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TW201419383A - 基於ＧａＮ材料之溫度控制 - Google Patents

基於ＧａＮ材料之溫度控制 Download PDF

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TW201419383A
TW201419383A TW102122492A TW102122492A TW201419383A TW 201419383 A TW201419383 A TW 201419383A TW 102122492 A TW102122492 A TW 102122492A TW 102122492 A TW102122492 A TW 102122492A TW 201419383 A TW201419383 A TW 201419383A
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pyrometer
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亞利山德Ｉ 古拉利
麥凱利 貝盧森
蓋瑞 達斯
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威科精密儀器公司
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Abstract

一種用於晶圓處理反應器(諸如化學氣相沈積反應器)之原位溫度量測方法，其合意地包括以下步驟：加熱反應器直至反應器達到晶圓處理溫度及使反應器內之晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉。該方法合意地進一步包括在晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉時使用第一操作高溫計獲得第一操作溫度量測值，該第一操作高溫計接收來自晶圓支撐元件之第一部分的輻射；及使用晶圓溫度量測器件獲得第一晶圓溫度量測值，該晶圓溫度量測器件接收來自至少一個晶圓之輻射且位於第一位置。

Description

基於GaN材料之溫度控制 【相關申請案之交叉引用】
本申請案主張2012年6月26日申請之美國臨時專利申請案第61/664,374號之優先權，其揭示內容藉此以引用的方式併入本文中。
本發明係關於晶圓加工裝置、用於該加工裝置之溫度量測及控制系統以及原位溫度量測及控制方法。
許多半導體器件藉由在基材上進行之製程而形成。基材典型地為結晶材料厚板，通常稱為「晶圓」。典型地，晶圓藉由生長大型晶體且將晶體切割為圓盤狀而形成。在該晶圓上進行的一種常用製程為磊晶成長。
舉例而言，由化合物半導體(諸如III-V半導體)形成之器件典型地藉由使用金屬有機化學氣相沈積或「MOCVD」生長連續的化合物半導體層而形成。在此過程中，晶圓暴露於氣體組合，該氣體組合典型地包括作為第III族金屬之來源的金屬有機化合物且亦包括第V族元素之來源，該氣體組合在晶圓保持在高溫下時流過晶圓表面。典型地，金屬有機化合物及第V族來源與載氣(例如氮氣)組合，該載氣不顯著參與反應。III-V半導體之一個實例為氮化鎵，其可藉由在具有合適晶格間距之基材(例如藍寶石晶圓)上有機鎵化合物與氨的反應形成。典型地，在氮化鎵及相關化合物之沈積期間晶圓保持在約500℃至1100℃之溫度下。
可藉由在稍微不同的反應條件下在晶圓表面上連續沈積多 個層來製造複合器件，例如添加其他第III族或第V族元素以改變半導體之晶體結構及帶隙。舉例而言，在基於氮化鎵之半導體中，銦、鋁或其兩者可以不同比例使用以改變半導體之帶隙。再者，可添加p型或n型摻雜劑以控制每一層之傳導性。在所有半導體層形成後且典型地，在施加合適電接觸後，將晶圓切割為個別器件。藉此可製造諸如發光二極體(「light-emitting diode；LED」)、雷射器之器件以及其他電子及光電子器件。
在典型化學氣相沈積製程中，多個晶圓經固持在通常稱為晶圓載體之組件上，使得各晶圓之頂面在晶圓載體之頂面暴露。接著將晶圓載體置放於反應室中且保持在所需溫度下同時氣體混合物流過晶圓載體表面。重要的是在該製程期間在載體上之多個晶圓之頂面上的所有點保持一致條件。反應性氣體之組成及晶圓表面溫度之微小變化將引起所得半導體器件之性質的不希望有的變化。
舉例而言，若沈積氮化鎵銦層，則晶圓表面溫度或反應性氣體濃度之變化將引起所沈積層的組成及帶隙之變化。因為銦具有相對高的蒸氣壓，因此所沈積層將在表面溫度較高的晶圓區域中具有較低比例的銦及較大帶隙。若所沈積層為LED結構之活性發光層，則由晶圓形成之LED之發射波長亦將變化。因此，此項技術中迄今已對保持一致條件作出巨大努力。
業內廣泛認可的一種類型之CVD裝置使用呈大型圓盤形式之晶圓載體，其具有多個晶圓固持區，各晶圓固持區經調適以固持一個晶圓。晶圓載體經支撐於反應室內之轉軸上使得具有晶圓之暴露表面的晶圓載體之頂面向上面對氣體分配元件。當轉軸旋轉時，氣體經向下引導至晶圓載體之頂面上且越過頂面流向晶圓載體周邊。使用過的氣體經由排氣口自反應室排出，該等排氣口安置於晶圓載體下方且分佈於轉軸的軸的周圍，典型地靠近反應室周邊。
由安置於晶圓載體之底面下方的加熱元件(典型地，電阻加熱元件)將晶圓載體保持在所需高溫下。該等加熱元件保持在高於所需晶圓表面溫度之溫度下，而氣體分配元件典型地保持在顯著低於所需反應溫度之溫度下以防止氣體過早反應。因此，熱量自加熱元件轉移至晶圓載體之底面且向上流經晶圓載體到達個別晶圓。
在習知晶圓處理製程(諸如化學氣相沈積製程或另一使用轉盤式反應器以達成另一目的(諸如蝕刻)的操作)中，可藉由一或多個非接觸式高溫計量測反應室中之製程溫度，該一或多個非接觸式高溫計經調適以量測加工期間晶圓載體及/或晶圓之溫度。該等溫度量測值可用作輸入值以幫助確定晶圓加工期間對加熱元件之控制。
重要的是能夠測定在晶圓處理循環期間CVD反應器中晶圓之溫度。高溫計在不同CVD反應器間的高度可重複性使得能夠在多個反應器間使用單一CVD製程配方，從而大大縮短了停產時間，停產是在需要大範圍調諧個別反應器以在反應器間產生一致晶圓特徵時進行。由於CVD反應器中製造之器件之特徵對CVD製程中所用溫度的高敏感性，CVD反應器高溫計可重複性之關鍵組成部分為多個反應器間的溫度匹配。舉例而言，當反應器中製造之器件為包括多量子井(「multiple quantum well；MQW」)之雷射器或LED時，由MQW發射之波長對CVD製程中所用之溫度高度敏感。因此，必要的是多個反應器間的高溫計使該等反應器中之晶圓具有相同晶圓製程溫度。
然而，典型地在反應器或設備中之多個高溫計間且甚至在單一反應器中之多個晶圓間發現所量測溫度有變化。由於該等黑體爐之校準不同以及黑體爐隨時間之不穩定性及漂移，因此即使在校準後，高溫計仍可能具有+/-3℃之偏差，使得晶圓載體及製程中晶圓的實際溫度變得不確定。高溫計量測溫度變化之其他來源可包括高溫計在反應器上之安裝不同 (其會影響高溫計溫度讀數)及高溫計溫度讀數輸出隨時間之漂移。該等量測溫度變化使得難以在多個MOCVD反應器上或甚至在同一反應器中之不同製程操作之間使用通用溫度控制配方，且所產生的不確定性可能需要個別反應器系統調諧以使多個反應器具有相同溫度控制行為。
儘管此項技術中迄今已對該等系統之最佳化作出巨大努力，但仍需要進一步改良。詳言之，將需要提供可更精確地控制反應器中晶圓之溫度的溫度量測系統。
提供用於晶圓處理反應器之原位溫度量測方法及用於晶圓處理反應器之原位溫度量測系統。本發明之一個態樣提供用於晶圓處理反應器(諸如化學氣相沈積反應器)之原位溫度量測方法。該方法合意地包括以下步驟：加熱反應器直至反應器達到晶圓處理溫度及使反應器內的晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉。該方法合意地進一步包括在晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉時使用第一操作高溫計獲得第一操作溫度量測值，該第一操作高溫計接收來自晶圓支撐元件之第一部分的輻射；及使用晶圓溫度量測器件獲得第一晶圓溫度量測值，該晶圓溫度量測器件接收來自至少一個晶圓之輻射且位於第一位置。
在一特定具體實例中，晶圓支撐元件之第一部分可經定位於與轉動軸相距第一徑向距離處。當晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉時，由晶圓溫度量測器件自至少一個晶圓接收之輻射可自與轉動軸相距第一徑向距離的位置接收。在一個實施例中，晶圓溫度量測器件可為短波長高溫計。在一例示性具體實例中，晶圓溫度量測器件可為以下各者中之一者：基於吸收位移之器件(absorption shift based device)或白光光譜反射計。
在一個實施例中，第一操作高溫計可對第一波長帶中之輻射敏感，晶圓溫度量測器件可對第二波長帶中之輻射敏感，且至少一個晶圓 可對第一波長帶中之輻射為半透明或透明的且對第二波長帶中之輻射為不透明的。在一特定實施例中，第一波長帶可屬於紅外光譜且第二波長帶可屬於紫外光譜。在一特定具體實例中，至少一個晶圓可基本上由藍寶石組成。在一例示性具體實例中，該至少一個晶圓可為複數個晶圓。
在一特定實施例中，獲得第一操作溫度量測值及獲得第一晶圓溫度量測值之步驟可同時進行。在一個具體實例中，獲得第一操作溫度量測值及獲得第一晶圓溫度量測值之步驟可在用於處理晶圓之反應器操作期間進行。在一例示性具體實例中，用於處理晶圓之反應器操作可包括化學氣相沈積。在一特定具體實例中，加熱步驟可藉由用於晶圓支撐元件之多區域加熱系統進行，加熱系統之第一區域之一部分經定位於與轉動軸相距第一徑向距離處。該方法亦可包括改變第一區域之溫度的步驟。
在一個實施例中，該方法亦可包括以下步驟：將晶圓溫度量測器件移至第二位置，及當晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉時，使用第二操作高溫計獲得第二操作溫度量測值，該第二操作高溫計接收來自晶圓支撐元件之第二部分之輻射。該方法亦可包括以下步驟：當晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉時，使用晶圓溫度量測器件獲得第二晶圓溫度量測值，該第二晶圓溫度量測值至少部分地基於自至少一個晶圓接收之輻射。
在一特定具體實例中，晶圓支撐元件之第二部分可經定位於與轉動軸相距第二徑向距離處。當晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉時，由晶圓溫度量測器件自至少一個晶圓接收之輻射可自與轉動軸相距第二徑向距離之位置接收。在一個實施例中，加熱系統之第二區域之一部分經定位於與轉動軸相距第二徑向距離處。該方法亦可包括改變第二區域之溫度的步驟。
在一例示性具體實例中，晶圓溫度量測器件可嚙合於徑向延伸光學視埠中，且可進行移動步驟使得晶圓溫度量測器件沿徑向延伸校準 光學視埠自第一位置移動至第二位置。在一個具體實例中，可進行移動步驟使得晶圓溫度量測器件沿線形滑軌移動。在一特定實施例中，第一晶圓溫度量測值可至少部分地基於自該至少一個晶圓中之第一晶圓接收的輻射，且第二晶圓溫度量測值可至少部分地基於自該至少一個晶圓中之第二晶圓接收的輻射。
在一個具體實例中，晶圓處理溫度可為第一晶圓處理溫度。該方法亦可包括以下步驟：加熱反應器直至反應器達到第二晶圓處理溫度，及當晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉時，使用第一操作高溫計自晶圓支撐元件之第一部分獲得第二操作溫度量測值。該方法亦可包括以下步驟：當晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉時，使用晶圓溫度量測器件自該至少一個晶圓獲得第二晶圓溫度量測值。
本發明之另一態樣提供用於晶圓處理反應器(諸如化學氣相沈積反應器)之原位溫度量測方法。該方法合意地包括以下步驟：加熱反應器直至反應器達到晶圓處理溫度，使反應器內載有至少一個晶圓之晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉，及沈積覆蓋該至少一個晶圓之頂面的材料，該材料形成具有頂面之層。
該方法合意地進一步包括在晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉時使用對第一波長帶中之輻射敏感的第一操作高溫計獲得第一操作溫度量測值，該第一操作高溫計接收來自至少一個晶圓之頂面的輻射，該至少一個晶圓對第一波長帶中之輻射為不透明的，該覆蓋該至少一個晶圓之頂面的層對第一波長帶中之輻射為半透明或透明的。
該方法合意地進一步包括當晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉時，使用對第二波長帶中之輻射敏感的晶圓溫度量測器件獲得第一晶圓溫度量測值，該晶圓溫度量測器件接收來自覆蓋該至少一個晶圓之頂面的層之頂面的輻射，該至少一個晶圓對第二波長帶中之輻射為不透明的，該覆 蓋該至少一個晶圓之頂面的層對第二波長帶中之輻射為不透明的，晶圓溫度量測器件位於第一位置。
本發明之另一態樣提供用於晶圓處理反應器(諸如化學氣相沈積反應器)之原位晶圓溫度量測器件校準方法。該方法合意地包括以下步驟：將校準高溫計安置於校準位置使得校準高溫計經調適以接收來自第一晶圓支撐元件之一部分的輻射，該第一晶圓支撐元件之一部分與第一晶圓支撐元件之轉動軸相距第一徑向距離；加熱反應器直至反應器達到高溫計校準溫度；及使第一晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉。
該方法合意地進一步包括當第一晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉時，自操作高溫計獲得第一操作溫度量測值，該操作高溫計安裝於操作位置使得該操作高溫計經調適以接收來自第一晶圓支撐元件之一部分的輻射，該第一晶圓支撐元件之一部分與第一晶圓支撐元件之轉動軸相距第一徑向距離。該方法合意地進一步包括當支撐元件圍繞轉動軸旋轉時，自校準高溫計獲得第一校準溫度量測值。
該方法合意地進一步包括自校準位置移除校準高溫計；用上面載有至少一個晶圓之第二晶圓支撐元件置換第一晶圓支撐元件，該至少一個晶圓對操作高溫計及晶圓溫度量測器件為不透明的；將晶圓溫度量測器件安置於校準位置使得該晶圓溫度量測器件經調適以接收來自該至少一個晶圓之輻射，該至少一個晶圓與第二晶圓支撐元件之轉動軸相距第一徑向距離；及使第二晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉。
該方法合意地進一步包括當第二支撐元件圍繞轉動軸旋轉時，自晶圓溫度量測器件獲得第二操作溫度量測值，該等第二操作溫度量測值包括該至少一個晶圓之頂面之溫度。該方法合意地進一步包括當第二晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉時，自第一操作高溫計獲得第二校準溫度量測值，該等第二校準溫度量測值包括該至少一個晶圓之頂面之溫度。
本發明之另一態樣提供用於晶圓處理反應器(諸如化學氣相沈積反應器)之原位溫度量測系統。該系統較佳包括具有轉動軸之晶圓支撐元件、用於晶圓支撐元件之加熱元件、經調適以接收來自晶圓支撐元件之第一部分(與轉動軸相距第一徑向距離)之輻射的第一操作高溫計及位於第一位置的晶圓溫度量測器件。位於第一位置的晶圓溫度量測器件可經調適以接收來自安置於晶圓支撐元件上與轉動軸相距第一徑向距離處之至少一個晶圓的輻射。
在一特定具體實例中，晶圓溫度量測器件可為短波長高溫計。在一個實施例中，晶圓溫度量測器件可為基於吸收位移之器件。在一例示性具體實例中，第一操作高溫計對第一波長帶中之輻射敏感，晶圓溫度量測器件對第二波長帶中之輻射敏感，且至少一個晶圓可對第一波長帶中之輻射為半透明或透明的且對第二波長帶中之輻射為不透明的。
在一個具體實例中，第一波長帶可屬於紅外光譜且第二波長帶可屬於紫外光譜。在一特定實施例中，第一操作高溫計及晶圓溫度量測器件可經調適以同時獲得與晶圓支撐元件之轉動軸相距第一徑向距離處之溫度量測值。在一例示性具體實例中，加熱元件可為用於晶圓支撐元件之多區域加熱系統，且加熱系統之第一區域之一部分可經定位於與轉動軸相距第一徑向距離處。
在一特定實施例中，該系統亦可包括第二操作高溫計，其經調適以接收來自晶圓支撐元件之第二部分之輻射，該晶圓支撐元件之第二部分與轉動軸相距第二徑向距離。溫度量測器件可經調適以位於第二位置，且第二位置中之晶圓溫度量測器件可經調適以接收來自該至少一個晶圓之輻射，該至少一個晶圓與轉動軸相距第二徑向距離。在一個具體實例中，晶圓溫度量測器件可嚙合於徑向延伸光學視埠中，且該晶圓溫度量測器件可經調適以在徑向延伸光學視埠中之第一位置與第二位置之間滑動。 在一例示性具體實例中，該系統亦可包括線形滑軌。晶圓溫度量測器件可經調適以在第一位置與第二位置之間沿線形滑軌滑動。
【細節描述】
參見圖1，根據本發明之一個具體實例之化學氣相沈積裝置10包括反應室12，其具有配置於反應室12之一端的氣體入口歧管14。反應室12中具有氣體入口歧管14之一端在本文中稱為反應室12之「頂」端。反應室之此末端在正常重力參考系中典型地(但非必需)安置於反應室之頂部。因此，本文中所用之向下方向指遠離氣體入口歧管14之方向；而向上方向指反應室內朝向氣體入口歧管14之方向，無論該等方向是否與重力向上及向下方向對準。類似地，本文中參考反應室12及歧管14之參考系描述元件之「頂」及「底」面。
反應室12具有圓筒壁20，其在反應室頂端之頂凸緣22與反應室底端之底板24之間延伸。壁20、凸緣22及底板24界定其間之氣密式密封之內部區域26，該氣密式密封之內部區域26可含有自氣體入口歧管14發出之氣體。儘管反應室12展示為圓筒形，但其他具體實例可包括具有另一種形狀之反應室，包括例如錐形或其他圍繞中心軸32之旋轉表面、正 方形、六邊形、八邊形或任何其他合適形狀。
氣體入口歧管14連接至用於供應將用於晶圓處理製程中之製程氣體(諸如載氣及反應性氣體，諸如有機金屬化合物及第V族金屬源)的氣體源。在典型化學氣相沈積製程中，載氣可為氮氣、氫氣或氮氣與氫氣之混合物，且因此晶圓載體頂面的製程氣體可主要由氮氣及/或氫氣以及一定量的反應性氣體組分構成。氣體入口歧管14經配置以接收各種氣體且通常沿向下方向引導製程氣體流。
氣體入口歧管14亦可連接至冷卻劑系統(未圖示)，該冷卻劑系統經配置以使液體循環通過氣體分配元件以便在操作期間將元件溫度保持在所需溫度下。可提供類似冷卻劑配置(未圖示)以用於冷卻反應室12之壁。
反應室12亦可設置有通向前室(未圖示)之入口(未圖示)，及用於關閉及開放入口之可移動擋板(未圖示)。擋板可如例如美國專利第7,276,124號中所揭示來組態，該專利之揭示內容以引用的方式併入本文中。
轉軸30配置於反應室內使得轉軸30之中心軸32沿向上及向下方向延伸。轉軸由習知旋轉穿透式器件34安裝至反應室，旋轉穿透式器件34合併有軸承及密封件(未圖示)使得轉軸可圍繞中心軸32旋轉，同時保持轉軸30與反應室12之底板24之間的密封。轉軸30在其頂端(亦即轉軸最靠近氣體入口歧管14之一端)具有配件36。
轉軸30連接至旋轉驅動機構38，諸如電動馬達驅動器，其經配置以使轉軸圍繞中心軸32旋轉。轉軸30亦可設置有內部冷卻劑通道，其通常沿轉軸之軸向在氣體通道內延伸。內部冷卻劑通道可連接至冷卻劑源，使得流體冷卻劑可藉由冷卻劑源循環通過冷卻劑通道且返回冷卻劑源。
晶圓載體或晶圓支撐元件40實質上呈具有頂面41及中心軸42之圓盤形式。在圖1所展示之操作位置中，支撐元件40之中心軸42與 轉軸之軸32重合。支撐元件40可形成為單個零件或複數個零件之複合物。舉例而言，如美國專利申請公開案第2009/0155028號(其揭示內容以引用的方式併入本文中)中所揭示，支撐元件40可包括界定圍繞中心軸42之支撐元件之較小區域之中心部分及界定圓盤狀體之其餘部分之較大部分。在其他具體實例(未圖示)中，支撐元件40可具有其他形狀，包括例如正方形、六邊形或八邊形。
支撐元件40可由不污染CVD製程且能經受住製程中所遇之溫度的材料形成。舉例而言，支撐元件40之較大部分可主要或完全由諸如石墨、碳化矽、氮化硼、氮化鋁或其他耐火材料之材料形成。支撐元件40具有大體上平坦之上表面及下表面，其大體上彼此平行延伸且大體上與支撐元件之垂直轉動軸42正交。在一個實施例中，支撐元件40之直徑可為約300mm至約700mm。
支撐元件40可包括圍繞支撐元件圓周配置之平台或凹槽44，每一該種平台或凹槽經組態以可移除方式接收圓盤狀晶圓46及在MOCVD製程(諸如下文描述之MOCVD製程)期間固持該晶圓。各晶圓46可由藍寶石、碳化矽、矽、氮化鎵或其他結晶基材形成。典型地，各晶圓46之厚度與其主要表面之尺寸相比較小。舉例而言，直徑為約2吋(50mm)之圓形晶圓之厚度可為約430μm或小於430μm。各晶圓46可安置於支撐元件40上或與支撐元件40相鄰安置，其中各晶圓46之頂面朝上，使得晶圓之頂面在支撐元件之頂面41處暴露。
一些晶圓46(諸如由藍寶石基材製成的晶圓，其在CVD製程期間上面沈積有GaN層)可對可見光及紅外光為透明的，但其可對紫外光為不透明的。在一特定實施例中，藍寶石晶圓可對在典型CVD製程溫度下大於450nm之光波長(包括大部分可見光譜)為透明的，但其可對等於或小於450nm之光波長(包括紫外光譜)為不透明的。沈積在晶圓上之一 或多個氮化鎵層可對大於410nm之光波長(包括大部分可見光譜)為透明的，但其可對等於或小於410nm之光波長(包括紫外光譜)為不透明的。其他晶圓46(諸如由矽製成之晶圓)可對大於1100nm之光波長(包括部分紅外光譜)為透明的，但其可對等於或小於1100nm之光波長(包括紫外及可見光譜以及部分紅外光譜)為不透明的。
加熱元件50安裝於反應室12內且圍繞配件36下方之轉軸30。加熱元件50可將熱量傳遞(主要藉由輻射熱傳遞)至支撐元件40之底面。施加至支撐元件40之底面的熱量可向上流經支撐元件主體到達其頂面41。熱量可向上傳遞至由支撐元件40固持之各晶圓44之底面，且向上流經晶圓且到達其頂面。熱量可自晶圓頂面散發至製程室12中較冷的元件，例如散發至製程室之壁20及氣體入口歧管14。熱量亦可自晶圓頂面傳遞至通過該等表面之製程氣體。
在一特定具體實例中，加熱元件50可為多區域加熱元件，藉此可以不同方式加熱支撐元件40之不同部分。在該種多區域具體實例之一個實施例中，第一環形部分51可位於與轉軸30之中心軸32相距徑向距離D1之位置，第二環形部分53可位於與中心軸相距第二徑向距離D2之位置，且第三環形部分55可位於與中心軸相距第三徑向距離D3之位置。儘管圖式中展示三區域型加熱元件50，但在其他具體實例中，可使用具有其他數目(諸如一個、兩個、四個、五個、六個、八個或十個)區域之加熱元件。
在一例示性具體實例中，可在加熱元件50下方設置遮熱板(例如與支撐元件40平行安置)以幫助將熱量自加熱元件向上引導向支撐元件而不向下引導向位於反應室12底端之底板24。
反應室12亦配備有排氣系統52，其經配置以自反應室之內部區域26移除廢氣。排氣系統52可包括位於反應室12底部或底部附近的 排氣歧管(未圖示)。排氣歧管可連接至泵56或其他可經組態以將廢氣攜載出反應室12之真空源。
複數個光學視埠60L及60R(統稱為光學視埠60)可位於反應室12之頂凸緣22處。各視埠60可經調適以接收用於量測溫度之溫度量測器件(例如高溫計70或溫度量測器件80)或另一非接觸式量測器件，諸如用於量測晶圓46頂面之曲率的撓度計，用於量測沈積於晶圓頂面上之層之生長速率的反射計、橢偏儀或可量測跨越支撐元件40之整個半徑之溫度的掃描器件。各視埠60可經定位於與轉軸30之中心軸32相距任何徑向距離處，且各視埠可經定位於圍繞反應室12之頂凸緣22之任何角度位置。
在圖1所展示之例示性具體實例中，圖1之左側存在七個視埠60L，包括視埠1L至7L，各視埠60L經定位於與中心軸32相距不同徑向距離處，且圖1之右側存在七個視埠60R，包括視埠1R至7R，各視埠60R經定位於與中心軸32相距不同徑向距離處。各左側視埠1L至7L所定位之處與中心軸32相距之徑向距離與相應右側檢視區1R至7R相同。儘管圖1展示七個視埠60L及60R，但在其他具體實例中，可存在任意數目之視埠60L及60R。舉例而言，在一特定具體實例中，可存在一個視埠60L及一個視埠60R。在另一實施例中，在圖2所展示之較佳具體實例中，可存在一或多個徑向延伸視埠60L'，如下文所描述。
可將複數個操作高溫計70安裝至複數個視埠60中之相應視埠中。各操作高溫計70可經調適以藉由接收來自支撐元件40之一部分及/或晶圓46之頂面之輻射來量測該支撐元件之一部分及/或支撐元件上該等晶圓之頂面各部分之溫度，該等晶圓與轉動軸相距特定徑向距離(例如徑向距離D1、D3或D5)。該等溫度量測值可用作控制系統(例如控制系統90)之輸入值以幫助確定晶圓加工期間對加熱元件50之控制。
在一個實施例中，各操作高溫計70可對特定波長帶(例如 小於或等於950nm之光波長(包括部分紅外光譜))中之輻射敏感。因此，在晶圓46對可由操作高溫計70偵測之光頻率為透明的CVD製程操作中(例如當加工藍寶石晶圓時)，操作高溫計70可用於量測晶圓支撐元件40之頂面41之溫度，且晶圓支撐元件之溫度可用於溫度控制反饋迴路中作為晶圓46之頂面溫度之代用物。或者，在晶圓46對可由操作高溫計70偵測之光頻率為不透明的CVD製程操作中(例如當加工矽晶圓時)，操作高溫計70可用於量測晶圓頂面之溫度，因此晶圓頂面之溫度可用於溫度控制反饋迴路中。
在所展示之例示性具體實例中，三個操作高溫計70安裝於視埠60R中之三個相應視埠中。舉例而言，操作高溫計70包括安裝於各別視埠1R、3R及5R中之操作高溫計71、73及75。在其他具體實例中，可存在任意數目之操作高溫計70，且各操作高溫計可安裝於任一個視埠60中。
如所示，各操作高溫計70經定向使得其可量測支撐元件40及/或晶圓46(與支撐元件之垂直轉動軸42相距相應徑向距離)之頂面的溫度。舉例而言，各高溫計71、73及75可量測支撐元件40及/或晶圓46(與垂直轉動軸42相距相應徑向距離D1、D3及D5)之頂面的溫度。
在一特定實施例中，當轉軸30旋轉時，由各操作高溫計70量測之溫度可為在支撐元件之至少一次完全旋轉期間所量測之支撐元件40在特定徑向距離處之整個環形部分之溫度的平均值，或該等溫度可為在支撐元件之至少一次完全旋轉期間所量測之支撐元件之頂面41上在特定徑向距離處之特定位置(例如相鄰凹槽44之間的位置)之溫度的平均值。
在由各操作高溫計70量測之溫度為所量測之特定徑向距離處之一個以上位置之溫度的平均值的實施例中，控制系統90可分析各操作高溫計之溫度讀數且可將溫度資料分為：(i)自支撐元件40之頂面41之各部分接收的溫度資訊及(ii)自晶圓46之頂面接收之溫度資訊。
對於既定操作高溫計70，若需要測定支撐元件40之頂面41與中心軸32相距特定徑向距離處之平均溫度(例如當處理藍寶石晶圓46時)，則可計算僅自支撐元件之頂面接收之溫度資訊之平均值。或者，若需要測定與中心軸32相距特定徑向距離之晶圓46之頂面的平均溫度(例如當處理矽晶圓46時)，則可計算僅自晶圓之頂面接收之溫度資訊的平均值。
在一個實施例中，在使用各操作高溫計幫助控制多區域加熱元件50之相應部分的具體實例中，各操作高溫計70可用於控制支撐元件40在與中心軸42相距特定相應徑向距離處之環形部分的溫度。
舉例而言，當加熱元件50為多區域加熱元件時，各操作高溫計70可控制加熱元件50之一部分的加熱，該部分可位於支撐元件40之相應區域或部分的下方。舉例而言，第一操作高溫計71可控制加熱元件50之位於與中心軸42相距第一徑向距離D1之位置的第一環形部分51之加熱，第二操作高溫計73可控制加熱元件之位於與中心軸相距第二徑向距離D2之位置的第二環形部分53之加熱，且第三操作高溫計75可控制加熱元件50之位於與中心軸相距第三徑向距離D5之第三環形部分55之加熱。
在圖1所展示之具體實例中，晶圓溫度量測器件80(例如短波長高溫計或基於吸收位移之器件)可以可移除方式或永久性方式安裝於一或多個視埠60中。在一個具體實例中，晶圓溫度量測器件80可對特定波長帶(例如小於或等於400nm之光波長(包括紫外光譜))中之輻射敏感。
在一特定具體實例中，第一操作高溫計71、73或75可對第一波長帶中之輻射敏感，晶圓溫度量測器件80可對第二波長帶中之輻射敏感，且由晶圓支撐元件40支撐之晶圓46可對第一波長帶中之輻射為半透明或透明的且對第二波長帶中之輻射為不透明的。在一例示性具體實例中，第一波長帶可屬於紅外光譜且第二波長帶可屬於紫外光譜。
晶圓溫度量測器件80可為可直接量測對操作高溫計70為透 明的晶圓46(例如藍寶石晶圓)之溫度或可直接量測對操作高溫計為透明的材料層(例如GaN層)之溫度的任何類型之溫度量測器件，該材料層沈積於對操作高溫計為不透明的晶圓(例如矽晶圓)之頂面上。
舉例而言，在晶圓46基本上由藍寶石(其在典型製程溫度(例如700℃-900℃)下可對大於450nm之光波長為透明的，但可對等於或小於450nm之光波長為不透明的)組成之實施例中，可使用對波長小於或等於400nm之光敏感的短波長高溫計。在另一實施例中，可使用對波長小於或等於400nm之光敏感的基於吸收位移之器件。該種基於吸收位移之器件可接收晶圓46反射之未被晶圓吸收之輻射，且可由反射回基於吸收位移之器件之最長光波長確定晶圓之溫度。
在晶圓46基本上由矽組成之另一實施例中，可在沈積製程循環期間在晶圓頂面上沈積GaN層。該GaN層可對大於410nm之光波長為透明的，但可對等於或小於410nm之光波長為不透明的，因此可使用對波長小於或等於400nm之光敏感的短波長高溫計量測GaN層之溫度而非晶圓46之頂面之溫度。在另一實施例中，可使用對波長小於或等於400nm之光敏感的基於吸收位移之器件。該種基於吸收位移之器件可接收GaN層反射之未被晶圓吸收之輻射，且可由反射回基於吸收位移之器件之最長光波長確定GaN層之溫度。
在一特定實施例中，可使用由k-Space Associates公司提供之BandiT基於吸收位移之器件作為晶圓溫度量測器件80。在另一實施例中，可使用白光光譜反射計感測器件(其可記錄例如約250nm至1000nm之光波長範圍內晶圓46之頂面及晶圓支撐元件40之反射率)作為晶圓溫度量測器件80。
在一個具體實例中，該白光光譜反射計感測器可將來自所接收之輻射之資訊劃分為各波長帶。舉例而言，來自白光光譜反射計器件之 資訊可劃分為250nm與1000nm之間的10nm波長帶，且由該等波長帶提供之資訊可用於除偵測晶圓46之頂面及晶圓支撐元件40之頂面41之溫度以外的各種製程控制目的。
本發明之裝置10可改良在CVD製程操作期間對晶圓46之溫度控制的精確度，例如藉由使用晶圓溫度量測器件80更精確地提供對操作高溫計70不透明的表面(例如支撐元件40之頂面41或不透明晶圓46(諸如矽晶圓)之頂面)之溫度與對操作高溫計透明的晶圓之頂面(例如透明晶圓46(諸如藍寶石晶圓)之頂面或沈積於不透明晶圓(諸如矽晶圓)上之透明GaN層之頂面)之溫度之間的偏差。若可更精確地控制對操作高溫計透明的晶圓46之頂面的溫度，則可在較小的容差下將晶圓加工成所需晶圓層沈積結構。
在加工晶圓時，例如在習知CVD製程中，若可藉由晶圓溫度量測器件80之操作更精確地知曉由操作高溫計記錄之晶圓支撐元件40之頂面41或不透明晶圓46(例如矽晶圓)之頂面的溫度與晶圓溫度之間的偏差，則在製程操作期間可使用由製程高溫計輸出之溫度值更精確地估計晶圓之溫度。各加熱元件區域中之此晶圓溫度估計值可用作輸入值以控制加熱區從而獲得更精確的所需晶圓溫度。
在裝置10中，可藉由使用晶圓溫度量測器件80獲取CVD製程期間晶圓之透明頂面之溫度量測值來更精確地測定晶圓46之透明頂面之溫度與由操作高溫計70記錄之不透明支撐元件40或不透明晶圓之頂面之溫度之間的偏差，該晶圓溫度量測器件80經調適以直接量測晶圓之透明頂面的溫度，而非藉由使用操作高溫計量測支撐元件之頂面或晶圓46(例如矽晶圓)之不透明頂面的溫度來間接量測晶圓溫度。在該種裝置10中，與習知裝置相比可更精確地控制晶圓之製程溫度。
在習知CVD裝置中，可能不能高度精確地知曉CVD製程期 間晶圓46之透明頂面之溫度與由操作高溫計70記錄之不透明支撐元件40或矽晶圓之不透明表面之溫度之間的偏差。若干種因素可能使得難以知曉此溫度偏差。
在加工藍寶石晶圓的一個實施例中，可使用對介於約912nm與925nm之間的光波長敏感的操作高溫計70。該種藍寶石晶圓可能對例如波長大於450nm之光為透明的，因此操作高溫計無法直接記錄晶圓46之頂面的溫度。事實上，操作高溫計70可記錄支撐元件40(對操作高溫計為不透明的)之頂面41的溫度，且支撐元件在與晶圓46位於相同徑向距離處的該等溫度記錄可用作晶圓之頂面實際溫度的代用物，但需要進行偏差調節，因為支撐元件之頂面的溫度並不與晶圓頂面之溫度完全相同。
在一特定具體實例中，該偏差可為約3℉。習知CVD裝置之控制系統90可包括由操作高溫計70記錄之溫度與透明晶圓46之頂面之實際溫度之間的該固定偏差估計值。然而，此固定偏差估計值可能不精確，因為在製程操作期間，對操作高溫計70透明之材料(諸如GaN)可沈積於晶圓支撐元件40之頂面41上，由此在製程操作期間隨著沈積之GaN層變厚會逐漸改變晶圓支撐元件之頂面的反射率及發射率。晶圓支撐元件之頂面的該等反射率及發射率變化會使固定偏移估計值不表示由操作高溫計70記錄之支撐元件之溫度與透明晶圓46之頂面之實際溫度之間的實際偏差。
然而，在裝置10中，對約395nm與425nm之間的光波長敏感的晶圓溫度量測器件80可直接記錄透明晶圓46(例如藍寶石晶圓)之頂面的溫度，因為由晶圓頂面反射之例如波長小於450nm之光將能夠為晶圓溫度量測器件所辨識。藉助於該裝置10，在製程操作中當溫度穩定時間足夠長(例如1分鐘)以使得晶圓溫度量測器件80能精確地偵測晶圓之頂面的溫度時，可更精確地知曉由操作高溫計70記錄之支撐元件40之溫度與晶圓46之頂面的溫度之間的偏差。
在圖3所說明之加工矽或其他不透明晶圓之另一實施例中，可使用對介於約912nm與925nm之間的光波長敏感的操作高溫計70。該種矽晶圓可能對例如波長小於1100nm之光為不透明的，因此操作高溫計可直接記錄晶圓46之頂面47的溫度。然而，在製程操作期間，對操作高溫計70透明之材料(諸如GaN)可沈積於晶圓46之頂面47上，藉此產生GaN層49之透明頂面48。
操作高溫計70可記錄晶圓46(對操作高溫計為不透明的)之頂面47之溫度而非直接記錄所沈積之GaN層49之透明頂面48，且頂面47之該等溫度記錄可用作沈積在晶圓上之GaN層49之頂面48之實際溫度的代用物，但需要進行固定偏差調節，因為晶圓46之頂面47之溫度並不與沈積在晶圓上之GaN層49之頂面48的溫度完全相同。
隨著沈積製程繼續進行及GaN層49變厚，此沈積可逐漸改變製程操作期間由操作高溫計70記錄之晶圓46之頂面47的反射率及發射率。晶圓46之頂面47的該等反射率及發射率變化會使固定偏移估計值不表示由操作高溫計70記錄之晶圓46之頂面47之溫度與沈積在晶圓上之GaN層49之頂面48之實際溫度之間的實際偏差。
然而，在裝置10中，對介於約395nm與425nm之間的光波長敏感的晶圓溫度量測器件80可直接記錄沈積在晶圓上之GaN層49之頂面48的溫度，因為由GaN層49之頂面48反射之波長小於410nm之光將能夠為晶圓溫度量測器件所辨識。藉助於該裝置10，在製程操作中當溫度穩定時間足夠長(例如1分鐘)以使得溫度量測器件80能精確地偵測GaN層之頂面的溫度時，可更精確地知曉由操作高溫計70記錄之晶圓46之頂面47的溫度與GaN層49之頂面48的溫度之間的偏差。
其他因素亦可能影響由操作高溫計70記錄之溫度與所需表面(諸如藍寶石晶圓之頂面或覆蓋例如矽晶圓之GaN層之頂面)之溫度之 間的偏移估計值的精確度。一或多個操作高溫計70可在操作高溫計量測支撐元件40之一部分或不透明晶圓46之頂面的溫度的精確度之容差的一端或另一端下操作，因此所記錄之溫度可能不等於操作高溫計70試圖記錄之表面之實際溫度。又，特定裝置10各組件相對於彼此之位置的容差疊加可能引起轉軸30、支撐元件40、圓筒壁20及氣體入口歧管14之位置變化，因此該等變化可影響晶圓46與支撐元件40之間的溫度關係。此外，即使在單一CVD反應器中，不同晶圓間及不同製程操作間晶圓46之彎曲可能不同，使得在特定製程操作期間，由操作高溫計70記錄之支撐元件40之溫度與晶圓之頂面的溫度之間的關係可能並不精確地知曉。
晶圓溫度量測器件80可以可移除方式相繼安裝於視埠60L中之三個視埠(包括視埠1L、3L及5L)中。如圖1所展示，晶圓溫度量測器件80可依序安裝於相應視埠1L、3L及5L中定位於位置A、B及C。在一特定具體實例中，獨立晶圓溫度量測器件80可永久性安裝於每一視埠60L(包括視埠1L、3L及5L或包括視埠1L及5L)中，其中可由視埠1L及5L處之器件接收的資料估計由視埠3L處之溫度量測器件記錄的溫度。
當晶圓溫度量測器件80安裝於視埠1L中定位於位置A時，晶圓溫度量測器件可量測與支撐元件40之垂直轉動軸42相距徑向距離D1之至少一個晶圓46的溫度。該至少一個晶圓46可為單個晶圓，或其可為複數個具有多個部分定位於與垂直轉動軸42相距徑向距離D1處之晶圓。
此徑向距離D1與安裝於視埠1R中之操作高溫計71的徑向距離相同，該操作高溫計71經調適以量測支撐元件40之溫度或量測不透明晶圓46之頂面之溫度。因此，當轉軸30旋轉時，安裝於視埠1R中之操作高溫計71可量測支撐元件40在徑向距離D1處之特定環形部分(或晶圓46之頂面)的溫度，且安裝於視埠1L中之晶圓溫度量測器件80可量測相同徑向距離D1處之至少一個晶圓46之溫度。接著，可針對特定製程操作或 製程操作之一部分確定徑向距離D1處之支撐元件40或不透明晶圓46之頂面的溫度與由晶圓溫度量測器件80記錄之相同徑向距離D1處之晶圓46之溫度之間的關係。
類似地，當晶圓溫度量測器件80安裝於各別視埠3L或5L中定位於位置B或C時，晶圓溫度量測器件可量測與支撐元件40之垂直轉動軸42相距各別徑向距離D3或D5之至少一個晶圓46或不透明晶圓46之頂面的溫度。徑向距離D3及D5與安裝於視埠3R及5R中之各別操作高溫計73及75之徑向距離相同。
在一個較佳具體實例中，三個晶圓溫度量測器件80可安裝於各別視埠1L、3L及5L(圖1之位置A、B及C)中，各溫度量測器件與可安裝於各別視埠1R、3R及5R中之操作高溫計70中相應的一者位於相同徑向距離處。
在另一較佳具體實例中，可將僅兩個晶圓溫度量測器件80安裝於各別視埠1L及5L(圖1之位置A及C)中。在此具體實例中，各晶圓溫度量測器件80可與可安裝於各別視埠1R、3R及5R中之操作高溫計70中相應的一者安裝在相同徑向距離處。然而，因為視埠3R處之操作高溫計73不具有與中心軸32相距相同徑向距離的相應晶圓溫度量測器件80，因此可計算由視埠1L及5L處之晶圓溫度量測器件接收之資訊的加權平均值以模擬由位於視埠3L處之晶圓溫度量測器件接收的資訊。因為由支撐元件上之三個溫度區中之每一者反射及發射的輻射中存在大量串擾，因此位於視埠3L處之晶圓溫度量測器件之該種模擬為可行的。
在一個實施例中，由溫度量測器件80量測之溫度可為在支撐元件之至少一次完全旋轉期間所量測之與轉動軸42相距特定徑向距離(例如D1、D3或D5)之所有晶圓之頂面上特定位置的溫度的平均值。在一特定具體實例中，在與轉動軸42相距特定徑向距離之溫度量測器件80記錄 晶圓46之溫度期間或之後，可處理資料從而可知曉特定圓周位置處之特定晶圓的平均溫度。在該種具體實例中，若所記錄之一或多個特定晶圓46之溫度與其餘晶圓之溫度實質上不同使得其表明未正確形成特定晶圓，則可將不正確形成之晶圓之溫度資料自所計算之晶圓溫度與由與轉動軸42相距特定徑向距離之操作高溫計70記錄之晶圓支撐元件40之溫度之間的關係中排除。
可提供控制系統90，其可經調適以在裝置10操作期間自操作高溫計70及晶圓溫度量測器件80接收溫度量測讀數，且控制系統可將該等溫度量測讀數儲存於記憶體92中。在一個具體實例中，控制系統90可回應於由相應操作高溫計71、73、75及晶圓溫度量測器件80記錄之溫度量測值調節加熱元件50之一或多個區域或部分51、53、55之加熱。
在操作中，在根據本發明之一個具體實例之溫度量測過程中，晶圓溫度量測器件80可以可移除方式嚙合於光學視埠1L中安裝於第一位置A(或晶圓溫度量測器件可永久性安裝於徑向延伸視埠中且可安置於第一位置A)。當晶圓溫度量測器件80安置於第一位置A時，晶圓溫度量測器件經調適以接收來自一或多個晶圓46之輻射，該一或多個晶圓46具有多個部分位於與支撐元件之轉動軸42相距第一徑向距離D1處。如上文所描述，第一操作高溫計71可嚙合於光學視埠1R中安裝於第一操作位置，使得操作高溫計71經調適以接收來自與轉動軸42相距第一徑向距離D1之支撐元件40之第一部分或不透明晶圓46之頂面的輻射。在一例示性具體實例中，操作高溫計71、73及75可在整個溫度量測過程期間保持安裝於相應視埠60R中(亦即不自反應器12移除)。
接著，反應器12可由加熱元件50加熱直至反應器達到第一典型晶圓處理溫度，例如在500℃與1100℃之間。在一較佳具體實例中，使用晶圓溫度量測器件80之溫度量測過程可在裝置10中晶圓46之處理(例 如化學氣相沈積處理)期間進行，但並非必須如此。
接著，支撐元件40可圍繞轉動軸42旋轉。在一個具體實例中，支撐元件40可以50轉/分鐘與1500轉/分鐘之間的速率旋轉，但在其他具體實例中，支撐元件可以其他速率旋轉。當支撐元件40圍繞其轉動軸42旋轉時，操作員或視情況選用之控制系統90可使用安裝於視埠1R之操作高溫計71獲得第一操作溫度量測值，該操作高溫計71接收來自支撐元件之第一部分(或來自對操作高溫計不透明之晶圓之頂面)的輻射，且操作員或控制系統可使用安裝於視埠1L(位於第一位置A)之晶圓溫度量測器件80獲得第一晶圓溫度量測值，該晶圓溫度量測器件80接收來自至少一個晶圓46之輻射。在一較佳具體實例中，可同時獲得來自操作高溫計71及位於第一位置A之晶圓溫度量測器件80之溫度量測值。
隨著支撐元件40旋轉，經安置與中心軸42相距相同徑向距離D1但位於圍繞軸的不同角度位置處之支撐元件上(或來自對操作高溫計不透明之晶圓之頂面)之點通過由第一操作高溫計71監測之位置，且經安置與中心軸42相距相同徑向距離D1但位於圍繞軸的不同角度位置之至少一個晶圓46上之點通過由晶圓溫度量測器件80監測之位置。
在所展示之特定配置中，視埠1L自視埠1R偏轉180°或旋轉一周角度的二分之一，且由第一操作高溫計71及晶圓溫度量測器件80監測之位置類似地彼此偏轉旋轉一周角度的二分之一。較佳在反應室12處於穩定條件下時獲取溫度量測值，使得溫度不隨時間而變化或在所需溫度之可接受容差內浮動。支撐元件40上沿圓周隔開之位置之間的溫差將不會顯著影響高溫計71及晶圓溫度量測器件80之溫度讀數，因為溫度讀數為支撐元件之若干次完全旋轉之平均值。
在一些具體實例中，晶圓溫度量測器件80記錄溫度之速度可比操作高溫計70緩慢。造成此情況之一個原因為與操作高溫計70(其對 波長小於或等於950nm之輻射敏感)相比，晶圓溫度量測器件80對波長小於或等於400nm之輻射敏感。典型地，自晶圓支撐元件40(或對操作高溫計70不透明之晶圓46)輻射之波長小於950nm之能量顯著高於自晶圓46輻射之波長小於400nm之能量。因此，與晶圓溫度量測器件80相比，操作高溫計70可在較短時期內接收到足以記錄溫度之輻射。因此，為確定在特定晶圓製程操作期間由溫度量測器件80記錄之晶圓46之溫度與由操作高溫計70(與垂直轉動軸42相距相同距離)記錄之晶圓支撐元件40或晶圓46之溫度之間的偏差，晶圓溫度量測器件80較佳在反應器12之溫度穩定(亦即在加熱元件50之效能容差內保持在單一溫度下)的時期內量測晶圓之溫度。
在一特定實施例中，在晶圓溫度量測器件80記錄至少一個晶圓46之第一晶圓溫度量測值及第一操作高溫計71記錄晶圓支撐元件之一部分或一或多個晶圓之第一操作溫度量測值後，可至少部分地基於由晶圓溫度量測器件及第一操作高溫計記錄之溫度資訊，視情況改變加熱元件50之第一區域或部分51之溫度。
接著，在使用單一可移動式晶圓溫度量測器件80之具體實例中，可將晶圓溫度量測器件移動至或以可移除方式嚙合於視埠3L中安裝於第二位置B。在具有複數個晶圓量測器件80之具體實例中，可能無需移除任何晶圓量測器件或將任何該等器件移動至另一視埠。當晶圓溫度量測器件80安置於第二位置B時，晶圓溫度量測器件經調適以接收來自一或多個晶圓46之輻射，該一或多個晶圓46具有多個部分位於與支撐元件之轉動軸42相距第二徑向距離D3處。如上文所描述，可將第二操作高溫計73嚙合於視埠3R中安裝於第二操作位置，使得操作高溫計73經調適以接收來自與轉動軸42相距第二徑向距離D3之支撐元件40之第二部分或第二組晶圓或晶圓46之各部分的輻射。
當支撐元件40圍繞其轉動軸42旋轉時，操作員或控制系統90可使用安裝於視埠3R中之操作高溫計73獲得第二操作溫度量測值，該操作高溫計73接收來自支撐元件之第二部分或第二組晶圓或晶圓46之各部分的輻射，且操作員或控制系統可使用安裝於視埠3L(位於第二位置B)中之晶圓溫度量測器件80獲得第二晶圓溫度量測值，該晶圓溫度量測器件80接收來自至少一個晶圓46之輻射。在一較佳具體實例中，可同時獲得來自操作高溫計73及位於第二位置B之晶圓溫度量測器件80之溫度量測值。
在一特定實施例中，在晶圓溫度量測器件80記錄至少一個晶圓46之第二晶圓溫度量測值及第二操作高溫計73記錄晶圓支撐元件之一部分或晶圓之第二操作溫度量測值後，可至少部分地基於由晶圓溫度量測器件及第二操作高溫計記錄之溫度資訊，視情況改變加熱元件50之第二區域或部分53之溫度。
接著，在使用單一可移動式晶圓溫度量測器件80之具體實例中，可將晶圓溫度量測器件移動至或以可移除方式嚙合於視埠5L中安裝於第三位置C。當晶圓溫度量測器件80安置於第三位置C時，晶圓溫度量測器件經調適以接收來自一或多個晶圓46之輻射，該一或多個晶圓46具有多個部分位於與支撐元件之轉動軸42相距第三徑向距離D5處。如上文所描述，第三操作高溫計75可嚙合於視埠5R中安裝於第三操作位置，使得操作高溫計75經調適以接收來自與轉動軸42相距第三徑向距離D5之支撐元件40之第三部分或第三組晶圓或晶圓46之各部分的輻射。
當支撐元件40圍繞其轉動軸42旋轉時，操作員或控制系統90可使用安裝於視埠5R中之操作高溫計75獲得第三操作溫度量測值，該操作高溫計75接收來自支撐元件之第三部分或第三組晶圓或晶圓46之各部分輻射，且操作員或控制系統可使用安裝於視埠5L(位於第三位置C)中之晶圓溫度量測器件80獲得第三晶圓溫度量測值，該晶圓溫度量測器件80 接收來自至少一個晶圓46之輻射。在一較佳具體實例中，可同時獲得來自操作高溫計75及位於第三位置C之晶圓溫度量測器件80之溫度量測值。
在一特定實施例中，在晶圓溫度量測器件80記錄至少一個晶圓46之第三晶圓溫度量測值及第三操作高溫計75記錄晶圓支撐元件之一部分或第三組晶圓或晶圓46之各部分之第三操作溫度量測值後，可至少部分地基於由晶圓溫度量測器件及第三操作高溫計記錄之溫度資訊，視情況改變加熱元件50之第三區域或部分55之溫度。
在一較佳具體實例中，可在反應器12處於穩定的第一典型晶圓處理溫度下時自操作高溫計71、73、75及溫度量測器件80收集第一、第二及第三操作及晶圓溫度量測值。在一個實施例中，可歷時一分鐘的時間收集第一、第二及第三組操作及晶圓溫度量測值中之每一者，使得收集三組操作及晶圓溫度量測值將需要三分鐘穩定反應器溫度。
在一特定實施例中，在收集第一、第二及第三操作及晶圓溫度量測值後，可接著將反應器12之溫度改變為與第一典型晶圓處理溫度不同的第二典型晶圓處理溫度，例如在500℃與1100℃之間。一旦反應器12之溫度穩定，即可自依序移動至位置A、B及C之操作高溫計71、73、75及溫度量測器件80收集另一組第一、第二及第三操作及晶圓溫度量測值。在一特定實施例中，可在約1050℃之第一晶圓處理溫度下收集第一組第一、第二及第三操作及晶圓溫度量測值，且可在約750℃之第二晶圓處理溫度下收集第二組第一、第二及第三操作及晶圓溫度量測值。在獲得所有所需溫度量測值後，可自反應室12移除晶圓溫度量測器件80。
儘管在上述實施例中每一組第一、第二及第三操作及晶圓溫度量測值經描述為在反應器12處於單一典型晶圓處理溫度下時收集，但在一些具體實例中，第一、第二及第三操作及晶圓溫度量測值可在反應器處於三種不同各別溫度下時收集。
在一個實施例中，操作高溫計70及/或晶圓溫度量測器件80可具有使用在晶圓通過操作高溫計或晶圓溫度量測器件下方時與在晶圓支撐元件40之第一表面41之各部分通過晶圓溫度量測器件下方時之間接收之輻射的差異來分離與垂直轉動軸42相距相同距離之複數個晶圓46各自之溫度資料。如上文所描述，可使用個別晶圓46之平均溫度來鑑別不正確形成之晶圓之溫度資料且將其自所計算之晶圓溫度與由操作高溫計70記錄之晶圓支撐元件40(與轉動軸42相距特定徑向距離)之溫度之間的關係中排除。
在一較佳具體實例中，不基於自晶圓溫度量測器件80獲得之溫度量測值調節操作高溫計70之校準參數。事實上，控制系統90可將自各別操作高溫計71、73及75獲得之溫度量測值與自晶圓溫度量測器件80獲得之第一、第二及第三晶圓溫度量測值的偏差的映射或查找表儲存於記憶體92中。藉此，溫度映射可使控制系統90能夠在晶圓處理製程(諸如下文描述之製程)期間回應於由操作高溫計71、73及75獲得之製程溫度量測值使用加熱元件50之部分51、53及55更精確地控制晶圓之溫度。
在一較佳具體實例中，上述溫度量測過程可在如下文所描述之反應器12之化學氣相沈積操作期間，在反應器用於加工晶圓46時進行。因此，可藉由放下擋板(未圖示)來打開入口(未圖示)。接著，可將載有晶圓46之支撐元件自前室(未圖示)裝載至反應室12中且可置放於轉軸30上之操作位置。在此條件下，晶圓之頂面可朝上，朝向氣體入口歧管14。接著，可關閉入口。可致動加熱元件50，且旋轉驅動器38可操作以使轉軸30轉動且因此使支撐元件40圍繞中心軸32轉動。典型地，轉軸30以約50-1500轉/分鐘之轉速旋轉。
可致動製程氣體供應單元(未圖示)以經由氣體入口歧管14供應氣體。氣體可向下流向支撐元件40、流過晶圓46之頂面且向下圍繞支撐元件之周邊流動至排氣系統52。因此，晶圓46之頂面暴露於製程氣體 (包括由各種製程氣體供應單元供應之各種氣體之混合物)。最典型地，頂面處的製程氣體主要由載氣供應單元(未圖示)供應之載氣組成。
在晶圓處理製程期間，操作高溫計70可記錄溫度量測值，其可充當用於控制加熱元件50之輸入值。在具有多區域加熱元件50之具體實例中，複數個高溫計71、73及75中之每一者可記錄與垂直轉動軸42相距特定徑向距離處之溫度量測值，該垂直轉動軸42可控制多區域加熱元件之相應區域或部分51、53、55。如上文所描述，第一組第一、第二及第三操作及晶圓溫度量測值可在第一穩定晶圓處理溫度下收集，且視需要第二組第一、第二及第三操作及晶圓溫度量測值可在第二穩定晶圓處理溫度下收集。
該製程可持續直至完成所需晶圓處理。一旦該製程完成，則可打開入口，且可自支撐元件40移除晶圓46。最終，可用新的晶圓置換經處理之晶圓以進行下一個操作循環。
在所展示之具體實例中，操作高溫計70及晶圓溫度量測器件80為安裝於獨立視埠中之獨立器件。在一特定具體實例中，如圖4中所示，安置於與中心軸32相距相同徑向距離處的一或多個操作高溫計70及相應晶圓溫度量測器件80可組合為單個器件77，其可執行操作高溫計70及晶圓溫度量測器件80兩者之功能。
該種單個雙波長帶器件77可具有共同輻射收集光學器件93，但具有兩個獨立的輻射偵測機構95及96。收集光學器件可具有過濾器94，其經安置成與中心軸32成斜角，其允許第一波長帶(約400nm(例如390nm-410nm))中之輻射通過，但反射第二波長帶(約900nm(例如890nm-910nm))中之輻射。第一波長帶之輻射可經引導至對第一波長帶中之輻射敏感的第一輻射偵測機構95，且第二波長帶之輻射可經引導至對第二波長帶中之輻射敏感的第二輻射偵測機構96。
在所展示之具體實例中，操作高溫計70及晶圓溫度量測器件80經調適以量測支撐元件40及其上所支撐之晶圓46之溫度，該等晶圓46與支撐元件之垂直轉動軸42之徑向距離與轉軸30之中心軸32與相應視埠60之間的徑向距離相同，使得操作高溫計及晶圓溫度量測器件經調適以接收沿約為直角(約90°)之角度α行進的輻射。
在其他具體實例中，操作高溫計70及晶圓溫度量測器件80可經調適以量測支撐元件40及其上所支撐之晶圓46之溫度，該等晶圓46與支撐元件之垂直轉動軸42之徑向距離與轉軸30之中心軸32與相應視埠60之間的徑向距離不同，使得操作高溫計及晶圓溫度量測器件經調適以接收沿並非約為直角之角度α(諸如30°、45°、60°、75°或任何其他角度)行進的輻射。在特定具體實例中，晶圓溫度量測器件80及相應高溫計70中之任一者、兩者或無一者可接收沿約為直角之角度α行進的輻射。
在角度α並非約為直角之該等具體實例中，晶圓溫度量測器件80與支撐元件40之垂直轉動軸42之徑向距離可與相應操作高溫計70不同，只要晶圓溫度量測器件及相應操作高溫計可接收與垂直轉動軸相距相同徑向距離(例如D1)處自支撐元件傳播之輻射即可。
如所示，操作高溫計70安裝於右側視埠60R中，且晶圓溫度量測器件80可以可移除方式安裝於相應的左側視埠60L中。在其他具體實例中，各操作高溫計70可安裝於任一個視埠60中，且晶圓溫度量測器件80可以可移除方式安裝於任一個相應的視埠60中，該晶圓溫度量測器件80所接收之自支撐元件傳播之輻射與垂直轉動軸42相距之徑向距離可與由各別操作高溫計70接收之輻射相同。
在一個實施例中，操作高溫計70可安裝於一些左側視埠60L中，且晶圓溫度量測器件80可以可移除方式安裝於相應的右側視埠60R中。在另一實施例中，一些操作高溫計70(例如操作高溫計71及73)可安 裝於一些右側視埠60R中，且其餘操作高溫計(例如操作高溫計75)可安裝於左側視埠60L中，且晶圓溫度量測器件80可以可移除方式安裝於相應的視埠60中，該晶圓溫度量測器件80所接收之自支撐元件傳播之輻射與垂直轉動軸42相距之徑向距離可與由各別操作高溫計70接收之輻射相同。
其中將安裝晶圓溫度量測器件80之各視埠60(例如左側視埠1L、3L及5L)上需要不含明顯寄生性沈積物。在將晶圓溫度量測器件80安裝於特定視埠60中之前，需要清潔特定視埠以移除該種寄生性沈積物。
現參看圖2，展示圖1所展示之化學氣相沈積裝置10之較佳視埠具體實例。在此具體實例中，晶圓溫度量測器件80可以可移除方式或永久性安裝於一或多個徑向延伸光學視埠60L'中，而非依序以可移除方式安裝於獨立視埠1L、3L及5L中。如本文中所用，徑向延伸視埠為具有在不將高溫計自視埠移除之情況下改變所安裝之高溫計相對於轉軸30之中心軸32之徑向位置之能力的視埠。該徑向延伸視埠可包括線形滑軌，其具有徑向延伸軌道，該等軌道使高溫計能夠在其上自一個徑向位置滑動至另一個徑向位置而無需自視埠移除。
在圖2所展示之具體實例中，晶圓溫度量測器件80可安裝於徑向延伸視埠60L'中沿支撐元件之至少一部分半徑延伸之實質上與支撐元件40之頂面41平行的軌道(未圖示)上，使得晶圓溫度量測器件可使用測微器支架控制。在一個實施例中，晶圓溫度量測器件80可在軌道上沿支撐元件40之至少一部分半徑快速移動以形成支撐元件之徑向延伸部分之溫度量測記錄圖。在另一實施例中，徑向延伸視埠60L'可沿支撐元件之整個半徑延伸，使得晶圓溫度量測器件80可在軌道上沿支撐元件40之整個半徑移動以進行支撐元件之頂面41上之任何徑向位置的溫度量測記錄。
在一特定具體實例中，可存在兩個或多於兩個沿支撐元件40之相同半徑或沿支撐元件之不同角度位置處之不同半徑的徑向延伸視埠 60L'，且晶圓溫度量測器件80可依序安裝於各徑向延伸視埠中以用於記錄沿支撐元件之兩個或多於兩個徑向延伸部分之溫度量測值。
在一較佳實施例中，晶圓溫度量測器件80可在徑向延伸視埠60L'內沿軌道移動至離散位置A、B及C，使得晶圓溫度量測器件可量測具有多個部分位於徑向距離D1、D3及D5處之晶圓46的溫度，在徑向距離D1、D3及D5處的各別操作高溫計71、73及75經調適以記錄溫度量測值。
晶圓溫度量測器件80可僅在使用者需要確定反應器12中晶圓46之溫度與由操作高溫計70記錄之晶圓支撐元件40之溫度之間的關係時以可移除方式安裝於視埠60L'中，或晶圓溫度量測器件可在晶圓處理循環期間保持安裝於視埠60L'中且可週期性移除以用於針對已知標準的重新校準。
在圖2之具體實例之一變化形式中，安裝於徑向延伸視埠60L'中實質上平行於支撐元件40之頂面41延伸之軌道上的晶圓溫度量測器件80可包括視情況選用之用於量測反射率及晶圓曲率資訊的機構81(圖2中展示為虛線)。在一個實施例中，機構81可與晶圓溫度量測器件80接合且可與其一起沿徑向延伸視埠滑動。在一個具體實例中，機構81可對與晶圓溫度量測器件80相同波長帶(例如395nm-425nm)中之光敏感。
當包括機構81及晶圓溫度量測器件80時，可在溫度量測器件記錄晶圓46之頂面之溫度時由機構81收集其他資訊。舉例而言，機構81可記錄曲率、溫度、反射率、沈積於晶圓上之材料之濃度以及沈積於晶圓上之材料之生長速率的2D及3D晶圓均一性圖。可監測在CVD製程期間由機構81記錄之該種其他資訊且用作控制系統90之反饋以用於控制溫度(控制加熱器50)及/或氣體傳遞系統濃度及/或流動速率(控制氣體入口歧管14)。
在圖1或圖2之具體實例之另一變化形式中，可將熱敏電阻 安裝於操作高溫計70及/或晶圓溫度量測器件80之主體上以監測CVD製程期間高溫計之環境溫度，且可基於環境溫度量測值之概況調節操作高溫計及/或晶圓溫度量測器件之溫度輸出讀數。
此變化形式可允許更精確地控制CVD製程之溫度，因為操作高溫計70及/或晶圓溫度量測器件80之溫度輸出之精確度可視操作高溫計及/或晶圓溫度量測器件之環境溫度而變化。若已知環境溫度對操作高溫計70及/或晶圓溫度量測器件80之溫度輸出之精確度的影響，則使用製程控制反饋迴路內在CVD製程操作期間由該等熱敏電阻記錄之溫度資訊可使控制系統90知曉CVD製程操作之不同階段期間操作高溫計70及/或晶圓溫度量測器件80與晶圓46之實際溫度的溫度偏移，且控制系統可使用此偏移資訊更精確地控制在製程操作期間晶圓之溫度。
操作高溫計70及晶圓溫度量測器件80各自可自反應室12移除且週期性地針對已知標準(如例如本身為國家或國際標準可追溯之標準器件，諸如NIST可追溯型黑體標準)進行校準。在一特定實施例中，可使用如同在申請中且共同擁有之美國專利申請案第13/331,112號(其以引用的方式併入本文中)中所展示並描述之原位系統校準操作高溫計70。
在'112申請案中之原位系統之一變化形式的一個具體實例中，操作高溫計70及溫度量測器件80可各自使用如下文描述之兩部分型原位校準過程校準。
在校準過程之第一部分中，一或多個操作高溫計70可藉由自反應器10移除溫度量測器件80且將校準高溫計以可移除方式安裝於一個視埠60中與支撐元件之垂直轉動軸42相距的徑向距離與一或多個操作高溫計相同之處來校準。舉例而言，為校準安裝於視埠1R中之操作高溫計71，可將校準高溫計安裝於視埠1L中。在一特定實施例中，校準高溫計可為高精確度高溫計。舉例而言，該種校準高溫計之精確度可在約±1.5℃範圍內且 一個校準高溫計至另一個校準高溫計之可重複性在約±0.25℃範圍內。
當校準高溫計安裝於視埠1L中定位於位置A時，校準高溫計可量測支撐元件40之溫度或與支撐元件之垂直轉動軸42相距徑向距離D1之一或多個對校準高溫計及操作高溫計(例如矽晶圓)不透明之晶圓的溫度。此徑向距離D1與安裝於視埠1R中經調適以用於量測支撐元件40或不透明晶圓46之溫度的操作高溫計71的徑向距離相同。因此，當轉軸30旋轉時，安裝於視埠1L中之校準高溫計及安裝於視埠1R中之操作高溫計71可量測支撐元件40在徑向距離D1處之特定環形部分之溫度，且該等所量測溫度可為在支撐元件之至少一次完全旋轉期間所量測之整個環形部分之溫度之平均值。基於由校準高溫計及操作高溫計71收集之溫度量測資訊，可對操作高溫計進行校準，或控制系統90可記錄校準高溫計與操作高溫計之間的溫度偏移。
類似地，當校準高溫計安裝於各別視埠3L或5L中定位於位置B或C時，校準高溫計可量測支撐元件40之與支撐元件之垂直轉動軸42相距各別徑向距離D3或D5處之溫度。徑向距離D3及D5與安裝於視埠3R及5R中經調適以量測支撐元件40之溫度的各別操作高溫計73及75之徑向距離相同。因此，基於由校準高溫計以及操作高溫計73及75收集之溫度量測資訊，可對操作高溫計進行校準，或控制系統90可記錄校準高溫計與操作高溫計之間的溫度偏移。
可視需要在反應器10加熱至一系列其他溫度(例如800℃、900℃、1000℃及1100℃)的情況下重複校準過程之第一部分，使得可記錄在典型CVD製程中所用之溫度範圍內校準高溫計與操作高溫計70之間的溫度偏移。
在校準過程之第二部分中，晶圓溫度量測器件80可重新安裝於反應器10中之一個視埠60L中，其與支撐元件之垂直轉動軸42相距之 徑向距離與一個已校準操作高溫計70相同。因為操作高溫計70已由校準高溫計校準，故使用一個操作高溫計校準溫度量測器件80之校準精確度可與使用校準高溫計本身相同，但優點在於不必自反應器10移除操作高溫計且不必將溫度量測器件80送至場外而在另一裝置中進行校準。
舉例而言，為使用安裝於視埠1R中之操作高溫計71作為校準高溫計來校準晶圓溫度量測器件80，可將晶圓溫度量測器件安裝於視埠1L中之位置A。接著，可將不具有凹穴44之空白晶圓支撐元件、空晶圓支撐元件40或上面載有矽晶圓46(或對晶圓溫度量測器件80及操作高溫計71均不透明之任何晶圓)之晶圓支撐元件40安裝於反應器10中。
可將反應器10加熱至第一溫度(例如700℃)且當轉軸30旋轉時，安裝於視埠1L中之溫度量測器件80及安裝於視埠1R中之操作高溫計71可量測徑向距離D1處支撐元件40之特定環形部分及/或不透明晶圓46之溫度，且該等所量測溫度可為在支撐元件之至少一次完全旋轉期間所量測之整個環形部分之溫度之平均值。基於由操作高溫計71及溫度量測器件80收集之溫度量測資訊，可對溫度量測器件進行校準，或控制系統90可記錄溫度量測器件與操作高溫計之間的溫度偏移。
可視需要在反應器10加熱至一系列其他溫度(例如800℃、900℃、1000℃及1100℃)的情況下重複校準過程之第二部分，使得可記錄在典型CVD製程中所用之溫度範圍內晶圓溫度量測器件與操作高溫計71之間的溫度偏移。
如上文所描述之根據本發明之原位溫度量測系統及方法與習知溫度量測方法相比可具有若干潛在優點。舉例而言，與習知溫度量測過程相比，本發明之溫度量測過程可抵償與操作高溫計在反應室12中之安裝及反應室中之條件(諸如上文所描述之視埠60上之寄生性沈積)有關的誤差。
本發明可應用於各種使用轉盤式反應器之晶圓處理製程(例如化學氣相沈積、晶圓之化學蝕刻及其類似製程)中。儘管已參考特定具體實例描述本發明，但應理解此等具體實例僅為本發明之原理及應用之說明。因此應理解在不偏離由隨附申請專利範圍所限定之本發明之精神及範疇情況下可對說明性具體實例作出多種修改且可設計出其他配置。應瞭解，申請專利範圍中之各種附屬項及其中所闡述之特徵可以與初始項中所呈現不同之方式組合。亦應瞭解，關於個別具體實例描述之特徵可與所描述之其他具體實例共有。
圖1為描繪根據本發明之一個具體實例之化學氣相沈積裝置的剖視圖。
圖2為描繪圖1中展示之化學氣相沈積裝置之替代性視埠具體實例的部分剖視圖。
圖3為描繪根據本發明之一個具體實例之載有晶圓之支撐元件的剖視圖。
圖4為描繪根據本發明之一個具體實例之雙波長帶溫度量測器件之剖視圖。
1L、1R、2L、2R、3L、3R、4L‧‧‧視埠
4R、5L、5R、6L、6R、7L、7R‧‧‧視埠
10‧‧‧化學氣相沈積裝置
12‧‧‧反應室
14‧‧‧氣體入口歧管
20‧‧‧圓筒壁
22‧‧‧頂凸緣
24‧‧‧底板
26‧‧‧內部區域
30‧‧‧轉軸
32‧‧‧中心軸
34‧‧‧旋轉穿透式器件
36‧‧‧配件
38‧‧‧旋轉驅動機構
40‧‧‧晶圓支撐元件
41‧‧‧頂面
42‧‧‧中心軸
44‧‧‧平台或凹槽
46‧‧‧晶圓
50‧‧‧加熱元件
51、53、55‧‧‧加熱元件之環形部分
52‧‧‧排氣系統
56‧‧‧泵
60‧‧‧視埠
60L、60R‧‧‧視埠
70、71、73、75‧‧‧操作高溫計
80‧‧‧晶圓溫度量測器件
90‧‧‧控制系統
92‧‧‧記憶體
A‧‧‧第一位置
B‧‧‧第二位置
C‧‧‧第三位置
D1、D3、D5‧‧‧徑向距離

Claims (30)

  1. 一種用於晶圓處理反應器之原位溫度量測方法，其包含：(a)加熱該反應器直至該反應器達到晶圓處理溫度；(b)使該反應器內之晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉；(c)在該晶圓支撐元件圍繞該轉動軸旋轉時，使用第一操作高溫計獲得第一操作溫度量測值，該第一操作高溫計接收來自該晶圓支撐元件之第一部分之輻射；及(d)在該晶圓支撐元件圍繞該轉動軸旋轉時，使用晶圓溫度量測器件獲得第一晶圓溫度量測值，該晶圓溫度量測器件接收來自至少一個晶圓之輻射且位於第一位置。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該晶圓支撐元件之第一部分經定位於與該轉動軸相距第一徑向距離處，且其中在步驟(d)期間，該自該至少一個晶圓接收之輻射自與該轉動軸相距該第一徑向距離之位置接收。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該晶圓溫度量測器件為短波長高溫計。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該晶圓溫度量測器件可為以下各項中之一者：基於吸收位移之器件或白光光譜反射計。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一操作高溫計對第一波長帶中之輻射敏感，該晶圓溫度量測器件對第二波長帶中之輻射敏感，且該至少一個晶圓對該第一波長帶中之輻射為半透明或透明的且對該第二波長帶中之輻射為不透明的。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中該第一波長帶屬於紅外光譜，且該第二波長帶屬於紫外光譜。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該至少一個晶圓基本上由藍寶石 組成。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該至少一個晶圓為複數個晶圓。
  9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟(c)及步驟(d)同時進行。
  10. 如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟(c)及步驟(d)在該反應器處理晶圓之操作期間進行。
  11. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該反應器處理晶圓之操作包括化學氣相沈積。
  12. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該加熱步驟由用於該晶圓支撐元件之多區域加熱系統進行，該加熱系統之第一區域之一部分經定位於與該轉動軸相距該第一徑向距離處，該方法進一步包含：(e)改變該第一區域之溫度。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其進一步包含：(f)將該晶圓溫度量測器件移動至第二位置；(g)在該晶圓支撐元件圍繞該轉動軸旋轉時，使用第二操作高溫計獲得第二操作溫度量測值，該第二操作高溫計接收來自該晶圓支撐元件之第二部分之輻射；及(h)在該晶圓支撐元件圍繞該轉動軸旋轉時，使用該晶圓溫度量測器件獲得第二晶圓溫度量測值，該第二晶圓溫度量測值至少部分地基於自該至少一個晶圓接收之輻射。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該晶圓支撐元件之第二部分經定位於與該轉動軸相距第二徑向距離處，且其中在步驟(h)期間，該自該至少一個晶圓接收之輻射自與該轉動軸相距該第二徑向距離之位置接收。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該加熱系統之第二區域之一部分經定位於與該轉動軸相距該第二徑向距離處，該方法進一步包含： (i)改變該第二區域之溫度。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中該晶圓溫度量測器件嚙合於徑向延伸光學視埠中，且進行該移動步驟使得該晶圓溫度量測器件沿該徑向延伸校準光學視埠自該第一位置移動至該第二位置。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，其中進行該移動步驟使得該晶圓溫度量測器件沿線形滑軌移動。
  18. 如申請專利範圍第13項之方法，其中該等第一晶圓溫度量測值至少部分地基於自該至少一個晶圓中之第一晶圓接收之輻射，且該等第二晶圓溫度量測值至少部分地基於自該至少一個晶圓中之第二晶圓接收之輻射。
  19. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該晶圓處理溫度為第一晶圓處理溫度，該方法進一步包含：(e)加熱該反應器直至該反應器達到第二晶圓處理溫度；(f)在該晶圓支撐元件圍繞該轉動軸旋轉時，使用該第一操作高溫計自該晶圓支撐元件之第一部分獲得第二操作溫度量測值；及(g)在該晶圓支撐元件圍繞該轉動軸旋轉時，使用該晶圓溫度量測器件自該至少一個晶圓獲得第二晶圓溫度量測值。
  20. 一種用於晶圓處理反應器之原位溫度量測方法，其包含：(a)加熱該反應器直至該反應器達到晶圓處理溫度；(b)使該反應器內載有至少一個晶圓之晶圓支撐元件圍繞轉動軸旋轉；及(c)沈積覆蓋該至少一個晶圓之頂面的材料，該材料形成具有頂面之層；(d)在該晶圓支撐元件圍繞該轉動軸旋轉時，使用對第一波長帶中之輻射敏感的第一操作高溫計獲得第一操作溫度量測值，該第一操作高 溫計接收來自該至少一個晶圓之頂面的輻射，該至少一個晶圓對該第一波長帶中之輻射為不透明的，該覆蓋該至少一個晶圓之頂面的層對該第一波長帶中之輻射為半透明或透明的；及(e)在該晶圓支撐元件圍繞該轉動軸旋轉時，使用對第二波長帶中之輻射敏感的晶圓溫度量測器件獲得第一晶圓溫度量測值，該晶圓溫度量測器件接收來自該覆蓋該至少一個晶圓之頂面的層之頂面的輻射，該至少一個晶圓對該第二波長帶中之輻射為不透明的，該覆蓋該至少一個晶圓之頂面的層對該第二波長帶中之輻射為不透明的，該晶圓溫度量測器件位於第一位置。
  21. 一種用於晶圓處理反應器之原位晶圓溫度量測器件校準方法，其包含：(a)將校準高溫計安置於校準位置使得該校準高溫計經調適以接收來自第一晶圓支撐元件之一部分之輻射，該第一晶圓支撐元件之一部分與該第一晶圓支撐元件之轉動軸相距第一徑向距離；(b)加熱該反應器直至該反應器達到高溫計校準溫度；(c)使該第一晶圓支撐元件圍繞該轉動軸旋轉；(d)在該第一晶圓支撐元件圍繞該轉動軸旋轉時，自操作高溫計獲得第一操作溫度量測值，該操作高溫計安裝於操作位置使得該操作高溫計經調適以接收來自該第一晶圓支撐元件之該部分的輻射，該第一晶圓支撐元件之該部分與該第一晶圓支撐元件之轉動軸相距第一徑向距離；(e)在該支撐元件圍繞該轉動軸旋轉時，自該校準高溫計獲得第一校準溫度量測值；(f)自該校準位置移除該校準高溫計；(g)用上面載有至少一個晶圓之第二晶圓支撐元件置換該第一晶圓支撐元件，該至少一個晶圓對該操作高溫計及該晶圓溫度量測器件為不 透明的；(h)將該晶圓溫度量測器件安置於該校準位置使得該晶圓溫度量測器件經調適以接收來自該至少一個晶圓之輻射，該至少一個晶圓與該第二晶圓支撐元件之轉動軸相距該第一徑向距離；(i)使該第二晶圓支撐元件圍繞該轉動軸旋轉；(k)在該第二支撐元件圍繞該轉動軸旋轉時，自該晶圓溫度量測器件獲得第二操作溫度量測值，該等第二操作溫度量測值包括該至少一個晶圓之頂面的溫度；(j)在該第二晶圓支撐元件圍繞該轉動軸旋轉時，自該第一操作高溫計獲得第二校準溫度量測值，該等第二校準溫度量測值包括該至少一個晶圓之頂面的溫度。
  22. 一種用於晶圓處理反應器之原位溫度量測系統，該系統包含：(a)晶圓支撐元件，其具有轉動軸；(b)加熱元件，其用於該晶圓支撐元件；(c)第一操作高溫計，其經調適以接收來自該晶圓支撐元件之第一部分的輻射，該晶圓支撐元件之第一部分與該轉動軸相距第一徑向距離；及(d)晶圓溫度量測器件，其位於第一位置，該第一位置處之該晶圓溫度量測器件經調適以接收來自至少一個晶圓之輻射，該至少一個晶圓安置於該晶圓支撐元件上與該轉動軸相距該第一徑向距離處。
  23. 如申請專利範圍第22項之系統，其中該晶圓溫度量測器件為短波長高溫計。
  24. 如申請專利範圍第22項之系統，其中該第一操作高溫計對第一波長帶中之輻射敏感，該晶圓溫度量測器件對第二波長帶中之輻射敏感，且該至少一個晶圓對該第一波長帶中之輻射為半透明或透明的且對該第 二波長帶中之輻射為不透明的。
  25. 如申請專利範圍第24項之系統，其中該第一波長帶屬於紅外光譜，且該第二波長帶屬於紫外光譜。
  26. 如申請專利範圍第22項之系統，其中該第一操作高溫計及該晶圓溫度量測器件經調適以同時獲得與該晶圓支撐元件之轉動軸相距該第一徑向距離處之溫度量測值。
  27. 如申請專利範圍第22項之系統，其中該加熱元件為用於該晶圓支撐元件之多區域加熱系統，該加熱系統之第一區域之一部分經定位於與該轉動軸相距該第一徑向距離處。
  28. 如申請專利範圍第22項之系統，其進一步包含第二操作高溫計，該第二操作高溫計經調適以接收來自該晶圓支撐元件之第二部分的輻射，該晶圓支撐元件之第二部分與該轉動軸相距第二徑向距離，其中該溫度量測器件經調適以位於第二位置，該第二位置處之該晶圓溫度量測器件經調適以接收來自該至少一個晶圓之輻射，該至少一個晶圓與該轉動軸相距該第二徑向距離。
  29. 如申請專利範圍第28項之系統，其中該晶圓溫度量測器件嚙合於徑向延伸光學視埠中，且其中該晶圓溫度量測器件經調適以在該徑向延伸光學視埠內在該第一位置與該第二位置之間滑動。
  30. 如申請專利範圍第29項之系統，其進一步包含線形滑軌，其中該晶圓溫度量測器件經調適以沿該線形滑軌在該第一位置與該第二位置之間滑動。
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