實驗。儘管圖11係繪示外露之加熱器陣列244a，然吾人應明瞭：在雜散輻射偵測實驗期間，晶圓載具232係位於適當定位處，且以轉動模式運作。因此，圖11係繪示關於目標物224a-224d落在位於加熱器陣列244a上方之目標物平面233上處的加熱器陣列244a之位向。
為測試在接近周圍加熱元件264a之低熱通量部、雜散輻射會被縮減之理論，吾人配置加熱器陣列244a，俾使低熱通量部312接近目標物224a及224b，而接近目標物224c及224d之周圍加熱元件264a之部分為一連續部350且具有高熱通量。雖然目標物224a及224d沿直徑方向相對而處，但兩者皆距旋轉軸240約195mm(7.68吋)之徑向距離處。同理，雖然目標物224b及224c沿直徑方向相對而處，但兩者皆距旋轉軸240約142mm(5.6吋)之徑向距離處。
參照圖12A及12B，其係顯示測試之結果。圖12A之光學溫度訊號352及354係獲得自目標物224a及224d，亦即在外徑向位置上。注意： 在接近周圍加熱元件264a之連續、高熱通量部處所獲得之光學溫度訊號354，具有高雜散輻射分量之溫度輪廓特徵(具有極大過衝344a之急速反曲342a)。然而，在接近周圍加熱元件264a之低熱通量區域312處所獲得之光學溫度訊號352，具有與圖10之紅外光輻射訊號332相同之溫度輪廓特徵(溫度上具有單調上升338a之漸進反曲336a)。
關於圖12B，是分別由中間跨距位置上之目標物224b及224c獲得光學溫度訊號356及358。在接近周圍加熱元件264a之連續、高熱通量部之中間跨距位置所獲得之光學溫度訊號358，亦具有高雜散輻射通量之溫度輪廓特徵(具有極大過衝144b之急速反曲342b)；然而，在接近周圍加熱元件264a之低熱通量區域312之中間跨距位置所獲得之光學溫度訊號356，具有與圖10之紅外光輻射訊號332相同之溫度輪廓特徵(溫度上具有單調上升338b之漸進反曲336b)。
因此，於目標物平面233上，其自旋轉軸240沿徑方向延長並越過低熱通量區域312之中心，界定一縮減的散射輻射之軸線362(圖11)。接近軸線362之目標物平面233上之目標物224具有減少之雜散輻射分量，如此相較於目標物平面233上別處所獲得之目標物溫度，可得到降低的溫度偏差。在一實施例中，目標物224係沿著軸線362集中，或者接觸、或部分重疊；在另一實施例中，目標物224是落入於縮減的雜散輻射之矩形區域364內部，其長度366被界定成自旋轉軸240延伸至晶圓載具232之外緣274，及其寬度368是由弧形段310之弦(chord)加以定義。
參照圖13A及13B，其係繪示一實施例中之輻射阱372，該輻射阱372用以捕獲由周圍加熱元件264之指定部分374所發出輻射之一部分。 在一實施例中，輻射阱372包含界定於本體擋門242上且具有切線尺寸378之一孔洞376。在一實施例中，將周圍加熱元件264指定部分374定義成緊鄰輻射阱372且具有相同切線尺寸378之弧形段。
在操作時，由指定部分374所發出輻射380之一部分，藉由直接輻射或反射離開而接近輻射阱372之各表面，而被傳輸至孔洞376內。輻射阱372因而藉由捕獲輻射380而局部地限制輻射之傳遞。在此實施例中，係將縮減的散射輻射的軸線362定義為於目標物平面233，且由旋轉軸240延伸並通過孔洞376之切線方向的中心。縮減的雜散輻射之矩形區域364之寬度368係藉由切線尺寸378之弦加以定義。
參照圖14，其係繪示輻射偏轉器(deflector)392一實施例，用以使由周圍加熱元件264之指定部分394發出之一部分的輻射偏折。在一實施例中，輻射偏轉器392包含在徑向向內突出至接近晶圓載具232之外緣274之凸形部(convexity)396，可將凸形部396特徵化成具有切線尺寸398。在一實施例中，周圍加熱元件264之指定部分394被界定為緊鄰輻射偏轉器392、且具有與凸形部396之切線尺寸398相同之弧形段。
在操作時，由指定部分374所發出之一部分輻射402，藉由直接輻射或反射離開接近輻射偏轉器392之各表面，而被傳輸至凸形部396內。輻射偏轉器392因而藉由使輻射402散射而離開由旋轉軸240所界定之平面404、並通過凸形部396而局部地限制輻射之入射。在此實施例中，縮減散射輻射的軸線362係藉由目標物平面233及平面404之匯合加以界定，且由旋轉軸240延伸並通過輻射偏轉器392。縮減雜散輻射之矩形區域364之寬度368係藉由輻射偏轉器392之切線尺寸398之弦加以界定。
在所揭露之實施例中，加熱元件設有上述用以施行可局部地減少雜散輻射之技術中之至少一硬體，亦將一套操作指令提供於有形媒體(例如書面紙類複本或為電腦可存取者)上，其中，操作指令係說明相對於加熱元件，如何排列輻射測溫計之位向，以便縮減雜散輻射分量。吾人可利用此一組合，以例如改善現有之CVD反應器系統。
參照圖15，其係繪示一實施例之雙波長高溫計420。雙波長高溫計420包含兩輻射測溫計422及424，每一者皆用以觀察不同之中心波長，例如分別為930nm及405nm波長。輻射測溫計422及424中之每一者亦可包含焦外遠心光學裝置24，其元件標示於圖15中，元件符號與先前所述者相同。
在一實施例中，雙波長高溫計420之輻射測溫計422及424共同使用一共有的物組件62。可使用冷光鏡426，以將(反射)可見/UV光譜輻射光束434傳輸至輻射測溫計424，同時傳送紅外光輻射光束432至輻射測溫計422。或者，可使用分束器(未圖示)取代冷光鏡426。
就功能而言，所述之雙波長高溫計420能夠同時測量由共有目標物72所發出之輻射訊號，而冷光鏡426能夠使得大部分之可見/UV光譜輻射被傳輸至輻射測溫計424，同時使大部分之紅外光輻射通過輻射測溫計422。例如，存在著冷光鏡426可有效地反射超過90%之可見或可見/UV光譜中之輻射，同時對於波長大於800nm者維持最少83%之穿透量，參見「冷光鏡」，DichroTec Thin Films LLC(可瀏覽網頁：http：//www.dtthinfilms.com/cold-mirrors.html)。就兩輻射測溫計422及424之濾波波長係在可見/UV或紅外光譜中之實施例而言，可使用適當之分光 器以取代之；亦可使用如上述之縮減的尺寸孔徑組件97，如圖15所例示之用於輻射測溫計424一般，也可以作為輻射測溫計422及424其中一者或兩者皆可。
在各種實施例中，可將輻射測溫計422及424其中一者或兩者配置一反射計次組件(reflectometer subassembly)442，反射計次組件442可包含輻射源444(稱為輻射源444a及444b，分別用於輻射測溫計422及424)、偵測器446、及分束器448。調整或選擇輻射源444a及444b，以發射包含由個別輻射測溫計422及424之個別濾波裝置102a及102b所通過之波長帶內光譜發射的光束452。在圖15中，係將光束452及光學軸68彼此分別區分為輻射測溫計422及424之光束452a及452b與光學軸68a及68b。此後，光束452a及452b總稱為光束452。選擇偵測器446(稱為偵測器446a及446b，分別用於輻射測溫計422及424)，以回應由個別輻射源444a或444b所發出之波長帶內且由個別輻射測溫計422或424之濾波裝置102所通過之波長。在一實施例中，反射計次組件442包含截波器458，用以在其離開輻射源444時調制光束452。
在某些實施例中，反射計次組件442亦可包含一個以上之聚焦元件454,456，例如將光束452聚焦或準直化之透鏡或球面鏡。在一實施例中，聚焦元件454可包含與遠心操作用之物組件62或影像組件64相近之透鏡組。
在操作時，使來自反射計次組件442之輻射源444之光束452通過分束器448。在一實施例中，光束452之第一部分462a或462b通過分束器448且入射於偵測器446上，由偵測器446所產生之訊號提供光束452 強度之指示。由於分束器448之位向，偵測器實際上並未看見源自於目標物72或由目標物72反射之輻射。光束452之第二部分464(稱為464a或464b，分別用於輻射測溫計422及424，且總稱為464)被分束器448反射、且實質上沿著個別光學軸68a或68b傳遞，並經由冷光鏡426而到達目標物72上。接著，光束452之第二部分464之一部分自目標物72反射，沿著個別輻射測溫計422或424之個別光學軸68a或68b經由冷光鏡426而返回，通過分束器448及濾波裝置102，以便被輻射測溫計422或424之個別偵測器76a,76b偵測到。
在一實施例中，具體指定反射計次組件442之布局及元件，結合通過物組件62之兩光路(passes)及通過個別影像組件64a或64b之光路，而俾使光束452之第二部分464聚焦於個別偵測器76a,76b之影像平面上。此外，可具體指定反射計次組件442，俾使反射計次組件之輻照「未滿」(underfill)目標物72；換言之，由來自於反射計次組件442之輻射所照射之目標物72之區域小於目標物72且完全被包含於目標物72內。
就功能而言，目標物72之未滿在可能發生之錯準(misalignment)時的反射率測量提供了空間容差(spatial tolerance)。簡言之，在CVD製程期間，由於晶圓41內存在熱梯度，故晶圓41可變形或「彎曲」。彎曲現象可能引起自目標物72反射且被偵測器76a,76b所接收之光束452第二部分464之一部分被重新導向，尤其是當目標物具高度反射性時。此反射部分之重導向將使得反射之輻射在偵測器76a,76b之影像平面處發生橫向遷移。藉由未滿目標物72之方式，反射部分某種程度上可橫向地遷移，且仍可完全地對到偵測器76a,76b，而因此充分地被偵測器76a,76b所偵測到。
儘管圖15將反射計次組件442繪示於輻射測溫計422及424兩者中，但吾人應明瞭反射計次組件442並非必要，且可利用輻射測溫計422及424兩者或其中一者加以施行、或兩輻射測溫計都無須利用。同理，使用截波器458或其餘光束調制裝置亦為非必要，且反射計次組件442也無須利用此。
參照圖16A及16B，其係繪示一實施例中由偵測器76a,76b所產生之個別複合訊號472a及472b，其中偵測器76a,76b用以觀察由反射計次組件442所照射之目標物72。複合訊號472a之特徵為由施行選用截波器458或其他調制裝置之反射計次組件442所產生之訊號，而複合訊號472b可被特徵化成具有駕於基線訊號476上之調制訊號474。基線訊號476之基線強度478代表目標物72之發射功率，調制訊號474之波谷至波峰振幅482代表光束457第二部分464中自目標物72反射之部分。
複合訊號472b之特徵為一個由反射計次組件442所產生且不調制光束452之訊號；更確切的說，複合訊號472b包含具有自基線訊號476延伸一數量485之脈衝或步階訊號484。步階訊號484可藉由供電至輻射源444而產生，在此情況下，於步階訊號484持續期間，步階訊號484可能產生漂移(drift)。為補償此漂移，可利用偵測器446追蹤光束452之強度，並對照來自偵測器446之訊號，而將步階訊號484正規化，以提供正規化訊號486。正規化訊號486之振幅代表目標物72之反射率。
舉例而言，可運用反射計次組件442，以補償在目標物72之發射率(emissivity)上之變化。目標物之發射率可由反射率測量結果加以推斷，如Gurary等人之美國專利第6,349,270號(”Gurary”)中所述，其揭露在 CVD製程中，如何由晶圓載具上之晶圓環境(context)中之反射率測量結果來推斷發射率。可利用目標物發射率之跡象(indication)，以改良溫度判定之準確性。
光束457之第二部分464由偵測器76a或76b所感測的部分，也與由目標物72所發出之輻射相同，承受相同之準直(collimation)程序，如同上述中相關於圖4所討論者。換言之，僅有反射之來自第二部分464且實質上平行於主要射線92之反射輻射被偵測器76a或76b偵測到，俾使若有來自首先受到目標物72或視埠窗52散射之輻射之任何量，亦將變得微不足道。因此，不論目標物72位於晶圓41上何處，源自於光束457之第二部分464的散射輻射之量皆極微小。藉由本質上消除散射輻射分量，結果顯示不同目標物間的反射率特徵更為一致。
在所例示之雙波長高溫計420中，於光束452a及452b之第二部分464到達個別偵測器76a或76b之前，以分束器448、冷光鏡426、物組件62、及視埠窗52，將光束452a及452b之第二部分464減弱兩次，且以目標物72、濾波裝置102及影像組件64，將光束452a及452b之第二部分464減弱一次。因此，光束452之第二部分464可能經歷明顯之減弱，因此需要求輻射源具有充足電力，以能提供可偵測之反射率訊號。具有充足電力之輻射源之非限制性範例為操作於約1mW至約10mW範圍之發光二極體(LED)，吾人可調整發光二極體，以運送通過個別輻射測溫計422或424之濾波裝置102之狹窄光譜範圍中之能量。例如，就具有約405nm之中心波長及25nm階次(order)之帶通的濾波裝置102而言，LED輻射源之非限制性範例為LED405E，其係由美國紐澤西州牛頓市之Thorolabs公司所製 造，具有約405nm±10nm之中心波長及約15nm之光譜帶通(半峰全幅值，full width at half maximum)。就具有約930nm之中心波長及10nm階次(order)之帶通的濾波裝置102而言，LED輻射源之非限制性範例為OD-1390，其係由美國加州Newbury Park之Opto Diode公司所製造，具有約943nm之中心波長及約60nm之光譜帶通(半峰全幅值)。
參照圖17，其係說明一實施例中多通道及雙波長之組合系統490。在所例示之實施例中，設置了複數個雙波長高溫計420a,420b及420c，以沿著直線114而觀察目標物72a,72b及72c。雙波長高溫計420a,420b及420c中之每一者皆包含個別之輻射測溫計對422a/424a,422b/424b,422c/424c，一既定對之各元件係用以觀察所選擇之波長帶通，如參照圖15所述。
吾人可配置雙波長高溫計420之輻射測溫計422及424，俾使光學元件之傳遞軸位於一共同平面(例如平面492，圖示為通過圖17中之輻射測溫計422c及424c之延長軸)上。此外，吾人可配置輻射測溫計422及424之內部元件，俾使與共同平面492正交之寬度494與圖6A及6B之輻射測溫計22a,22b及22c之寬度相等。此一配置方式將為雙波長高溫計420提供與輻射測溫計22相同之橫向足跡(lateral footprint)，藉以使得雙波長高溫計420a,420b及420c能夠沿著任何任意直線或者以其他圖案的方式，以與上述關於圖6A及6B及圖17所載相同之方式來觀察目標物。
在另一實施例中，多通道裝置之高溫計僅其一為雙波長。在此裝置中，吾人假設得自於單一雙波長高溫計之溫度校正及/或發射率補償適用於整個晶圓，且因此適用於所有目標物。
因此，多通道及雙波長之組合系統490可實現雙波長、焦外遠心裝置之增強的準確性，同時提供空間溫度均勻性資訊。
儘管此處之討論主要集中於MOCVD反應器系統之應用，但吾人須注意：此處所解說之原理可應用至其他類型之CVD處理室以及一般使用輻射測溫計之處理室。此外，為了本發明之目的，「高溫計」及「輻射測溫計」兩名詞為同義，「偵測器」為電磁輻射偵測器，且「光束」為電磁輻射之光束。
下列參考文件在此以參照方式將其整體併入，除了表示其中所包含之定義及專利請求項以外：Zettler等人之美國專利申請案公開號第2011/0064114號；Gurary等人之美國專利第6,349,270號；Petrozzo等人所著，“Telecentric Lenses Simplify Non-Contact Metrology,”Test & Measurement World,2001年10月15日；Mitrovic等人所著，“Reactor Design Optimization Based on 3D CFD Modeling of Nitrides Deposition in MOCVD Vertical Rotating Disc Reactors”，2005年6月(可瀏覽網頁http：//www.wpi.edu/academics/che/HMTL/CFD中之文件CRE_IV/Mitrovic.pdf)；“Cold Mirrors,”DichroTec Thin Films LLC(可瀏覽網頁http：//www.dtthinfilms.com/cold-mirrors.html)。
說明書中提及相對性名詞，例如上與下、前與後、左與右等，係為便於說明，並非限制於任何特定位向。在不脫離本發明之範圍下，圖式中所標註之所有尺寸得以特殊實施例之可能設計及預定用途加以變化。
此處所述之每一額外圖式及方法可分開被使用，或者與其餘特徵及方法結合，以提供改良之裝置、系統及其製造或使用方法。因此，為以 最廣義地實行所揭露之實施例，此處所述之特徵及方法之組合並非必要，而是僅為了特別地說明代表性的實施例。
雖然本發明之實施例揭露如上所述，然並非用以限定本發明所涵蓋的範圍，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，舉凡依本發明申請範圍所述之形狀、構造、特徵及數量當可做些許之變更，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍界定者為準。
20‧‧‧MOCVD反應器系統
30‧‧‧外殼
22‧‧‧輻射測溫計
31‧‧‧層流板
22a-22e‧‧‧輻射測溫計
32‧‧‧晶圓載具
24‧‧‧焦外遠心光學裝置
34‧‧‧頂面
26‧‧‧反應室
35‧‧‧晶圓袋
28‧‧‧流動凸緣
36‧‧‧底面
38‧‧‧心軸
40‧‧‧旋轉軸
41‧‧‧晶圓
42‧‧‧本體擋門
44‧‧‧電阻加熱陣列
45‧‧‧周圍加熱元件
46‧‧‧圓柱體
48‧‧‧反射器板
52‧‧‧視埠窗
54‧‧‧凹槽
62‧‧‧物組件
64,64a,64b‧‧‧影像組件
66‧‧‧孔徑光閘
68,68a,68b‧‧‧光學軸
72,72a-72e‧‧‧目標物
76‧‧‧偵測器
74‧‧‧焦外目標物區域
82‧‧‧光阱
84‧‧‧參考點
118‧‧‧控制器
144b‧‧‧過衝
120‧‧‧多通道群集
117‧‧‧記憶裝置
116‧‧‧訊號處理器
99‧‧‧平板
115‧‧‧資料擷取系統
98‧‧‧光閘組件
112,114‧‧‧直線
97‧‧‧縮減尺寸孔徑組件
110,111‧‧‧多通道裝置
96‧‧‧立體角
108‧‧‧連接器
95‧‧‧最前方表面
106‧‧‧上端
94‧‧‧無限小點
104‧‧‧流動延展器
92‧‧‧主要射線
102,102a,102b‧‧‧濾波裝置
88‧‧‧射線束
101‧‧‧孔徑
86‧‧‧主要尺寸
100‧‧‧致動器
222‧‧‧輻射測溫計
228‧‧‧流動凸緣
224,224a-224d‧‧‧目標物
230‧‧‧外殼
226‧‧‧反應室
231‧‧‧層流板
220‧‧‧反應器系統
232‧‧‧晶圓載具
233‧‧‧目標物平面
234‧‧‧目標物平面之頂面
235‧‧‧晶圓袋
236‧‧‧晶圓載具之底面
237‧‧‧基板
238‧‧‧心軸
240‧‧‧旋轉軸
242‧‧‧本體擋門
244,244a‧‧‧加熱器陣列
246‧‧‧圓柱體
248‧‧‧燈絲裝設板
250‧‧‧圓柱體軸
252‧‧‧視埠窗
254‧‧‧凹槽
264,264a‧‧‧周圍加熱元件
266‧‧‧圓柱體之內部表面
268a-268c‧‧‧射線
272‧‧‧圓柱體之頂緣
274‧‧‧晶圓載具之外緣
276‧‧‧間隙
304‧‧‧內部加熱元件
306‧‧‧電連接器
308‧‧‧電連接器
310‧‧‧弧形段
312‧‧‧低熱通量部分
314‧‧‧第一半長
318‧‧‧不連續線
320‧‧‧紅外光輻射測溫計
316‧‧‧第二半長
330‧‧‧雜散輻射特徵
332‧‧‧紅外光溫度訊號
334‧‧‧光學溫度訊號
336,336a,336b‧‧‧漸進反曲
346‧‧‧低差
338,338a,338b‧‧‧單調上升
348‧‧‧控制平衡溫度
342,342a,342b‧‧‧急速反曲
350‧‧‧連續部
344,344a,334b‧‧‧過衝
364‧‧‧矩形區域
366‧‧‧長度
368‧‧‧寬度
372‧‧‧輻射阱
374‧‧‧周圍加熱元件之指定部分
352,354,356,358‧‧‧光學溫度訊號
376‧‧‧孔洞
362‧‧‧縮減散射輻射軸線
378‧‧‧切線尺寸
380‧‧‧輻射
392‧‧‧輻射偏轉器
394‧‧‧周圍加熱元件之指定部分
396‧‧‧凸形部
398‧‧‧切線尺寸
402‧‧‧輻射
404‧‧‧平面
420,420a,420b,420c‧‧‧雙波長高溫計
422,422a-422c‧‧‧輻射測溫計
448‧‧‧分束器
424‧‧‧輻射測溫計
452a,452b‧‧‧光束
426‧‧‧冷光鏡
454,456‧‧‧聚焦元件
432‧‧‧紅外光輻射光束
457‧‧‧反射光束
434‧‧‧輻射光束
458‧‧‧截波器
442‧‧‧反射計次組件
462,462a,462b‧‧‧光束之第一部分
444,444a,444b‧‧‧輻射源
464,464a,464b‧‧‧光束之第二部分
446,446a,446b‧‧‧偵測器
476‧‧‧基線訊號
472a,472b‧‧‧複合訊號
478‧‧‧基線強度
474‧‧‧調制訊號
484‧‧‧脈衝或步階訊號
482‧‧‧波谷至波峰振幅
486‧‧‧正規化訊號
485‧‧‧強度
492‧‧‧平面
494‧‧‧寬度
490‧‧‧多通道及雙波長之組合系統
65‧‧‧半徑尺寸
268‧‧‧射線
圖1為在各種溫度下根據蒲朗克定律之光譜黑體發射功率圖；圖2為在一揭露實施例中之焦外遠心輻射測溫計之截面圖，該焦外遠心輻射測溫計於操作時耦接至MOCVD反應室；圖3為在一揭露實施例中之焦外遠心輻射測溫計及操作時耦接至MOCVD反應室之光阱(light trap)的截面圖；圖4為在一揭露實施例中之焦外遠心光學裝置；圖5為在一揭露實施例中之焦外遠心輻射測溫計之截面圖，該焦外遠心輻射測溫計在操作時耦接至使用流動延展器之MOCVD反應室；圖5A為圖5之MOCVD反應室及流動延展器之局部放大截面圖；圖6A-6C繪示在一揭露實施例中用以獲取晶圓之空間溫度分佈之多通道裝置；圖7A為具有輻射測溫計之MOCVD反應室之截面圖；圖7B為圖7A之MOCVD反應室之三維剖視圖，其具有用以將輻射散射模型化之各種附屬設備； 圖8為自圖7A之周圍加熱元件之一部分發出之輻射的示意圖；圖9為一揭露實施例中反應室(已移除晶圓載具)內之加熱元件裝置之平面圖；圖10為紅外光輻射測溫計及光學輻射測溫計之比較圖，兩者皆在加熱器陣列之加熱循環期間觀察晶圓載具；圖11為圖9之平面圖，繪示一揭露實施例中相對於雜散輻射偵測實驗用之加熱器陣列的目標物之對準(alignment)；圖12A為輻射測溫計之應答比較圖，該輻射測溫計係用以觀察接近周圍加熱元件之高熱通量部與接近周圍加熱元件之低熱通量部之外半徑位置上之晶圓載具；圖12B為輻射測溫計之應答比較圖，該輻射測溫計係用以觀察接近周圍加熱元件之高熱通量部與接近周圍加熱元件之低熱通量部之中間跨距(mid-span)半徑位置上之晶圓載具；圖13A為一揭露實施例中反應室內之晶圓載具之局部平面圖，反應室包含局部輻射阱；圖13B為圖13A之局部輻射阱之截面圖；圖14為一揭露實施例中使用局部輻射偏轉器之反應室之示意圖；圖15為一揭露實施例中透過視埠窗觀察晶圓之雙波長高溫計之示意圖；圖16A及16B為一揭露實施例中由使用反射計次組件之高溫計所接收之複合訊號之代表圖式；及圖17說明一揭露實施例中使用獲取空間溫度分佈用之雙波長高 溫計之多通道裝置。
20‧‧‧MOCVD反應器系統
22‧‧‧輻射測溫計
24‧‧‧焦外遠心光學裝置
26‧‧‧反應室
28‧‧‧流動凸緣
30‧‧‧外殼
31‧‧‧層流板
32‧‧‧晶圓載具
34‧‧‧頂面
35‧‧‧晶圓袋
36‧‧‧底面
38‧‧‧心軸
40‧‧‧旋轉軸
41‧‧‧晶圓
42‧‧‧本體擋門
44‧‧‧電阻加熱陣列
45‧‧‧周圍加熱元件
46‧‧‧圓柱體
48‧‧‧反射器板
52‧‧‧視埠窗
54‧‧‧凹槽
62‧‧‧物組件
64‧‧‧影像組件
66‧‧‧孔徑光閘(快門)
68‧‧‧光學軸
72‧‧‧目標物
74‧‧‧焦外目標物區域
76‧‧‧偵測器

Claims (57)

  1. 一種遠心光學裝置，其係用於輻射測溫計，該遠心光學裝置包含：一孔徑光閘；具一個或更多的光學元件之物組件，該物組件係用以傳輸輻射至該孔徑光閘，該物組件及該孔徑光閘定義一光學軸，該物組件定義相對於該物組件內之第一參考點之一第一焦距，該第一參考點位於該光學軸上且與該孔徑光閘相隔一距離，該距離實質上等於該物組件之該第一焦距，以將來自於一焦外目標物之實質準直的輻射傳輸通過該物組件，並將來自於該焦外目標物之該輻射聚焦於該孔徑光閘上；及一電磁輻射偵測器，用以偵測由該物組件透過該第一孔徑光閘所傳輸輻射之至少一部分，該電磁輻射偵測器產生訊號，該焦外目標物之溫度係由該訊號而加以推斷。
  2. 如請求項1所述之遠心光學裝置，更包含具有一個或更多的光學元件之一影像組件，該光學元件與該物組件相對、且在該孔徑光閘之另一側，用以接收由該物組件沿著該光學軸傳輸並通過該孔徑光閘之輻射，該影像組件定義相對於該影像組件內之一第二參考點之一第二焦距，該第二參考點位於該光學軸上。
  3. 如請求項2所述之遠心光學裝置，其中該第二參考點與該孔徑光閘相隔一距離，該距離實質上等於該影像組件之該第二焦距，以將由該孔徑光閘傳輸而通過該影像組件並到達偵測器上之輻射準直化。
  4. 如請求項1,2或3所述之遠心光學裝置，其中該孔徑光閘定義一主要尺寸，該主要尺寸約為該物組件之有效半徑尺寸的1/3或以下。
  5. 如請求項1-3中任一項所述之遠心光學裝置，其中該電磁輻射偵測器為具有約700nm之截止波長(cutoff wavelength)之光子計數器。
  6. 如請求項1-3中任一項所述之遠心光學裝置，更包含一濾波裝置，該濾波裝置具有於小於450nm波長範圍之主要帶通(major band pass)，且用以過濾入射於該電磁輻射偵測器之一感測區域上之輻射。
  7. 如請求項6所述之遠心光學裝置，其中該濾波裝置之該主要帶通具有在380nm至420nm範圍之一中心波長、以及在20nm至50nm範圍之一頻帶寬度。
  8. 如請求項6所述之遠心光學裝置，其中該濾波裝置包含一帶通濾波器(band pass filter)。
  9. 如請求項1-3中任一項所述之遠心光學裝置，其中該焦外目標物與該物組件之間的距離小於2m。
  10. 如請求項1-3中任一項所述之遠心光學裝置，其中該物組件包含至少一透鏡。
  11. 一種減少輻射測溫計中雜散輻射之方法，該輻射測溫計係使用於化學氣相沉積反應室中，該方法包含下列步驟：設置一遠心透鏡裝置，該遠心透鏡裝置包含一孔徑光閘及一第一光學元件組件，該第一光學元件組件係用以聚集來自於目標物之輻射，該遠心透鏡裝置係用以將該孔徑光閘定位於該第一光學元件組件之焦距上，以捕獲由該目標物所發出之準直的輻射；在有形媒體上提供指令，該指令包含： 調整該第一光學元件組件之方位，以攔截由該化學氣相沉積反應室內之目標物所發出之輻射。
  12. 如請求項11所述之減少輻射測溫計中雜散輻射之方法，其中該等指令更包含將該孔徑光閘定位於該第一光學元件組件之一焦距上。
  13. 如請求項11或12所述之減少輻射測溫計中雜散輻射之方法，其中該等指令更包含：操作地耦接該遠心透鏡裝置與電磁輻射偵測器。
  14. 如請求項13所述之減少輻射測溫計中雜散輻射之方法，更包含將該孔徑光閘定位於該第一光學元件組件之一焦距上。
  15. 如請求項14所述之減少輻射測溫計中雜散輻射之方法，更包含：操作地耦接該遠心透鏡裝置與電磁輻射偵測器。
  16. 一種溫度測量系統，用以測量化學氣相沉積反應室中目標物之溫度，該溫度測量系統包含：一輻射測溫計，與該化學氣相沉積反應室操作地相耦接，該輻射測溫計包含一手段，用以定義該化學氣相沉積反應室內部之一焦外(off-focus)目標物。
  17. 一種高溫計系統，用以推斷空間溫度分佈，該高溫計系統包含：複數個輻射測溫計，用以觀察對應之複數個相鄰的焦外目標物，該複數個輻射測溫計中之每一者皆包含一第一遠心光學裝置，而該第一遠心光學裝置包含：具一個或更多的傳輸輻射用之光學元件之一物組件，該物組件定義相對於該物組件內之一參考點之焦距；一第一孔徑光閘，用以接收由該物組件傳輸而來之輻射，該物 組件及該第一孔徑光閘定義通過該參考點之第一光學軸，該第一孔徑光閘位於與該參考點相隔一距離，該距離實質上等於該物組件之該焦距，以將來自於該對應之複數個相鄰的焦外目標物之個別每一者的該輻射之一第一被偵測部分聚焦於該第一孔徑光閘上；及一第一電磁輻射偵測器，用以偵測由該物組件通過該第一孔徑光閘所傳輸該輻射之該第一被偵測部分，該第一電磁輻射偵測器產生第一訊號，該對應之複數個相鄰的焦外目標物之個別每一者之溫度係由該第一訊號而加以推斷。
  18. 如請求項17所述之高溫計系統，其中該複數個相鄰焦外目標物的相鄰目標物定義其間之個別空間。
  19. 如請求項17所述之高溫計系統，其中該複數個輻射測溫計係用以觀察晶圓載具上之晶圓，該晶圓載具被設置於化學氣相沉積反應室內，且其中該複數個相鄰焦外目標物被該晶圓所完全對向(subtended)。
  20. 如請求項19所述之高溫計系統，其中該焦外目標物被晶圓所對向之情形係週期性出現。
  21. 如請求項17-20中任一項所述之高溫計系統，其中該複數個輻射測溫計中至少其中一者包含第一反射計次組件(reflectometer subassembly)，該第一反射計次組件包含一第一分束器(beam splitter)及一第一輻射源，該第一輻射源係用以產生電磁輻射之第一光束，該第一分束器係用以沿著該第一光學軸而傳遞該第一光束之一部分，以照射該對應之複數個相鄰焦外目標物之個別每一者。
  22. 如請求項21所述之高溫計系統，其中該第一反射計次組件調制該第一 光束。
  23. 如請求項22所述之高溫計系統，其中該第一反射計次組件係利用一截波器(chopper)調制該第一光束。
  24. 如請求項17-20中任一項所述之高溫計系統，其中該複數個輻射測溫計中至少其中一者包含一縮減的(reduced)孔徑組件，其係用以選擇性地減少由該第一電磁輻射偵測器所偵測到之該輻射之該第一被偵測部分。
  25. 如請求項17-20中任一項所述之高溫計系統，其中該複數個輻射測溫計中至少其中一者包含第二遠心光學裝置，該第二遠心光學裝置包含：一第二孔徑光閘，用以接收來自該物組件之輻射，該物組件及該第二孔徑光閘定義通過該參考點之第二光學軸，該第二孔徑光閘位於與該參考點相隔一距離，該距離實質上等於該物組件之該焦距，以將來自於該對應之複數個相鄰焦外目標物之個別每一者的該輻射之第二被偵測部分聚焦於該第二孔徑光閘上；及一第二電磁輻射偵測器，用以偵測由該物組件通過該第二孔徑光閘所傳輸之該輻射之該第二被偵測部分，該第二電磁輻射偵測器產生一第二訊號，該對應之複數個相鄰焦外目標物之個別每一者之該溫度係由該第二訊號加以推斷。
  26. 如請求項25所述之高溫計系統，其中輻射之該第一被偵測部分係在電磁輻射之紅外光譜範圍，輻射之該第二被偵測部分係在電磁輻射之可見光譜範圍。
  27. 如請求項25所述之高溫計系統，更包含一冷光鏡，該冷光鏡係沿著該第一光學軸及該第二光學軸加以設置，且傳送輻射之該第一被偵測部分並 反射輻射之該第二被偵測部分。
  28. 如請求項26所述之高溫計系統，其中輻射之該第二被偵測部分定義一波長帶通，該波長帶通的中心是大於或等於400nm、且小於或等於410nm之波長。
  29. 如請求項26所述之高溫計系統，其中輻射之該第一被偵測部分定義包含930nm波長之一波長帶通。
  30. 如請求項21所述之高溫計系統，其中該複數個輻射測溫計中至少其中一者包含第二反射計次組件(reflectometer subassembly)，該第二反射計次組件包含一第二分束器(beam splitter)及一第二輻射源，該第二輻射源係用以產生電磁輻射之第二光束，該第二分束器係用以沿著該第一光學軸而傳遞該第二光束之一部分，以照射該對應之複數個相鄰焦外目標物之個別每一者。
  31. 如請求項30所述之高溫計系統，其中該第二反射計次組件調制該第二光束。
  32. 如請求項31所述之高溫計系統，其中該第一反射計次組件係利用一截波器(chopper)調制該第一光束。
  33. 一種遠心雙波長高溫計，包含：具一個或更多的光學元件之一物組件，其用以傳輸來自於一焦外目標物之輻射，該物組件定義相對於該物組件內之一參考點之焦距；一第一孔徑光閘，其用以接收由該物組件傳輸而來之輻射，該物組件及該第一孔徑光閘定義通過該參考點之第一光學軸，該第一孔徑光閘位於與該參考點相隔一距離，該距離實質上等於該物組件之該焦距，以將該輻射 之一第一被偵測部分聚焦於該第一孔徑光閘上；一第二孔徑光閘，其用以接收由該物組件傳輸而來之輻射，該物組件及該第二孔徑光閘定義通過該參考點之第二光學軸，該第二孔徑光閘位於與該參考點相隔一距離，該距離實質上等於該物組件之該焦距，以將該輻射之一第二被偵測部分聚焦於該第二孔徑光閘上；一第一電磁輻射偵測器，其用以偵測由該物組件通過該第一孔徑光閘所傳輸該輻射之該第一被偵測部分；及一第二電磁輻射偵測器，其用以偵測由該物組件通過該第二孔徑光閘、該第一電磁輻射偵測器、及該第二電磁輻射偵測器所傳輸該輻射之該第二被偵測部分，以分別產生第一訊號及第二訊號，而推斷該焦外目標物之溫度。
  34. 如請求項33所述之遠心雙波長高溫計，更包含第一反射計次組件(reflectometer subassembly)，該第一反射計次組件包含第一分束器(beam splitter)及第一輻射源，該第一輻射源係用以產生電磁輻射之第一光束，該第一分束器係用以沿著該第一光學軸而傳遞該第一光束之一部分，以照射該焦外目標物。
  35. 如請求項34所述之遠心雙波長高溫計，更包含第二反射計次組件(reflectometer subassembly)，該第二反射計次組件包含第二分束器(beam splitter)及第二輻射源，該第二輻射源係用以產生電磁輻射之第二光束，該第二分束器係用以沿著該第二光學軸而傳遞該第二光束之一部分，以照射該焦外目標物。
  36. 如請求項33-35中任一項所述之遠心雙波長高溫計，其中輻射之該第一 被偵測部分係在電磁輻射之紅外光譜範圍，輻射之該第二被偵測部分係在電磁輻射之可見光譜範圍。
  37. 如請求項33-35中任一項所述之遠心雙波長高溫計，其中輻射之該第二被偵測部分定義一波長帶通，該波長帶通的中心是大於或等於400nm、且小於或等於410nm之波長，而輻射之該第一被偵測部分定義包含930nm波長之一波長帶通。
  38. 如請求項33-35中任一項所述之遠心雙波長高溫計，更包含一縮減的(reduced)孔徑組件，其係用以減少由該第一電磁輻射偵測器所偵測到之該輻射之該第一被偵測部分、以及由該第二電磁輻射偵測器所偵測到之該輻射之該第二被偵測部分兩者其中一者。
  39. 一種由輻射測溫計所接收到雜散輻射之限制系統，該限制系統包含：一化學氣相沉積(CVD)反應室；一晶圓載具，用以繞著一旋轉軸轉動，且包含頂面、底面、及外緣，該頂面實質上為平面且定義一目標物平面；複數個加熱元件，設置於該晶圓載具下方，用以輻射加熱該晶圓載具之該底面，該複數個加熱元件包含接近該晶圓載具之該外緣之一周圍加熱元件，該周圍加熱元件包含沿著該周圍加熱元件之指定部分之一低熱通量部分，相對於該周圍加熱元件之其餘部分，該低熱通量部分是操作於顯著的低(reduced)溫度下；及一輻射測溫計，用以觀察接近一縮減的散射輻射(reduced scattered radiation)的一軸線之一目標物，該縮減的散射輻射的該軸線與該目標物平面共平面，且該軸線由該旋轉軸處延伸並越過該周圍加熱元件之該低熱通 量部分。
  40. 如請求項39所述之限制系統，其中該輻射測溫計係用以觀察位於晶圓平面上之矩形區域內之目標物，該晶圓平面包含該縮減的散射輻射的軸線之一部分，該矩形區域由該晶圓載具之心軸(spindle)延伸至該晶圓載具之一外緣且具有一寬度，該寬度與該周圍加熱元件之該指定部分之切線尺寸(tangential dimension)約相同寬度。
  41. 如請求項39或40所述之限制系統，其中該周圍加熱元件之該低熱通量部分包含一電連接器。
  42. 如請求項39或40所述之限制系統，更包含一圓柱體，其位於該CVD反應室內，該圓柱體定義實質上與該旋轉軸同中心之一圓柱體軸，且具有內部表面、外部表面、及頂緣，該內部表面定義一圓柱體內徑，該外部表面定義一圓柱體外徑，而該頂緣定義實質上與該圓柱體軸正交之一上平面。
  43. 如請求項42所述之限制系統，其中該晶圓載具定義一載具外徑，該載具外徑大於該圓柱體之該圓柱體內徑。
  44. 如請求項39或40所述之限制系統，其中該周圍加熱元件實質上圍繞該複數個加熱元件之其餘元件者。
  45. 如請求項39或40所述之限制系統，其中該輻射測溫計係用以偵測在電磁光譜之可見/UV部分中之輻射。
  46. 如請求項39或40所述之限制系統，更包含位於該CVD反應室內之一心軸，該心軸與該旋轉軸同中心、且具有用以與該晶圓載具耦接之一末端部分。
  47. 如請求項39或40所述之限制系統，其中相比在最大操作溫度下運作之 該加熱元件之任何其他部分，該低熱通量部分係操作於低至少300℃之溫度下。
  48. 一種由輻射測溫計所接收的雜散輻射之限制方法，其中輻射測溫計觀察位於化學氣相沉積反應室中的目標物，該方法包含：提供用以操作於該化學氣相沉積反應室中之一晶圓載具及一加熱器陣列，該晶圓載具係用以繞著一旋轉軸轉動，且具有下表面及實質上平面形之上表面，而該上表面定義一目標物平面，該加熱器陣列包含周圍加熱元件，該周圍加熱元件包含沿著該周圍加熱元件之指定部分之一低熱通量部分；在有形媒體上提供指令(instructions)，該指令包含以下步驟：將加熱器陣列設置於該化學氣相沉積反應器內；將該晶圓載具設置於該化學氣相沉積反應器內之該加熱器陣列上方，並使該上表面朝上；調整該輻射測溫計，以觀察到與縮減的散射輻射的一軸線接近之一目標物，該縮減的散射輻射的該軸線與該目標物平面共平面，且該軸線由該旋轉軸處延伸並越過該周圍加熱元件之該低熱通量部分。
  49. 如請求項48所述之雜散輻射之限制方法，其中在該調整步驟中所調整之該目標物係位於該目標物平面上之矩形區域內，該目標物平面包含該縮減散射輻射軸線之一部分，該矩形區域由該旋轉軸延長至該晶圓載具之外緣且具有一寬度，該寬度約與該周圍加熱元件之該指定部分之切線尺寸(tangential dimension)相同寬度。
  50. 如請求項48或49所述之雜散輻射之限制方法，其中在該調整步驟中所調整之該目標物包含該縮減的散射輻射的該軸線之一部分。
  51. 一種由輻射測溫計所接收的雜散輻射之限制系統，該限制系統包含：一化學氣相沉積(CVD)反應室；一圓柱體，設置於該CVD反應室內且定義一圓柱體軸，並具有內部表面、外部表面、及頂緣，該內部表面定義一圓柱體內徑，外部表面定義一圓柱體外徑，而該頂緣定義實質上與該圓柱體軸正交之一上平面；一周圍加熱元件，設置於該圓柱體內且接近該圓柱體之該內部表面；一心軸，設置於該圓柱體內且延伸通過該周圍加熱元件，該心軸具有在該圓柱體之該上平面上方延伸之一末端部分；一晶圓載具，具有實質上為平面形之頂面且定義一目標物平面，該晶圓載具用以連接至該心軸之該末端部分，以懸吊於該周圍加熱元件的上方；一散射輻射減少裝置，其位置接近該周圍加熱元件且用於減少散射輻射，該散射輻射係由該周圍加熱元件之指定部分所發出；一輻射測溫計，用以觀察在該目標物平面上之一目標物，該目標物接近縮減的散射輻射(reduced scattered radiation)的一軸線，該縮減的散射輻射之該軸線與該目標物平面共平面，且軸線的原點位於一轉軸，沿著該散射輻射減少裝置之一方向延伸。
  52. 如請求項51所述之雜散輻射之限制系統，其中該目標物係位於該目標物平面上之一矩形區域內，該目標物平面包含該縮減的散射輻射該軸線之一部分，該矩形區域由該旋轉軸延伸至該晶圓載具之一外緣且具有一寬度，該寬度與該散射輻射減少裝置之切線尺寸(tangential dimension)約相 同寬度。
  53. 如請求項51或52所述之雜散輻射之限制系統，其中該散射輻射減少裝置包含該周圍加熱元件之一電連接器。
  54. 如請求項51或52所述之雜散輻射之限制系統，其中該散射輻射減少裝置包含接近該周圍加熱元件之該指定部分之一輻射阱(radiation trap)及一輻射偏轉器(radiation deflector)兩者其中一者。
  55. 一種由輻射測溫計所接收的雜散輻射之限制系統，該限制系統包含：一化學氣相沉積(CVD)反應室；一晶圓載具，用以繞著一旋轉軸轉動，且具有頂面、底面、及周緣，該頂面定義實質上與該旋轉軸正交之一目標物平面；一加熱元件，鄰接於該晶圓載具之該底面，且接近該晶圓載具之該周緣，該加熱元件包含一低熱通量部分，相比於最大操作溫度下運作之該加熱元件之任何其他部分，該低熱通量部分操作於低至少300℃之溫度下；及一輻射測溫計之一視埠，該視埠係用以觀察與縮減的散射輻射(reduced scattered radiation)的一軸線接近之一目標物，該縮減的散射輻射之該軸線與該目標物平面共平面，且由該旋轉軸延伸並越過該加熱元件之該低熱通量部分。
  56. 如請求項55所述之雜散輻射之限制系統，更包含一輻射測溫計，該輻射測溫計用以透過該視埠而觀察目標物，且該目標物接近於該縮減散射輻射的該軸線。
  57. 如請求項56所述之雜散輻射之限制系統，其中該輻射測溫計係用以偵測在電磁輻射光譜之可見/UV部分中之輻射。
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