TWI705234B - 用於測量基板的表面溫度之裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

一種用於測量基板(3)的表面溫度(Ts)之裝置(1)，基板被脈衝光束(9)及藉由探測光(39)之光束照明，其經組構以加熱基板，其中被加熱的基板發出熱輻射(16)之輻射光束(17)，其中該裝置包含光學系統，其經組構以收集輻射光束及探測光(39)之反射光束(47)，以實質接近的方向(DTR1a , DPL1 )傳播，其中所收集的輻射光束及所收集的反射光束經由個別的路由裝置(25a, 51)被分別地路由至個別的偵測器(31a, 55)，個別的偵測器(31a, 55)經組構以同時地及以相同波長來測量所收集的輻射光束及所收集的反射光束之強度，其中該表面溫度係基於所收集的輻射光束及所收集的反射光束來計算。

Description

用於測量基板的表面溫度之裝置及方法
本發明有關用於監視進行熱處理的晶圓之表面溫度的裝置。
更精確而言，本發明有關用於藉由測量其熱輻射及其放射率來監視受到脈衝光束的晶圓之表面溫度的裝置。
要製造半導體裝置，半導體晶圓要在所謂的熱處理之製程期間被暴露至脈衝光束。在熱處理期間，暴露至脈衝光束之區域的表面在持續少於一毫秒至少於一微秒期間被加熱至1000℃以上。
高的溫度造成暴露的區域進行結構性改變。由於結構性改變的延伸與溫度有關，因此精確地監視溫度是很關鍵的。
暴露的區域之表面的溫度通常基於其熱輻射之測量來計算。然而，表面之熱輻射不僅僅依據溫度也依據其放射率。為了降低溫度測量誤差，因此有需要辨別熱輻射中的變化是因為溫度中的實際變化或者是因為放射率中的變化。
表面之放射率係依據其結構。由於熱處理改變表面之結構，暴露的區域之放射率在整個處理中並非恆定。因此，儘可能地頻繁地的測量放射率是很重要的。要注意到放射率是有方向性的也很重要。
實際上，由光學系統來收集熱輻射並將其傳送至偵測器而達成溫度的測量。熱輻射被以預定波長來測量，通常為紅外線。
要測量放射率，另一光束在暴露的區域被導向且反射光束(放射率的代表)被抓取。由於熱輻射及放射率皆為波長相關，其他光束的波長與熱輻射之預定波長相同。
如在HATANO等人(“Excimer laser-induced temperature field in melting and resolidification of silicon thin films “, Journal of applied Physics, 1 January 2000, Vol. 87, No. 1, pages 36 to 43)中所描述，由於放射率之方向性，先前技術之裝置使用相同的光學系統及相同的偵測器以抓取暴露的區域之熱輻射及放射率。然而，為了不要混合兩種訊號，熱輻射測量及放射率測量交替進行。當熱輻射被測量時，另一光束被關閉。
以先前技術之裝置來測量的溫度之準確度於是被限制於兩種訊號的測量之間的時間差。
對於微秒及次微秒範圍中之熱處理，溫度的誤差進一步增加。於此時間尺度上，雷射光束之脈衝展現幾奈秒的持續期間。先前技術之裝置無法執行溫度測量，其在脈衝光束的暴露期間可跟隨溫度的發展。
因此，本發明的一個目的在於提供一種用於測量具有實質平面的處理表面之基板的表面溫度之裝置，處理表面被脈衝光束照明，其被調適以加熱基板之處理表面的處置區域，裝置包含： -第一照明系統，以第一探測光波長朝基板之處理表面的處置區域發出第一探測光光束； -第一光學系統，經組構以： -從第一熱輻射立體角以第一熱輻射方向收集於處置區域中之局部加熱區域所輻射的熱輻射之第一輻射光束；及將第一輻射光束傳送至第一熱輻射偵測通道，其被調適以在第一瞬間遞送第一熱輻射訊號，代表大約在第一熱輻射波長的第一頻寬內的第一輻射光束之第一強度；及 -從第一探測光立體角以第一探測光方向收集由處置區域所反射的探測光之第一反射光束；及將第一反射光束傳送至第一探測光偵測通道，其被調適以在第二瞬間遞送第一探測光訊號，代表在第一探測光波長的第一反射光束之第一強度；及 -處理裝置，經組構以： -處理第一熱輻射訊號及第一探測光訊號；及 -基於所處理的第一熱輻射訊號及所處理的第一探測光訊號，於第一瞬間決定處置區域之表面溫度； 根據本發明： -第一熱偵測偵測通道包括： -對第一熱輻射波長敏感的第一熱輻射偵測器；及 -第一熱輻射路由裝置，將第一輻射光束路由至第一熱輻射偵測器；及 -第一探測光偵測通道包括： -對第一探測光波長敏感的第一探測光偵測器；及 -第一探測光路由裝置，將第一反射光束路由至第一探測光偵測器， -第一熱輻射波長被選擇等於第一探測光波長； -第一熱輻射偵測通道及第一探測光偵測通道被同步使得第一瞬間及第二瞬間同時發生； -熱輻射之第一路由裝置係關於第一探測光路由裝置而被設置以避免第一熱輻射偵測器接收探測光之部份的第一反射光束，其中第一熱輻射方向以大於零及低於第一預定臨界值的第一偏向角度而與第一探測光方向隔開。
藉由使用兩個不同的偵測通道及路由裝置以將各訊號路由至不同的偵測器，裝置能同時地測量處置區域之表面的熱輻射及其放射率。當第一路由裝置關於彼此被設置使得處理表面之幾乎相同的區域之熱輻射及放射率被測量，放射率之方向性可被納入考量。基於熱輻射及基於放射率所計算的溫度之誤差因此被大大地減少。
根據本發明的裝置之其他優點及非限制的特徵包括： -第一探測光波長包含在0.9微米至1.6微米之範圍中。 -第一頻寬小於等於100奈米。 -第一熱輻射偵測通道包含具有該第一頻寬之第一熱輻射過濾器， -第一探測光偵測通道包含第一探測光過濾器， -第一探測光過濾器為具有小於或等於第一頻寬的第二頻寬之帶通過濾器， -第一熱輻射過濾器或第一探測光過濾器為干擾過濾器， -第一熱輻射偵測器及第一探測光偵測器具有相同的相對光譜靈敏度， -裝置更包含： -第二照明系統，以第二探測光波長朝基板之處理表面的處置區域發出第二探測光光束； -第二光學系統，經組構以： -從第二熱輻射立體角以第二熱輻射方向收集由處置區域之局部加熱區域所輻射的熱輻射之第二輻射光束；及將第二輻射光束傳送至第二熱輻射偵測通道，包括： -對第二頻寬敏感的第二熱輻射偵測器；及 -第二熱輻射路由裝置，將於第二熱輻射方向輻射之熱輻射的第二輻射光束路由至第二熱偵測偵測器， 第二熱輻射偵測通道被調適以在第一瞬間遞送第二熱輻射訊號，代表大約在第二熱輻射波長的第二頻寬內的第二輻射光束之第二強度；及 -從第二探測光立體角以第二探測光方向收集由處置區域所反射的探測光之第二反射光束；及將第二反射光束傳送至第二探測光偵測通道，包括： -對第二探測光波長敏感的第二探測光偵測器；及 -第二探測光路由裝置，將於第二探測光方向反射之探測光的第二光束路由至第二探測光偵測器， 第二探測光偵測通道被調適以在第二瞬間遞送第二探測光訊號，代表在第二探測光波長的探測光之第二反射光束之第二強度； -該第二頻寬包含第二探測光波長且小於預定最大寬度；及 -第二熱輻射方向以大於零及低於第二預定臨界值的第二偏向角度而與第二探測光方向隔開。 -處理裝置，經組構以： -處理第二熱輻射訊號及第二探測光訊號；及 -基於所處理的第一熱輻射訊號、所處理的第一探測光訊號、所處理的第二熱輻射訊號及所處理的第二探測光訊號，於第一瞬間決定表面溫度。 -該第二光學系統不同於第一光學系統。 -該第二光學系統與第一光學系統相同。 -路由裝置中之各者包含被設置在對應的光學系統及對應的偵測器之間的預定長度之光纖段，光學系統被設計以將對應的光束耦接至該等光纖段中。 -該等光纖段被聚合在一起以形成光纖束。
本發明亦有關一種用於測量具有實質平面的處理表面之基板的表面溫度之方法，處理表面被脈衝光束照明，其被調適以加熱基板之處理表面的處置區域，該方法包含下列步驟： -以第一探測光波長朝基板之處理表面的處置區域發出第一探測光光束， -於第一瞬間測量第一熱輻射訊號，代表在第一熱輻射波長的第一頻寬內的熱輻射之第一輻射光束之第一強度，其藉由處置區域從第一熱輻射立體角以第一熱輻射方向輻射； -於第二瞬間測量第一探測光訊號，代表在第一探測光波長的探測光之第一反射光束之第一強度，其藉由處置區域從第一探測光立體角以第一探測光方向反射， -處理第一熱輻射訊號及第一探測光訊號；及 -基於所處理的第一熱輻射訊號及所處理的第一探測光訊號，於第一瞬間決定處置區域之表面溫度； 該方法之特徵在於： -第一熱輻射波長被選擇等於第一探測光波長； -第一熱輻射方向以大於零及低於第一預定臨界值的第一偏向角度而與第一探測光方向隔開；及 -第一熱輻射偵測通道及第一探測光偵測通道被同步使得測量第一探測光訊號的步驟與測量第一熱輻射訊號的步驟被同時執行。
根據本發明的方法之其他優點及非限制的特徵包括： -以第二探測光波長朝基板之處理表面的處置區域發出第二探測光光束， -於第三瞬間測量第二熱輻射訊號，代表在第二熱輻射波長的第二頻寬內的熱輻射之第二輻射光束之第二強度，其藉由處置區域從第二熱輻射立體角以第二熱輻射方向輻射； -於第四瞬間測量第二探測光訊號，代表在第二探測光波長的探測光之第二反射光束之第二強度，其藉由處置區域從第二探測光立體角以第二探測光方向反射， -處理第二熱輻射訊號及第二探測光訊號；及 -基於所處理的第一熱輻射訊號、所處理的第一探測光訊號、所處理的第二熱輻射訊號及所處理的第二探測光訊號，於第一瞬間決定處置區域之表面溫度； -第二熱輻射波長被選擇等於第二探測光波長； -第二熱輻射方向以大於零及低於第二預定臨界值的第二偏向角度而與第二探測光方向隔開； -第二熱輻射偵測通道及第二探測光偵測通道被同步使得測量第二探測光訊號的步驟及測量第二熱輻射訊號的步驟被與測量第一熱輻射訊號的步驟及測量第一探測光訊號的步驟同時執行。
裝置
參照第1圖，本發明有關用於測量具有實質平面的處理表面5之基板3的表面溫度Ts之裝置1。裝置1通常運作於機械環境中，例如半導體製造場，因此，其必須遵守體積限制及機械限制。
基板3為例如晶圓。其典型為矽晶圓或複合式晶圓，例如通常使用於半導體裝置產業中者。基板3被置放於被調適以用於熱處理的處理室2中。
基板3可被設置於可移動平台6上。可移動平台能在X方向及Y方向中移動以允許整個基板3之熱處理。
參照第2圖，基板3具有能接受各種處置以獲得期望的半導體裝置之處理表面5。處理表面5為實質平面的(以宏觀尺度)，但其呈現一些表面粗糙(以微觀尺度)。
處理表面5之粗糙係依據其先前所接受的處置。再者，表面之熱處理可改變處理表面5之材料的物理性質，尤其是其光學性質。物理性質改變特別發生在處理表面5之相變期間。因此，處理表面5之放射率在整個處理中改變。
基板3於其處理表面5上支持晶粒4之陣列。各晶粒4包含複數個半導體裝置，且各晶粒可具有其自己的放射率。
參照回第1圖，裝置1包含光源7，其沿著光學軸A1發出脈衝光束9。光源7為例如紫外線(UV)光源。光源7較佳為準分子雷射光源。較佳的放射波長為例如308nm。
光源7能在脈衝模式中運作。舉例來說，其能以10Hz之頻率產生160ns FWHM的雷射脈衝。
脈衝光束9之光學注入系統11被沿光學軸A1設置於光源7之下游。脈衝光束9之光學注入系統11接收脈衝光束9且在基板3之處理表面5將其導向。
脈衝光束9之光學注入系統11包括例如光束均勻器(未圖示)以確保脈衝光束9之空間均勻性及複數個透鏡(未圖示)以將脈衝光束9聚焦於處理表面5上。
脈衝光束9之光學注入系統11亦可包括折疊鏡或其組合以使裝置1更小巧同時對脈衝光束9提供適當定向。
參照第2圖，脈衝光束9於處理表面5上入射，其為其形成光點13之處。光點的大小為可組構的。光點的大小對應至例如晶粒4之區域。光點13之位置可藉由移動可移動平台6來改變。
注入系統11之折疊鏡能掃描脈衝光束9於基板3的整個表面上。光點13所形成的區域將參照為處置區域13。
於脈衝光束9的暴露下，處置區域13被加熱至最大表面溫度Tmax。於此處理中，處置區域13之表面溫度Ts從周圍溫度Ta(處理室2中之溫度)改變至最大溫度Tmax，其範圍從800℃至3000℃。
典型地，熱輻射16以遵循普朗克定律的頻譜於所有方向中發出(等向性放射)。於此，由於處置區域13具有典型地包含在25℃及1700℃之間的表面溫度Ts，大部分的熱輻射在1µm及10µm之間的紅外線範圍中被發出。
裝置1更包括第一光學系統19，其被設置在熱輻射16下游。第一光學系統19具有第三光學軸A3(見第1圖)。
參照第3圖，實際上，第一光學系統19座落於處理室2外面。處理室2之窗戶31讓部份的熱輻射16傳播到處理室2外。僅部份的熱輻射到達第一光學系統19。
第一光學系統19被組構以從第一熱輻射立體角ΩTR1 以第一熱輻射方向DTR1 收集熱輻射16之第一輻射光束17。
於較佳範例中，沿第一輻射光束17依序傳播(以箭頭表示)，第一光學系統19包括第一光學群組191、第三光學群組195及第二光學群組193。
第一光學群組191包括被調適以收集第一輻射光束17的單一收集透鏡或透鏡之組合。單一收集透鏡的一個範例為平凸透鏡。由於機械環境中的機械限制使第一光學群組191遠離取樣，第一光學群組191之直徑會很大，其導致焦距很大。
第三光學群組195被設置靠近第一光學群組191之焦平面。第三光學群組195被組構以將處置區域13之影像與第二光學群組193之物焦平面結合。第三光學群組195容許選擇第一光學系統19的整個長度及促進機械環境中裝置之整合。
要進一步減少焦距且因此遵循機械環境的要求，第二光學群組193較佳包括給予第一光學系統19大孔徑、適度的視野、良好的空間解析度及在紅外線中之大的光譜帶寬之小的色差之透鏡的組合。
處置區域13之影像被置於第二群組光學群組193之物焦平面，使得其為遠心的(telecentric)。第一光學群組191以結合第三光學群組195來做出此結合。
第一光學系統19於此包含折疊鏡197以改變第一輻射光束17之傳播方向以使第一光學系統19更小巧。替代地，折疊鏡之結合可被使用以使得第一光學系統19更小巧。
第一光學系統19從第一熱輻射立體角ΩTR1a 以第一熱輻射方向DTR1 收集第一輻射光束17。第一熱輻射立體角ΩTR1a 的範圍係由第一熱輻射路由裝置25a之接收角來決定，其將說明於後文。
於另一範例中，第一光學系統19僅包括第一光學群組191及第二光學群組193。
參照回第1圖，裝置1可包含機械地連接至第一光學系統19且經組構以改變第一光學系統19之位置的機械致動器21。
機械致動器21被組構以在X方向及Y方向中改變第一光學系統19之位置。依此方式，第一光學系統19能改變在一個晶粒4內所測量的區域、或能改變晶粒4。
機械致動器21可包含主動反射鏡或其組合。
替代地，機械致動器21可包含在X方向具有一個平移軸及在Y方向具有一個平移軸的平台。舉例來說，平台能在兩方向以0,5mm的節距平移超過30mm之範圍。
裝置1更包含被設置在第一光學系統19的下游之第一熱輻射偵測通道23a。
第一熱輻射偵測通道23a包含第一熱輻射路由裝置25a，其具有被置於第二光學群組193之焦平面內的入口端(見第5圖)。
參照第4圖，第一熱輻射路由裝置25a包含預定長度及預定直徑之光纖段。範例長度為15m。範例直徑為400µm。光纖具有包含在8°及15°之間的接收角。
第一熱輻射路由裝置25a於光纖束中(更精確而言，在多分支光纖束27中)被設置於此。於此，光纖在多分支光纖束27之入口端處被保持在一起，且在多分支光纖束27之出口端處被隔開成多個分支。
多分支光纖束27提供彈性的機制用以將裝置1測量的各種訊號進行路由。
第一熱輻射路由裝置25a傳送第一輻射光束17。
參照第6圖，第一熱輻射偵測通道23a更包含被設置在第一熱輻射路由裝置25a下游之第一熱輻射過濾系統29a。
第一熱輻射過濾系統29a允許調適第一輻射光束17之幾何及光譜以供其後續測量。沿第一輻射光束17之傳播方向依序(以箭頭表示)，第一熱輻射過濾系統29a包括第一熱輻射校準群組291a、第一熱輻射過濾器293a、及第一熱輻射聚焦群組295a。
第一熱輻射校準群組291a包含透鏡或其組合，且校準第一輻射光束17，其在離開第一熱輻射路由裝置25a後馬上偏斜。
第一熱輻射過濾器293控制第一輻射光束17之頻譜寬度且移除不想要的作用。第一頻寬較佳集中於第一熱輻射波長λTR1 。第一熱輻射波長λTR1 被選擇等於第一探測光波長λPL1 ，其將說明於後文。第一熱輻射過濾器293具有第一頻寬例如小於或等於100nm。
範例第一熱輻射過濾器293為干擾過濾器。
第一熱輻射聚焦群組295包含透鏡或其組合；其將第一輻射光束17聚焦於焦平面FP1。
第一熱輻射偵測通道23a更包含第一熱輻射偵測器31a，其被設置於第一聚焦群組295a之焦平面FP1上。
第一熱輻射偵測器31a對第一熱輻射波長λTR1 敏感。第一熱輻射偵測器31a較佳運作於短紅外線(範例範圍：從0,9µm至1,6µm)。替代地，且依據第一熱輻射波長λTR1 ，其可操作於中波長紅外線(範例範圍：從3µm至5µm)、長波長紅外線(範例範圍：從8µm至12µm)或可見光(範例範圍：從0,4µm至0,9µm)。對短紅外線敏感的範例第一熱輻射偵測器31為以InGaAs製成的光二極體。
第一熱輻射偵測器31a在第一瞬間t1 遞送第一熱輻射訊號STR1a ，代表在第一熱輻射波長λTR1 之第一輻射光束17的第一強度。
參照回第1圖，第一熱輻射偵測器31a可操作地耦接至控制器33。控制器33包含例如數位板。控制器33將第一熱輻射訊號STR1a 數位化。控制器33亦被組構以實現第一輻射光束17之快速採集率。範例採集率為每秒500Mega取樣(亦即200MHz)。我們注意到採集率比脈衝光束之脈衝的持續期間快。其允許在熱處理期間表面溫度Ts的精確監視。
裝置1更包含處理裝置35。處理裝置35係與控制器33可操作地耦接。處理裝置35接收第一熱輻射訊號STR1 並根據後述方法將其進行處理。處理裝置35為例如備有使用者介面之電腦。使用者介面允許使用者組構控制器33及在測量期間監視控制器。使用者介面亦可被使用以顯示測量的結果。
裝置1更包括第一照明系統37(見第1圖)，其朝處理表面5之處置區域13發出第一探測光光束39。
第一照明系統37包含第一發光來源41，其沿第二光學軸A2發出第一探測光光束39。範例第一發光來源41為紅外線超發光二極體，其以包含於從0,9µm至1,6µm之範圍中的第一探測光波長λPL1 發出光。範例第一探測光波長λPL1 為1,31µm或1,55µm。
第一照明系統37亦包括沿第一發光來源41下游之第二光學軸A2被設置的第一照明注入系統43。
第一照明注入系統43包含一個光學透鏡以校準第一探測光光束39以照明處置區域13。
第一照明注入系統43可包含一個折疊鏡或其組合以合併(fold)第一探測光光束39並將其導引朝向處置區域13。確實，為了說明容易，第一探測光光束39被顯示為僅沿第二光學軸A2的一個方向而未被合併的(unfolded)。然而，實際上第一探測光光束39可被合併以使第一照明系統37更小巧及遵循機械環境。
參照第2圖，第一探測光光束39係入射於處理表面5之處置區域13上，於此其形成尺寸較收集區域15大的第一照明點45，透過它，熱輻射16及從第一探測光光束39反射的光被收集。
第一探測光光束39之部份的光在第一探測光方向DPL 中被反射於處理表面5上以形成探測光39之第一反射光束47。該反射被考量為鏡像的(specular)。
第一探測光光束39的另一部份的光在基板3中被吸收。
除了收集第一輻射光束17a以外，第一光學系統19在第一探測光方向DPL1 中從第一探測光立體角ΩPL 1 收集第一反射光束47。
第一光學群組19亦被組構以調適第一反射光束47之幾何以供其後續測量。
第一光學系統19傳送第一反射光束47至裝置1之第一探測光偵測通道49。
第一探測光偵測通道49被設置於第二光學群組193之焦平面上。第一探測光偵測通道49包含第一探測光路由裝置51以從第一光學系統19接收第一反射光束47。
參照第5圖第一探測光路由裝置51被設置於多分支光纖束27的中心。
參照第8圖，第一探測光路由裝置51被關於第一熱輻射路由裝置25a來設置以避免部份的第一反射光束47進入第一熱輻射路由裝置25a。關於第一光學系統19的各路由裝置25a, 51之個別位置決定各光纖可個別地收集訊號之方向。
參照第8圖，第一探測光方向DPL1 以第一偏向角度θDev1 而與第一熱輻射方向DTR1a 隔開。第一偏向角度θDev1 係大於零及低於第一預定臨界值。範例第一預定臨界值為9°。第一熱輻射路由裝置25a以距離S1而與第一探測光路由裝置51隔開。藉由增加距離S1，第一偏向角度θDev1 增加。因此，第一反射光束47進入第一熱輻射路由裝置25a的風險減少。然而，由於表面溫度Ts之精確測量需要第一輻射光束17及第一反射光束47在接近方向被測量，第一偏向角度θDev1 無法太大。第一偏向角度θDev1 可接受的值包含在3度及5度之間。
第一探測光路由裝置51亦可被精確地與第一光學系統19成直線使得第一反射光束47之反射輻射被導向至第一探測光路由裝置51內。此成直線例如當第三光學軸A3與第一探測光方向DPL1 重合時被達成。
我們注意到由於熱輻射16為等向性的，一些熱輻射會進入第一探測光路由裝置51。然而，熱輻射16進入第一探測光路由裝置51之強度比第一反射光束47之強度小的多且因此可被忽略。
第一探測光偵測通道49更包含被設置在第一探測光路由裝置51下游的第一探測光過濾系統53。
第一探測光過濾系統53調適第一反射光束47之幾何及頻譜以供其後續測量。沿第一反射光束47之傳播方向依序(以箭頭表示)，第一探測光過濾系統53包括第一探測光校準群組531、第一探測光過濾器533、及第一探測光聚焦群組535。
第一探測光校準群組531及第一探測光聚焦群組535分別類似於熱輻射191之第一校準群組及熱輻射195之第一聚焦群組。
第一探測光過濾器533控制第一反射光束47之頻譜寬度且移除不想要的作用。第一探測光過濾器533具有小於或等於第一頻寬的第二頻寬。第二頻寬較佳集中於第一探測光波長λPL1 。
第一探測光偵測通道49更包含第一探測光偵測器55，其被設置於第一探測光聚焦群組535的焦距處。
第一探測光偵測器55對第一探測光波長λPL1 敏感。第一探測光偵測器55較佳運作於短紅外線(範例範圍：從0,9µm至1,6µm)。替代地，且依據第一熱輻射波長λTR1 ，其可操作於中波長紅外線(範例範圍：從3µm至5µm)、長波長紅外線(範例範圍：從8µm至12µm)或可見光(範例範圍：從0,4µm至0,9µm)。範例第一探測光偵測器55為以InGaAs製成的光二極體。
第一探測光偵測器55及第一熱輻射偵測器31具有相同的相對頻譜靈敏度。
第一探測光偵測器55在第二瞬間t2 遞送第一探測光訊號SPL1 ，代表在第一探測光波長λPL1 之第一反射光束47的第一強度。
第一探測光偵測器55可操作地耦接至控制器33。控制器33將第一探測光訊號SPL1 數位化。控制器33亦實現第一反射光束47之快速採集率。範例採集率為每秒500Mega取樣。
再者，控制器33使第一熱輻射偵測通道23及第一探測光偵測通道53同步使得第一瞬間t1 及第二瞬間t2 同時發生。
熱輻射16及第一反射光束47(放射率之代表)兩者的同時測量有助於減少表面溫度Ts之測量的誤差。
處理裝置35接收第一探測光訊號SPL1 並根據後述方法將其進行處理。
具有用以收集第一輻射光束17及第一反射光束47兩者之單一第一光學系統19及用以收集上述兩光束並將其分別路由至個別的偵測器之路由裝置的裝置1允許在偵測器的定位有很大的彈性，其對於遵循機械環境的體積限制是很重要的。
其亦允許增加偵測器的數量且因此，增加表面溫度Ts之準確度，如將於後文中描述者。
使第一熱輻射偵測器31a專用以測量第一輻射光束17及第一探測光偵測器55專用以測量第一反射光束47容許同時地執行兩個測量。基於同時獲得的這些訊號所決定的表面溫度Ts具有較先前技術好的準確度。
於較佳範例中，第一熱輻射偵測通道23更包含額外的第一熱輻射路由裝置25b，其被設置在第二光學群組193之焦距處。
如前所述，熱輻射16為等向性的。第一熱輻射路由裝置25b接著接收形成額外的第一輻射光束17b之部份的熱輻射。額外的第一輻射光束17b在額外的第一熱輻射方向DTR1b 中傳播。第一熱輻射方向DTR1a 及額外的第一熱輻射方向DTR1b 係例如各被其個別的路由裝置25a, 25b之位置所決定。在第一熱輻射方向DTR1a 及額外的第一熱輻射方向DTR1b 之間的偏向角度的範圍為例如在3及9度之間。
參照第4圖額外的第一熱輻射路由裝置25b被設置於多分支光纖束27中。
參照第8圖，第一熱輻射偵測通道23更包含類似於第一過濾光學系統29a之額外的第一過濾光學系統29b及類似於第一熱輻射偵測器31a之額外的第一熱輻射偵測器31b。
歸功於多分支光纖束27的彈性，額外的第一熱輻射偵測器31b可被設置在離第一熱輻射偵測器31a一段距離。
額外的第一熱輻射偵測器31b在第一瞬間t1 遞送額外的第一熱輻射訊號STR1b ，代表在第一熱輻射波長λTR1 的第一強度之額外的第一輻射光束17b。
額外的第一熱輻射偵測器31b可操作地耦接至控制器33。
處理裝置35接收額外的第一熱輻射訊號STR1b 並根據後述方法將其進行處理。
測量代表基板3之熱輻射16的兩個訊號有助於減少在基板3之表面溫度Ts的計算中之不確定性。
於另一範例中，裝置1更包含第一極化分離器以將第一反射光束47分離成兩光束：s極化的(s-polarized)第一反射光束及p極化的(p-polarized)第一反射光束。極化分離器被設置於第一探測光路由裝置51下游。更精確而言，極化分離器被設置於第一探測光過濾系統53中，第一探測光校準群組531下游。範例極化分離器為極化光束分離器。另一範例極化分離器為沃拉斯頓稜鏡(Wollaston prism)。各經極化的第一反射光束被傳送至個別的偵測器。此設定容許以極化來考量放射率中的變化，且有助於減少在基板3之表面溫度Ts的計算中之不確定性。
於另一範例中，裝置1可包含被設置於額外的第一過濾光學系統29b中之第二極化分離器。第二極化分離器被設置在額外的第一校準群組及額外的第一聚焦群組之間。於此情形中，僅其中一個極化被傳送至額外的第一熱輻射偵測器31b。其他極化被第二極化分離器吸收。依此方式，對熱輻射16之極化的效果可被估計。
本發明之另一實施例現在參考第9圖來說明。裝置1包括第二照明系統57，其朝處理表面5之處置區域13發出第二探測光光束59。
第二照明系統57包含第二發光來源61，其沿第四光學軸A4發出第二探測光光束59。範例第二發光來源61為紅外線超發光二極體，其以包含於從0,9µm至1,6µm之範圍中的第二探測光波長λPL 2 發出光。範例第二探測光波長λPL 2 為1,31µm或1,55µm。於較佳範例中，第一發光來源41以1,31µm發出光而第二發光來源61以1,55µm發出光。
第二照明系統57亦包括沿第二發光來源61下游之第四光學軸A4被設置的第二照明注入系統63。
第二照明注入系統63包含類似於第一第二照明注入系統43之元件且扮演類似的角色。
於較佳實施例中(未圖示)，第一發光來源41及第二發光來源61被設置離基板3一段距離。
第一發光來源41被耦接至第一照明路由裝置之入口端。此耦接係透過第一配對套藉由直接耦接第一照明路由裝置之入口端至第一發光來源之端連接器來達成。第一照明路由裝置包含第一照明光纖。
第二發光來源61被耦接至第二照明路由裝置之入口端。此耦接係透過第二配對套藉由直接耦接第二照明路由裝置之入口端至第二發光來源之端連接器來達成。第二照明路由裝置包含第二照明光纖。
第一照明光纖及第二照明光纖被設置於照明多分支光纖束中使得其入口端被分離成多束，且在照明多分支光纖束之出口端處被保持在一起。
照明多分支光纖束之出口端被設置在一般照明注入系統之焦平面處。
照明多分支光纖束的使用對於將探測光39, 59之各種光束從其個別的發光來源路由至離基板3短距離提供了彈性的機制。
第二探測光光束59入射於處理表面5之處置區域13上，於此其形成尺寸較區域大的第一照明點(未圖示)，透過它，熱輻射16及從第一探測光光束39及從第二探測光光束59反射的光被收集。
第二探測光光束59之部份的光在第二探測光方向DPL2 中被反射於處理表面5上以形成第二反射光束65。該反射被考量為鏡像的(specular)。
第二探測光光束59的另一部份的光在基板3中被吸收。
於一範例中，除了收集第一輻射光束17及第一反射光束47以外，第一光學系統19於第二探測光方向DPL2 從第二探測光立體角ΩPL 2 收集第二反射光束65。
第一光學系統19調適第二反射光束65之幾何並將其傳送至裝置1之第二探測光偵測通道67。
第二探測光偵測通道67被設置於第二光學群組193之焦距處。第二探測光偵測通道67包含第二探測光路由裝置69，其被設置以從第一光學系統19接收第二反射光束65。
參照第4及5圖，第二探測光路由裝置69為被設置於多分支光纖束27中之光纖。
如前所述，由於熱輻射16為等向性的，一些熱輻射會進入第二探測光路由裝置69。然而，其在第二反射光束65之測量上的效果可被忽略。
參照第10圖，第二探測光偵測通道67更包含被設置在第二探測光路由裝置69下游的第二探測光過濾系統71。
第二探測光過濾系統71調適第二反射光束65之幾何及頻譜以供其後續測量。
如對於其他過濾系統29a, 29b, 53所描述者，沿第二反射光束65之傳播方向依序(以箭頭表示)，第二探測光過濾系統71包括第二探測光校準群組711、第二探測光過濾器713、及第二探測光聚焦群組715。
第二探測光校準群組711校準第二反射光束65。第二探測光聚焦群組715將第二反射光束65聚焦以供其後續測量。
第二探測光過濾器713控制第二反射光束65之頻譜寬度且移除不想要的作用。
第一探測光過濾器713具有第三頻寬，其不重疊第一及第二頻寬。第三頻寬包含第二探測光波長λPL 2 。第三頻寬小於預定最大值，例如小於100nm。
第二探測光偵測通道67更包含第二探測光偵測器73，其被設置於第二探測光聚焦群組715的焦距處。
第二探測光偵測器73對第二探測光波長λPL 2 敏感。
第二探測光偵測器73在第二瞬間t2 遞送第二探測光訊號SPL2 ，代表在第二探測光波長λPL 2 的第二強度之第二反射光束65。
第二探測光偵測器73可操作地耦接至控制器33。
再者，控制器33將第二探測光偵測通道67、第一熱輻射偵測通道23及第一探測光偵測通道53同步化使得三個測量被同時執行。
處理裝置35接收第二探測光訊號SPL2 並根據後述方法將其進行處理。
第一光學群組19亦可收集以第二熱輻射方向DTR2 從第二熱輻射立體角ΩTR2 傳播的第二輻射光束75。
第一光學群組19傳送第二輻射光束75至第二熱輻射偵測通道77。
第二熱輻射偵測通道77包含第二熱輻射路由裝置79，其被設置在第二光學群組193之焦距處。
如前所述，第二熱輻射路由裝置79包含被設置於多分支光纖束27中之光纖。第二熱輻射路由裝置79傳送第二輻射光束75。
如前所述，第二熱輻射路由裝置79被關於第二探測光路由裝置69來設置以避免部份的第二反射光束65進入第二熱輻射路由裝置79。
第二探測光方向DPL2以第二偏向角度θDev2而與第二熱輻射方向DTR2隔開。第二偏向角度θDev2係大於零及低於第二預定臨界值。範例第二預定臨界值為9°。
第二熱輻射偵測通道77更包含被設置在第二熱輻射路由裝置79下游之第二熱輻射過濾系統81。
第二熱輻射過濾系統81類似第一熱輻射過濾系統29，除了其頻寬。第二熱輻射過濾器813的頻寬為第三頻寬。
第二熱輻射偵測通道75更包含第二熱輻射偵測器83，其被設置於第二探輻射聚焦群組815的焦距處。
第二熱輻射偵測器83對第二熱輻射波長λTR2敏感。
第二熱輻射波長λTR2等於第二探測光波長 λPL2。
第二熱輻射偵測器83在第一瞬間t1遞送第二熱輻射訊號STR2，代表在第二熱輻射波長λTR2的第二強度之第二輻射光束75。
第二熱輻射偵測器83可操作地耦接至控制器33，其如前所述般操作。控制器33被組構使得第一輻射光束17、第一反射光束47、第二輻射光束75及第二反射光束65都被同時測量。
處理裝置35接收第二熱輻射訊號STR2並根據後述方法將其進行處理。
使用兩個反射光束47,65及至少兩個輻射光束17,17b,75以決定處置區域13之表面溫度Ts有助於減少不確定性。
於另一範例中(未圖示)，裝置1包括第二光學系統以收集第二反射光束65及第二輻射光束75。
第二光學系統亦傳送第二反射光束65及第二輻射光束75至其個別的路由裝置，其被設置於之前描述的另一或相同的多分支光纖束27中。
於另一範例中(未圖示)，除了第二照明系統57以外(或作為替代)，裝置1包含第三照明系統。
第三照明系統包含第三發光來源，其以第三探測光波長λPL3發出第三探測光光束。第三探測光波長λPL3為例如可見光波長，例如633nm，且範例第三光源為HeNe雷射。替代地，第三探測光波長λPL3為近UV波長。
於可見光第三波長的情形下，裝置1包含第三探測光偵測器，例如Si光二極體。
所有其他元件係類似於先前所描述者。
現在說明根據本發明之用於測量基板3的表面溫度Ts之方法。
如前所述，基板3之處理表面5被脈衝光束9(例如脈衝雷射光束)照明。脈衝光束9對處理表面5之處置區域13加熱。處置區域13接著發出熱輻射16，代表其表面溫度Ts。
此方法包含朝處置區域13發出第一探測光光束39的步驟。第一探測光光束39具有第一探測光波長λPL1，較佳在紅外線中。
接著，於另一步驟中，第一熱輻射偵測器31在第一瞬間t1測量第一熱輻射訊號STR1a。此測量藉由控制器33來實現。
於同時的步驟中，第一探測光偵測器55在第二瞬間t2測量第一探測光訊號SPL1。此測量藉由控制器33來實現。控制器33將第一熱輻射偵測器31及第一探測光偵測器55同步化使得第一瞬間t1與第二瞬間t2同時發生。
接著，在後續步驟中，處理裝置35對第一熱輻射訊號STR1及第一探測光訊號SPL1進行處理。
收集區域15之放射率以下列公式來計算：
Figure 107139465-A0305-02-0033-1
其中Sref1及Sref2在先前的第一探測光偵測器55之校準的步驟期間被測量。在校準步驟期間，Rref1為經反射的校準光束之第一期望值且Sref1為經反射的校準光束之對應的第一測量值。同樣的，Rref2為經反射的校準光束之第二期望值且Sref2為經反射的校準光束之對應的第二測量值。
於最後步驟中，處理裝置35基於所處理的第一熱輻射訊號及所處理的第一探測光訊號，於第一瞬間決定處置區域13之表面溫度。
用來計算表面溫度的公式為：
Figure 107139465-A0305-02-0034-2
其中，h為普朗克常數，c為光之波速，K為波茲曼常數及Kcalib為第一熱輻射偵測器31a之儀器常數。
Kcalib的值首先從系統之典型性質由以下公式粗略推論出來：K calib =R(λ).τ.G.△λ
其中，R(λ)為第一熱輻射偵測器31a之頻譜靈敏度。τ為光傳輸。G為光展量。△λ為頻譜帶寬。於是，在校準步驟期間對於各儀器其值被精細地決定。
藉由基於被同時獲得及具有類似方向的第一熱輻射訊號STR1a及第一探測光訊號SPL1上之表面溫度Ts的計算，所計算的表面溫度中之不確定性被大大的降低。
此方法可被應用至先前所述之裝置1的其他實施例中。
此方法接著更包含以第二探測光波長λPL2 朝基板3之處理表面5的處置區域13發出第二探測光光束59之步驟。
接著，於另一步驟中，第二熱輻射偵測器83在第三瞬間t3 測量第二熱輻射訊號STR2 。此測量藉由控制器33來實現。第三瞬間t3 與第一瞬間t1 及第二瞬間t2 同時。
於同時的步驟中，第二探測光偵測器73在第四瞬間t4 測量第二探測光訊號SPL2 。此測量藉由控制器33來實現。
控制器33將第一熱輻射偵測器31、第一探測光偵測器55、第二熱輻射偵測器83及第二探測光偵測器73同步化使得第一瞬間t1 、第二瞬間t2 、第三瞬間t3 及第四瞬間t4 同時發生。
溫度係以下列公式計算：
Figure 02_image007
其中，λTPlong 對應至第一熱輻射波長λTR1 與第二熱輻射波長λTR2 之間的最長波長。λTRshort 對應至第一熱輻射波長λTR1 與第二熱輻射波長λTR2 之間的最短波長。 λPLlong 對應至第一探測光波長λPL1 及第二探測光波長λPL2 之間的最長波長。 λPLshort 對應至第一探測光波長λPL1 及第二探測光波長λPL 2 之間的最短波長。
1‧‧‧裝置 2‧‧‧處理室 3‧‧‧基板 4‧‧‧晶粒 5‧‧‧處理表面 6‧‧‧可移動平台 7‧‧‧光源 9‧‧‧脈衝光束 11‧‧‧光學注入系統 13‧‧‧光點 15‧‧‧收集區域 16‧‧‧熱輻射 17‧‧‧第一輻射光束 17a‧‧‧第一輻射光束 17b‧‧‧額外的第一輻射光束 19‧‧‧第一光學系統 21‧‧‧機械致動器 23a‧‧‧第一熱輻射偵測通道 25a‧‧‧第一熱輻射路由裝置 25b‧‧‧第一熱輻射路由裝置 27‧‧‧多分支光纖束 29a‧‧‧第一過濾光學系統 29b‧‧‧額外的第一過濾光學系統 31‧‧‧窗戶 31a‧‧‧第一熱輻射偵測器 31b‧‧‧額外的第一熱輻射偵測器 33‧‧‧控制器 35‧‧‧處理裝置 37‧‧‧第一照明系統 39‧‧‧第一探測光光束 41‧‧‧第一發光來源 43‧‧‧第一照明注入系統 45‧‧‧第一照明點 47‧‧‧第一反射光束 49‧‧‧第一探測光偵測通道 51‧‧‧第一探測光路由裝置 53‧‧‧第一探測光過濾系統 55‧‧‧第一探測光偵測器 57‧‧‧第二照明系統 59‧‧‧第二探測光光束 61‧‧‧第二發光來源 63‧‧‧第二照明注入系統 65‧‧‧第二反射光束 67‧‧‧第二探測光偵測通道 69‧‧‧第二探測光路由裝置 71‧‧‧第二探測光過濾系統 73‧‧‧第二探測光偵測器 75‧‧‧第二輻射光束 77‧‧‧第二熱輻射偵測通道 79‧‧‧第二熱輻射路由裝置 81‧‧‧第二熱輻射過濾系統 83‧‧‧第二熱輻射偵測器 191‧‧‧第一光學群組 193‧‧‧第二光學群組 195‧‧‧第三光學群組 197‧‧‧折疊鏡 291a‧‧‧第一熱輻射校準群組 293‧‧‧第一熱輻射過濾器 293a‧‧‧第一熱輻射過濾器 295‧‧‧第一熱輻射聚焦群組 295a‧‧‧第一熱輻射聚焦群組 531‧‧‧第一探測光校準群組 533‧‧‧第一探測光過濾器 535‧‧‧第一探測光聚焦群組 711‧‧‧第二探測光校準群組 713‧‧‧第二探測光過濾器 715‧‧‧第二探測光聚焦群組 813‧‧‧第二熱輻射過濾器
815:第二探輻射聚焦群組
A1:光學軸
A2:第二光學軸
A3:第三光學軸
FP1:焦平面
S1:距離
根據本發明之裝置及方法將接著參照所附圖式加以說明。
於所附圖式中： -第1圖為根據本發明藉由測量其熱輻射及放射率來用於測量基板之表面溫度的裝置之範例實施例的示意圖； -第2圖為藉由該裝置來測試之範例基板的示意圖； -第3圖為範例第一光學系統之近視圖，其中額外的元件容許改變第一光學系統之整體長度； -第4圖為將從第一光學系統所收集的熱輻射及所反射的探測光光束進行路由的裝置之路由裝置的圖式， -第5圖顯示第4圖之路由裝置的入口端之剖面圖； -第6圖顯示透過被設置在路由裝置之後的第一熱輻射過濾系統之熱輻射的傳播； -第7圖為路由裝置、第一熱輻射過濾系統及第一熱輻射偵測器示意圖； -第8圖為於裝置中之熱輻射及所反射的探測光光束之傳播的示意圖； -第9圖為裝置之另一範例實施例的示意圖，其中該裝置包含兩個發光來源； -第10圖於第9圖之範例中的熱輻射及所反射的探測光光束之傳播的示意圖；
1‧‧‧裝置
2‧‧‧處理室
3‧‧‧基板
5‧‧‧處理表面
6‧‧‧可移動平台
7‧‧‧光源
9‧‧‧脈衝光束
11‧‧‧光學注入系統
13‧‧‧光點
16‧‧‧熱輻射
17‧‧‧第一輻射光束
19‧‧‧第一光學系統
21‧‧‧機械致動器
23a‧‧‧第一熱輻射偵測通道
25a‧‧‧第一熱輻射路由裝置
25b‧‧‧第一熱輻射路由裝置
27‧‧‧多分支光纖束
31a‧‧‧第一熱輻射偵測器
31b‧‧‧第一熱輻射偵測器
33‧‧‧控制器
35‧‧‧處理裝置
37‧‧‧第一照明系統
39‧‧‧第一探測光光束
41‧‧‧第一發光來源
43‧‧‧第一照明注入系統
47‧‧‧第一反射光束
49‧‧‧第一探測光偵測通道
51‧‧‧第一探測光路由裝置
55‧‧‧第一探測光偵測器
A1‧‧‧光學軸
A2‧‧‧第二光學軸
A3‧‧‧第三光學軸

Claims (17)

  1. 一種用於測量具有實質平面的處理表面(5)之基板(3)的表面溫度(Ts)之裝置(1)，該處理表面(5)被脈衝光束(9)照明，該脈衝光束(9)被調適以加熱該基板(3)之該處理表面(5)的處置區域(13)，該裝置(1)包含：第一照明系統(37)，以第一探測光波長(λPL1)朝該基板(3)之該處理表面(5)的該處置區域(13)發出第一探測光光束(39)；第一光學系統(19)，經組構以：從第一熱輻射立體角(ΩTR1a)以第一熱輻射方向(DTR1a)收集於該處置區域(13)中之局部加熱區域所輻射的熱輻射(16)之第一輻射光束(17)；及將該第一輻射光束(17)傳送至第一熱輻射偵測通道(23a)，其被調適以在第一瞬間(t1)遞送第一熱輻射訊號(STR1a)，代表大約在第一熱輻射波長(λTR1)的第一頻寬內之該第一輻射光束(17)的第一強度；及從第一探測光立體角(ΩPL1)以第一探測光方向(DPL1)收集由該處置區域(13)所反射的探測光(39)之第一反射光束(47)；及將該第一反射光束(47)傳送至第一探測光偵測通道(49)，該第一探測光偵測通道(49)被調適以在第二瞬間(t2)遞送第一探測光訊號(SPL)，代表在該第一探測光波長(λPL1)之該第一反射光束(47)的第一強度；及處理裝置(35)，經組構以：處理該第一熱輻射訊號(STR1a)及該第一探測光訊號 (SPL)；及基於所處理的該第一熱輻射訊號及所處理的該第一探測光訊號，於該第一瞬間(t1)決定該處置區域(13)之該表面溫度(Ts)；該裝置(1)之特徵在於：該第一熱偵測偵測通道(23a)包括：對該第一熱輻射波長(λTR1)敏感的第一熱輻射偵測器(31a)；及第一熱輻射路由裝置(25a)，將該第一輻射光束(17)路由至該第一熱輻射偵測器(31a)；及該第一探測光偵測通道(49)包括：對該第一探測光波長(λPL1)敏感的第一探測光偵測器(55)；及第一探測光路由裝置(51)，將該第一反射光束(47)路由至該第一探測光偵測器(55)，該第一熱輻射波長(λTR1)被選擇等於該第一探測光波長(λPL1)；該第一熱輻射偵測通道(23a)及該第一探測光偵測通道(49)被同步使得該第一瞬間(t1)及該第二瞬間(t2)同時發生；該第一熱輻射路由裝置(25a)係關於該第一探測光路由裝置(51)而被設置以避免該第一熱輻射偵測器(31a)接收探測光(39)之部份的該第一反射光束(47)，其中該第一熱輻射方向(DTR1a)以大於零及低於第一預定臨界值的第一偏向角度(θDev1)而與該第一探測光方向(DPL1)隔開。
  2. 根據請求項1之裝置(1)，其中該第一預定臨界值為9°。
  3. 根據請求項1之裝置(1)，其中該第一熱輻射路由裝置(25a)與該第一探測光路由裝置(51)分開一距離(S1)，並且其中藉由增加該距離(S1)，該第一偏向角度(θDev1)增加。
  4. 根據請求項1之裝置(1)，其中該第一探測光波長(λPL1)包含在0.9微米至1.6微米之範圍中。
  5. 根據請求項4之裝置(1)，其中該第一頻寬小於或等於100奈米。
  6. 根據請求項1之裝置(1)，其中該第一熱輻射偵測通道(23a)包含具有該第一頻寬之第一熱輻射過濾器(293a)。
  7. 根據請求項1之裝置(1)，其中該第一探測光偵測通道(49)包含第一探測光過濾器(533)，該第一探測光過濾器(533)為具有小於或等於該第一頻寬之第二頻寬的帶通過濾器。
  8. 根據請求項6或7之裝置(1)，其中該第一熱輻射過濾器(293a)或該第一探測光過濾器(533)為干擾過濾器。
  9. 根據請求項1之裝置(1)，其中該第一熱輻射偵測器(31a)及該第一探測光偵測器(55)具有相同的相對光譜靈敏度。
  10. 根據請求項1之裝置(1)，包含：第二照明系統(57)，以第二探測光波長(λPL2)朝該基板(3)之該處理表面(5)的該處置區域(13)發出第二探測光光束(59)；第二光學系統，經組構以：從該第二熱輻射立體角(ΩTR2)以第二熱輻射方向(DTR2)收集由該處置區域(13)之該局部加熱區域所輻射的熱輻射(16)之第二輻射光束(75)；及將該第二輻射光束(75)傳送至第二熱輻射偵測通道(77)，包括：對第二頻寬敏感的第二熱輻射偵測器(83)；及第二熱輻射路由裝置(79)，將於該第二熱輻射方向(DTR2)輻射之熱輻射(16)的該第二輻射光束(75)路由至該第二熱偵測偵測器(83)，該第二熱輻射偵測通道(77)被調適以在該第一瞬間(t1)遞送第二熱輻射訊號(STR2)，代表大約在第二熱輻射波長(λTR2)的該第二頻寬內之該第二輻射光束(75)的第二強度；及從第二探測光立體角(ΩPL2)以第二探測光方向(DPL2)收集由該處置區域(13)所反射的探測光(59)之第二反射光束 (65)；及將該第二反射光束(65)傳送至第二探測光偵測通道(67)，包括：對該第二探測光波長(λPL2)敏感的第二探測光偵測器(73)；及第二探測光路由裝置(69)，將於該第二探測光方向(DPL2)反射之探測光(59)的該第二反射光束(65)路由至該第二探測光偵測器(73)，該第二探測光偵測通道(67)被調適以在該第二瞬間(t2)遞送第二探測光訊號(SPL2)，代表在該第二探測光波長(λPL2)的探測光(59)之該第二反射光束(65)之第二強度；該第二頻寬包含該第二探測光波長(λPL2)且小於預定最大寬度；及該第二熱輻射方向(DTR2)以大於零及低於第二預定臨界值的第二偏向角度(θDev2)而與該第二探測光方向(DPL2)隔開；該處理裝置(35)，經組構以：處理該第二熱輻射訊號(STR2)及該第二探測光訊號(SPL2)；及基於所處理的該第一熱輻射訊號、所處理的該第一探測光訊號、所處理的該第二熱輻射訊號及所處理的該第二探測光訊號，於該第一瞬間(t1)決定該表面溫度(Ts)。
  11. 根據請求項10之裝置(1)，其中該第二光學系統不同於該第一光學系統(19)。
  12. 根據請求項10之裝置(1)，其中該第二光學系統與該第一光學系統(19)相同。
  13. 根據請求項1之裝置(1)，其中該路由裝置(25a,51,67,79)中之各者包含被設置在該第一光學系統(19)及對應的該偵測器(31a,55,73,83)之間的預定長度之光纖段，該第一光學系統(19)被設計以將對應的該等光束(17a,47,65,75)耦接至該等光纖段中。
  14. 根據請求項13之裝置(1)，其中該等光纖段被聚合在一起以形成光纖束(27)。
  15. 一種用於測量具有實質平面的處理表面(5)之基板(3)的表面溫度(Ts)之方法，該處理表面(5)被脈衝光束(9)照明，該脈衝光束(9)被調適以加熱該基板(3)之該處理表面(5)的處置區域(13)，該方法包含下列步驟：以第一探測光波長(λPL1)朝該基板(3)之該處理表面(5)的該處置區域(13)發出第一探測光光束(39)，於第一瞬間(t1)測量第一熱輻射訊號(STR1a)，代表在第一熱輻射波長(λTR1a)的第一頻寬內的熱輻射(16)之第一輻射光束(17)之第一強度，其藉由該處置區域(13)從第一熱輻射立體角(ΩTR1a)以第一熱輻射方向(DTR1a)輻射；於第二瞬間(t2)測量第一探測光訊號(SPL1)，代表在該 第一探測光波長(λPL1)的探測光(39)之第一反射光束(47)之第一強度，其藉由該處置區域(13)從第一探測光立體角(ΩPL1)以第一探測光方向(DPL1)反射，處理該第一熱輻射訊號(STR1a)及該第一探測光訊號(SPL1)；及基於所處理的該第一熱輻射訊號及所處理的該第一探測光訊號，於該第一瞬間(t1)決定該處置區域(13)之該表面溫度(Ts)；該方法之特徵在於：該第一熱輻射波長(λTR1a)被選擇等於該第一探測光波長(λPL1)；該第一熱輻射方向(DTR1a)以大於零及低於第一預定臨界值的第一偏向角度(θDev1)而與該第一探測光方向(DPL1)隔開；及該第一熱輻射偵測通道(23a)及該第一探測光偵測通道(49)被同步使得測量該第一探測光訊號的該步驟與測量該第一熱輻射訊號的該步驟被同時執行。
  16. 根據請求項15之方法，其中該第一預定臨界值為9°。
  17. 根據請求項15之方法，更包含下列步驟：以第二探測光波長(λPL2)朝該基板(3)之該處理表面(5)的該處置區域(13)發出第二探測光光束(59)，於第三瞬間(t3)測量第二熱輻射訊號(STR2)，代表在第 二熱輻射波長(λTR2)的第二頻寬內的熱輻射(16)之第二輻射光束(75)之第二強度，其藉由該處置區域(13)從第二熱輻射立體角(ΩTR2)以第二熱輻射方向(DTR2)輻射；於第四瞬間(t4)測量第二探測光訊號(SPL2)，代表在該第二探測光波長(λPL2)的探測光(39)之第二反射光束(47)之第二強度，其藉由該處置區域(13)從第二探測光立體角(ΩPL2)以第二探測光方向(DPL2)反射，處理該第二熱輻射訊號(STR2)及該第二探測光訊號(SPL2)；及基於所處理的該第一熱輻射訊號、所處理的該第一探測光訊號、所處理的該第二熱輻射訊號及所處理的該第二探測光訊號，於該第一瞬間(t1)決定該處置區域(13)之該表面溫度(Ts)；該方法包含以下特徵：該第二熱輻射波長(λTR2)被選擇等於該第二探測光波長(λPL2)；該第二熱輻射方向(DTR2)以大於零及低於第二預定臨界值的第二偏向角度(θDev2)而與該第二探測光方向(DPL2)隔開；及該第二熱輻射偵測通道(77)及該第二探測光偵測通道(67)被同步使得測量該第二探測光訊號(SPL2)的該步驟及測量該第二熱輻射訊號(STR2)的該步驟被與測量該第一熱輻射訊號(STR1a)的該步驟及測量該第一探測光訊號(SPL1)的該步驟同時執行。
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