(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空処理装置内の基板の温度を決定するための方法であって、
測定される前記基板が、製造プロセスのために前記真空処理装置内のサセプタの上に配置されて、
前記サセプタから基板を通って放出された放射からｉ個の波長を選択するステップであって、ｉが１よりも大きな自然数である、ステップと、
選択された前記ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を得るステップと、
前記放射輝度のｉ個の部分及び前記ｉ個の波長に基づき、数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）を用いて、前記基板の温度を計算するステップとを備え、
λｉが第ｉ番目の波長であり、Ｔが基板の温度であり、Ｅ（λｉ）が、第ｉ番目の波長λｉに対応する第ｉ番目の放射量であり、Ｔ（ｄ）が基板の透過率であって、基板上に成長させたフィルムの厚さｄの関数であり、Ｍ（λｉ，Ｔ）が黒体放射の式であって、第ｉ番目の波長λｉ及び基板の温度Ｔの関数であり、
前記基板が、ベースと、前記ベース上のｎ層のフィルムとによって形成され、
Ｔ（ｄ）が、
前記ベース、第一層のフィルム及び空気の屈折率に基づいて、Ｔ１（ｄ）を計算すること、
前記ベース及び前記第一層のフィルムを等価ベースとして、前記等価ベース、第二層のフィルム及び空気の屈折率に基づいて、Ｔ２（ｄ）を計算すること、及び、
Ｔｎ（ｄ）がＴ（ｄ）となるＴｎ（ｄ）が計算されるまで、同様の計算を行うことによって計算される、方法。
【請求項２】
前記真空処理装置が、有機金属化学気相成長反応器を備え、
少なくとも一つのフィルムが、前記基板がベース材料と該少なくとも一つのフィルムとを含む構造を有するように、製造プロセスにおいて前記基板上にエピタキシによって成長される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記黒体放射の式が、
【数１】
0005676682.tif 000019
であり、ｈがプランク定数であり、ｃが光速であり、ｋがボルツマン定数である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記基板の透過率が
Ｔ（ｄ）＝１−Ｒ
によって求められ、
Ｒが、屈折率であり、
Ｒ＝ｒｒ＊
によって求められ、
ｒが振幅反射率であり、ｒ＊がｒの共役であり、
振幅反射率が
【数２】
0005676682.tif 000020
によって求められ、
ｎ０が、基板を通った放射が伝わる媒体の屈折率であり、Ｙが等価屈折率であって、
Ｙ＝Ｂ／Ｃであり、
Ｂ及びＣが行列
【数３】
0005676682.tif 000021
によって求められ、
η１及びη２が、
ｐ成分に対して、η１＝ｎ１／ｃｏｓθ、η２＝ｎ２／ｃｏｓθ
ｓ成分に対して、η１＝ｎ１ｃｏｓθ、η２＝ｎ２ｃｏｓθ
によって求められ、
θが、放射が得られる方向と法線との間の角度であり、
δ１が
【数４】
0005676682.tif 000022
によって求められ、
ｄ１が基板上の一番上のフィルムの厚さを表し、λｉが放射から選択された第ｉ番目の波長を表し、ｎ１が基板上の一番上のフィルムの屈折率を表し、ｎ２が基板のベース物質及び残りのフィルムの等価屈折率を表す、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ｉ個の波長から任意の二つの波長を選択するステップであって、ｉが３以上である、ステップと、
選択された前記二つの波長を数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）の波長に代入することによって、ｉＣ２個の基板温度の値Ｔと、ｉＣ２個のフィルム厚さの値ｄとを得るステップとを更に備えた請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ｉＣ２個の基板温度の値Ｔの平均値と、前記ｉＣ２個のフィルム厚さの値ｄの平均値とを計算して、最終的な基板温度の値と、最終的なフィルム厚さの値とを得るステップを更に備えた請求項５に記載の方法。
【請求項７】
測定された基板温度を予め記憶された参照基板温度と比較するステップと、
前記基板の現在の温度を調整するように前記真空処理装置内のヒータを制御するステップとを更に備えた請求項６に記載の方法。
【請求項８】
真空処理装置内の基板の温度を決定するためのデバイスであって、
測定される前記基板が、製造プロセスのために前記真空処理装置内のサセプタの上に配置されて、
前記サセプタから基板を通って放出された放射からｉ個の波長を選択するように構成された波長選択手段であって、ｉが１よりも大きな自然数である、波長選択手段と、
選択された前記ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を得るように構成された放射量取得手段と、
前記放射輝度のｉ個の部分及び前記ｉ個の波長に基づき、数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）を用いて、前記基板の温度を計算するように構成された計算及び分析手段とを備え、
λｉが第ｉ番目の波長であり、Ｔが基板の温度であり、Ｅ（λｉ）が、第ｉ番目の波長に対応する第ｉ番目の放射量であり、Ｔ（ｄ）が基板の透過率であって、基板上に成長させたフィルムの厚さｄの関数であり、Ｍ（λｉ，Ｔ）が黒体放射の式であって、第ｉ番目の波長λｉ及び基板の温度Ｔの関数であり、
前記基板が、ベースと、前記ベース上のｎ層のフィルムとによって形成され、
前記計算及び分析手段が、前記ベース、第一層のフィルム及び空気の屈折率に基づいて、Ｔ１（ｄ）を計算し、前記ベース及び前記第一層のフィルムを等価ベースとして、前記等価ベース、第二層のフィルム及び空気の屈折率に基づいて、Ｔ２（ｄ）を計算し、Ｔｎ（ｄ）がＴ（ｄ）となるＴｎ（ｄ）が計算されるまで、同様の計算を行うように更に構成されている、デバイス。
【請求項９】
前記真空処理装置が、有機金属化学気相成長反応器を備え、
少なくとも一つのフィルムが、前記基板がベース材料と該少なくとも一つのフィルムとを含む構造を有するように、製造プロセスにおいて前記基板上にエピタキシによって成長される、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記黒体放射の式が、
【数５】
0005676682.tif 000023
であり、ｈがプランク定数であり、ｃが光速であり、ｋがボルツマン定数である、請求項８又は９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記基板の透過率が
Ｔ（ｄ）＝１−Ｒ
によって求められ、
Ｒが、屈折率であり、
Ｒ＝ｒｒ＊
によって求められ、
ｒが振幅反射率であり、ｒ＊がｒの共役であり、
振幅反射率が
【数６】
0005676682.tif 000024
によって求められ、
ｎ０が、基板を通った放射が伝わる媒体の屈折率であり、Ｙが等価屈折率であって、
Ｙ＝Ｂ／Ｃであり、
Ｂ及びＣが行列
【数７】
0005676682.tif 000025
によって求められ、
η１及びη２が、
ｐ成分に対して、η１＝ｎ１／ｃｏｓθ、η２＝ｎ２／ｃｏｓθ
ｓ成分に対して、η１＝ｎ１ｃｏｓθ、η２＝ｎ２ｃｏｓθ
によって求められ、
θが、放射が得られる方向と法線との間の角度であり、
δ１が
【数８】
0005676682.tif 000026
によって求められ、
ｄ１が基板上の一番上のフィルムの厚さを表し、λｉが放射から選択された第ｉ番目の波長を表し、ｎ１が基板上の一番上のフィルムの屈折率を表し、ｎ２が基板のベース物質及び残りのフィルムの等価屈折率を表す、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記計算及び分析手段が、有機金属化学気相成長反応器に接続されていて、且つ、
前記ｉ個の波長から任意の二つの波長を選択し、
選択された前記二つの波長を数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）の波長に代入することによって、ｉＣ２個の基板温度の値Ｔと、ｉＣ２個のフィルム厚さの値ｄとを得るように更に構成されていて、ｉが３以上である、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記計算及び分析手段が、前記ｉＣ２個の基板温度の値Ｔの平均値と、前記ｉＣ２個のフィルム厚さの値ｄの平均値とをそれぞれ計算して、最終的な基板温度の値と、最終的なフィルム厚さの値とを得るように更に構成されている、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
参照基板温度が前記計算及び分析手段に予め記憶されていて、
前記計算及び分析手段が、
測定された基板温度を予め記憶された前記参照基板温度と比較して、
前記基板の現在の温度を調整するように前記真空処理装置内のヒータを制御するように更に構成されている、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
真空処理装置内の基板の温度を決定するためのデバイスであって、
測定される前記基板が、製造プロセスのために前記真空処理装置内のサセプタの上に配置され、前記真空処理装置が、チャンバと、前記チャンバの頂部に設けられた観測用開口とを備え、
前記サセプタから基板を通って放出された放射からｉ個の波長を選択して、選択された前記ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を得て、前記ｉ個の波長及び前記放射輝度のｉ個の部分を含む光信号を電気信号に変換するように構成された光学モジュールであって、ｉが１よりも大きな自然数である、光学モジュールと、
前記電気信号の増幅及びノイズ除去を行うように構成されたアナログモジュールと、
増幅及びノイズ除去された前記電気信号に対してデジタル・アナログ変換及び同期を行うように構成されたデジタル同期モジュールと、
数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）が予め記憶された計算及び分析手段であって、前記放射輝度のｉ個の部分及び前記ｉ個の波長に基づき、前記数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）を用いて、前記基板の温度を計算するように構成された計算及び分析手段とを備え、
λｉが第ｉ番目の波長であり、Ｔが基板の温度であり、Ｅ（λｉ）が、第ｉ番目の波長λｉに対応する第ｉ番目の放射量であり、Ｔ（ｄ）が基板の透過率であって、基板上に成長させたフィルムの厚さｄの関数であり、Ｍ（λｉ，Ｔ）が黒体放射の式であって、第ｉ番目の波長λｉ及び基板の温度Ｔの関数であり、
前記基板が、ベースと、前記ベース上のｎ層のフィルムとによって形成され、
前記計算及び分析手段が、前記ベース、第一層のフィルム及び空気の屈折率に基づいて、Ｔ１（ｄ）を計算し、前記ベース及び前記第一層のフィルムを等価ベースとして、前記等価ベース、第二層のフィルム及び空気の屈折率に基づいて、Ｔ２（ｄ）を計算し、Ｔｎ（ｄ）がＴ（ｄ）となるＴｎ（ｄ）が計算されるまで、同様の計算を行うように更に構成されている、デバイス。
【請求項１６】
前記光学モジュールが、
前記観測用開口の上方に設けられた第一レンズであって、前記サセプタから基板を通って放出された光を収束させて、分光器に向けて送るように構成された第一レンズと、
前記第一レンズから送られた放射含む光信号を波長幅の異なる光信号に分割するように構成されたｉ−１個の分光器と、
前記分光器によって分割された異なる波長を含む光信号からｉ個の波長を選択して、選択された前記ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を光信号から得るように構成されたｉ個のフィルタと、
前記ｉ個の波長と、前記ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分とを含む光信号を収束させて、複数のセンサに向けるように構成されたｉ個の第二レンズと、
前記ｉ個の第二レンズから送られた光信号をそれぞれ電気信号に変換するように構成されたｉ個のセンサとを備え、
前記ｉ個のフィルタと、前記ｉ個の第二レンズと、前記ｉ個のセンサとがｉ個の組に分割されていて、各組において、一つのフィルタと、一つの第二レンズと、一つのセンサが、この順序で直列に接続されていて、前記ｉ個の組が、前記ｉ個の波長と、前記ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分とを含むｉ個の電気信号を並列に出力する、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記光学モジュールが、
前記観測用開口の上方に設けられたレンズであって、前記サセプタから基板を通って放出された放射を収束させて、ファイバに向けて送るように構成されたレンズと、
前記レンズに接続された光ファイバであって、前記レンズから送られた放射をｉ個のフィルタに送るように構成された光ファイバと、
前記放射を含む光信号からｉ個の波長を選択して、選択された前記ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を光信号から得るように構成されたｉ個のフィルタと、
前記ｉ個のフィルタから送られた光信号をそれぞれ電気信号に変換するように構成されたｉ個のセンサとを備え、
前記ｉ個のフィルタと前記ｉ個のセンサとがｉ個の組に分割されていて、各組において、一つのフィルタと一つのセンサとがこの順序で直列に接続されていて、前記ｉ個の組が、前記ｉ個の波長と、前記ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分とを含むｉ個の電気信号を並列に出力する、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記アナログモジュールが、
前記光学モジュールから送られた電気信号を増幅するように構成されたｉ個の増幅器と、
増幅された前記電気信号のノイズ除去を行うように構成されたｉ個のフィルタとを備え、
前記ｉ個の増幅器と前記ｉ個のフィルタとがｉ個の組に分割されていて、各組において、一つの増幅器と一つのフィルタとがこの順序で直列に接続されていて、前記ｉ個の組が、前記ｉ個の波長と、前記ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分とを含むｉ個のアナログ電気信号を並列に出力する、請求項１５から１７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記デジタル同期モジュールが
前記アナログモジュールに接続されていて、且つ、前記アナログモジュールから送られたアナログ電気信号をそれぞれデジタル信号に変換するように構成されたｉ個のアナログ・デジタル変換器と、
前記ｉ個のアナログ・デジタル変換器に接続されていて、且つ、前記デジタル信号を同期するように構成されたフィールドプログラマブルゲートアレイとを備えた、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記真空処理装置が、有機金属化学気相成長反応器を備え、
少なくとも一つのフィルムが、前記基板がベース材料と該少なくとも一つのフィルムとを含む構造を有するように、製造プロセスにおいて前記基板上にエピタキシによって成長される、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記黒体放射の式が、
【数９】
0005676682.tif 000027
であり、ｈがプランク定数であり、ｃが光速であり、ｋがボルツマン定数である、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記基板の透過率が
Ｔ（ｄ）＝１−Ｒ
によって求められ、
Ｒが、屈折率であり、
Ｒ＝ｒｒ＊
によって求められ、
ｒが振幅反射率であり、ｒ＊がｒの共役であり、
振幅反射率が
【数１０】
0005676682.tif 000028
によって求められ、
ｎ０が、基板を通った放射が伝わる媒体の屈折率であり、Ｙが等価屈折率であって、
Ｙ＝Ｂ／Ｃであり、
Ｂ及びＣが行列
【数１１】
0005676682.tif 000029
によって求められ、
η１及びη２が、
ｐ成分に対して、η１＝ｎ１／ｃｏｓθ、η２＝ｎ２／ｃｏｓθ
ｓ成分に対して、η１＝ｎ１ｃｏｓθ、η２＝ｎ２ｃｏｓθ
によって求められ、
θが、放射が得られる方向と法線との間の角度であり、
δ１が
【数１２】
0005676682.tif 000030
によって求められ、
ｄ１が基板上の一番上のフィルムの厚さを表し、λｉが放射から選択された第ｉ番目の波長を表し、ｎ１が基板上の一番上のフィルムの屈折率を表し、ｎ２が基板のベース物質及び残りのフィルムの等価屈折率を表す、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記計算及び分析手段が、前記有機金属化学気相成長反応器に接続されていて、且つ、
前記ｉ個の波長から任意の二つの波長を選択し、
選択された前記二つの波長を数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）の波長に代入することによって、ｉＣ２個の基板温度の値Ｔと、ｉＣ２個のフィルム厚さの値ｄとを得るように更に構成されていて、ｉが３以上である、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記計算及び分析手段が、前記ｉＣ２個の基板温度の値Ｔの平均値と、前記ｉＣ２個のフィルム厚さの値ｄの平均値とをそれぞれ計算して、最終的な基板温度の値と、最終的なフィルム厚さの値とを得るように更に構成されている、請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２５】
参照基板温度が前記計算及び分析手段に予め記憶されていて、
前記計算及び分析手段が、
測定された基板温度を前記参照基板温度と比較して、
前記基板の現在の温度を調整するように前記真空処理装置を制御するように更に構成されている、請求項２４に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造業の分野に係り、特に、真空処理装置内の基板の温度を測定するための方法及びデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の多様な製造プロセスは基板温度に大きく依存する。従って、基板温度の制御は、半導体の製造において重要であり、基板はある程度のサイズを有するので、基板に対する均一な温度制御を行うことが特に重要である。
【０００３】
特に、基板温度の制御は、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）反応器にとって重要である。ＭＯＣＶＤは、Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎの略称である。ＭＯＣＶＤは、気相エピタキシ（ＶＰＥ，Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）成長に基づいて開発された新規気相エピタキシ成長法である。ＭＯＣＶＤでは、ＩＩＩ族元素及びＩＩ族元素の有機化合物、Ｖ族元素及びＶＩ族元素の水素化物等が、結晶を成長させるためのソース物質として使用されて、気相エピタキシが、熱分解反応においてベース物質（基体）に対して行われて、ＩＩＩ‐Ｖ族及びＩＩ‐ＶＩ族化合物の多様な半導体や、そのマルチソリッド溶液の単結晶物質の薄層を成長させる。
【０００４】
ＭＯＣＶＤの製造プロセスでは、予想通りの結晶のエピタキシャル成長を達成するために、基板温度、圧力、ガス流速等の多数のパラメータをモニタリング及び制御する必要がある。基板温度の制御は特に重要であり、基板温度の安定性及び正確性は、製造プロセスの結果に直に影響する。ＭＯＣＶＤでは、多数の基板が一般的にはサセプタ上に提供されて、そのサセプタが、高速で回転して、上部チャンバに設けられたガススプレーヘッダと共に機能して、バッチ製造プロセス用の均一で高速な製造プラットフォームを提供する。従って、ＭＯＣＶＤの製造プロセスにおいて、温度は一般的に非接触測定メカニズムを用いて測定される。
【０００５】
従来技術では、基板の温度は一般的に光の反射及び透過の原理を用いて測定される。図１は、従来技術におけるＭＯＣＶＤ反応器内の基板の温度を測定する原理の概略図である。特定の角度で基板Ｓの表面上に入射光Ｓ１１を連続的に放出するために、活性発光源１０１を基板Ｓの上方に提供して、入射光Ｓ１１は、基板Ｓの表面によって反射されて、予想される反射光Ｓ１２’が得られる。更に、従来技術では、基板Ｓの放射量を得るために関連した手段（図示せず）も設けられる。以下の式が用いられる：
Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）
【０００６】
ここで、Ｅ（λｉ）は、サセプタから基板Ｓを通って放出された放射輝度であり、Ｍ（λｉ，Ｔ）は、黒体放射の式であり、放射から選択された任意の波長λｉ及び基板温度Ｔの関数であり、Ｔ（ｄ）は基板の透過率であって、Ｔ（ｄ）＝１−Ｒであり、Ｒは基板Ｓの反射率であって、光源１０１から放出された入射光Ｓ１１及び基板Ｓの上方で得られる反射光Ｓ１２’に基づいて計算される。
【０００７】
しかしながら、図１を参照すると、基板の製造プロセス中には多数の不特定要因が存在する。例えば、ＭＯＣＶＤ反応器内において、処理される基板Ｓのバッチがサセプタ上に配置される（図１に示されるように）。多数の基板に対して均一に分布したガスを得て、また製造用の他の均一な条件を得るために、サセプタの下に設けられたシャフトを駆動させて、サセプタを高速（毎分５００〜９００回転、更には毎分１０００回転）で回転させる必要がある。ＭＯＣＶＤ製造プロセス中には高温（１２００℃等）が必要とされるので、基板Ｓはサセプタの溝の中のみに配置される。基板Ｓは、高速回転により生じる遠心力によって回転中に傾き得る。更に、製造プロセス中において、エピタキシによって基板上に多数のフィルムを成長させるが、これは基板の表面を不均一にするので、基板の表面上にパターンが生じる。上記要因は、反射光が予想された経路において検出されないという結果をもたらす。しかしながら、検出器は一般的に同じ位置に固定されている。図１を参照すると、既存の温度測定メカニズムにおいて、基板Ｓは一般的に鏡面反射を行う物体であると考えられるので、光源１０１及び検出器１０２は、基板Ｓの上方においてこの基板Ｓに対して軸対称に設けられて、反射光は経路Ｓ１２’で戻ると予想されて、反射光が検出器１０２によって正確に得られることになる。しかしながら、実際には、反射光は、例えば経路Ｓ１２で戻る。従って、検出器１０２の検出範囲が限られているので、反射光を得るのが難しい。従って、従来技術の温度測定メカニズムは大きな誤差に繋がる。
【０００８】
従って、基板用のより安定で信頼性のある温度測定メカニズムが当該分野において必要とされていて、この点に鑑み、本発明が提案される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の問題を解決するため、本発明に係る真空処理システム用の温度測定方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第一側面によると、真空処理装置内の基板の温度を決定するための方法が提供され、測定される基板は、製造プロセス用に真空処理装置内のサセプタ上に配置され、本方法は以下のステップを含む：
【００１１】
サセプタから基板を通って放出された放射からｉ個の波長を選択するステップ、ここで、ｉは１よりも大きな自然数；
【００１２】
選択されたｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を得るステップ；及び
【００１３】
放射輝度のｉ個の部分及びｉ個の波長に基づき、数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λ，Ｔ）を用いて、基板の温度を計算するステップ。ここで、Ｅ（λｉ）は第ｉ番目の放射量であり、Ｔ（ｄ）は基板の透過率であって、基板上に成長させたフィルムの厚さｄの関数であり、Ｍ（λｉ，Ｔ）は黒体放射の式であって、第ｉ番目の波長λｉ及び基板の温度Ｔの関数である。
【００１４】
更に、真空処理装置は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）反応器を含み、多数のフィルムが、ＭＯＣＶＤの製造プロセスにおいてエピタキシによって基板上に成長されて、基板がベース物質と多数のフィルムとを含む構造を有するようになる。
【００１５】
更に、黒体放射の式は以下の通りである：
【数１】
0005676682.tif 000002
【００１６】
ここでｈはプランク定数であり、ｃは光速であり、ｋはボルツマン定数であり、λｉは波長であり、Ｔは基板温度である。
【００１７】
更に、基板の透過率は、
Ｔ（ｄ）＝１−Ｒ
によって求められ、ここでＲは屈折率であり、
Ｒ＝ｒｒ＊
によって求められ、
ここで、ｒは振幅反射率であり、ｒ＊はｒの共役であり、
振幅反射率は
【数２】
0005676682.tif 000003
によって求められる。
【００１８】
ｎ０は、基板を通った放射が伝わる媒体の屈折率であり、Ｙは等価屈折率Ｙ＝Ｂ／Ｃであり、Ｂ及びＣは以下の行列によって求められる：
【数３】
0005676682.tif 000004
【００１９】
ここで、η１及びη２は以下のように求められる：
ｐ成分に対して、η１＝ｎ１／ｃｏｓθ、η２＝ｎ２／ｃｏｓθ
ｓ成分に対して、η１＝ｎ１ｃｏｓθ、η２＝ｎ２ｃｏｓθ。
θは、放射が得られる方向と法線との間の角度であり、δ１は以下のように求められる：
【数４】
0005676682.tif 000005
【００２０】
ここで、ｄ１は基板上の一番上のフィルムの厚さを表し、λｉは放射から選択された第ｉ番目の波長を表し、ｎ１は基板上の一番上のフィルムの屈折率を表し、ｎ２は、基板のベース物質及び残りのフィルムの等価屈折率である。
【００２１】
更に、本方法は、ｉ個の波長から任意の二つの波長を選択するステップと、選択された二つの波長を、数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）の波長に代入することによって、ｉＣ２個の基板温度の値Ｔと、ｉＣ２個のフィルム厚さの値ｄとを得るステップとを含む。
【００２２】
更に、本方法は、ｉＣ２個の基板温度Ｔの値の平均値と、ｉＣ２個のフィルム厚さの値ｄの平均値とをそれぞれ計算して、最終的な基板温度の値と、最終的なフィルム厚さの値とを得るステップを含む。
【００２３】
更に、本方法は、測定された基板温度を、予め記憶された参照基板温度と比較するステップと、基板の現在の温度を調整するように真空処理装置を制御するステップとを含む。
【００２４】
本発明の第二側面によると、真空処理装置内の基板の温度を決定するためのデバイスが提供され、測定される基板は、製造プロセス用に真空処理装置内のサセプタ上に配置され、本デバイスは以下のものを含む：
【００２５】
サセプタから基板を通って放出された放射からｉ個の波長を選択するように構成された波長選択手段、ここで、ｉは１よりも大きな自然数；
【００２６】
選択されたｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を得るように構成された放射量取得手段；及び
【００２７】
放射輝度のｉ個の部分及びｉ個の波長に基づき、数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λ，Ｔ）を用いて、基板の温度を計算するように構成された計算及び分析手段。ここで、Ｅ（λｉ）は第ｉ番目の放射量であり、Ｔ（ｄ）は基板の透過率であって、基板上に成長させたフィルムの厚さｄの関数であり、Ｍ（λｉ，Ｔ）は黒体放射の式であって、第ｉ番目の波長λｉ及び基板温度Ｔの関数である。
【００２８】
更に、真空処理装置は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）反応器を含み、少なくとも一枚のフィルムが、ＭＯＣＶＤの製造プロセスにおいてエピタキシによって基板上に成長されて、基板がベース物質と少なくとも一枚のフィルムとを含む構造を有するようになる。
【００２９】
更に、黒体放射の式は以下の通りである。
【数５】
0005676682.tif 000006
【００３０】
ここで、ｈはプランク定数であり、Ｃは光速であり、ｋはボルツマン定数であり、λｉは波長であり、Ｔは基板温度である。
【００３１】
更に、基板の透過率は
Ｔ（ｄ）＝１−Ｒ
によって求められ、
ここで、Ｒは屈折率であって、
Ｒ＝ｒｒ＊
によって求められ、ｒは振幅反射率であり、ｒ＊はｒの共役であり、
振幅反射率は
【数６】
0005676682.tif 000007
によって求められる。
【００３２】
ここで、ｎ０は、基板を通った放射が伝わる媒体の屈折率であり、Ｙは等価屈折率Ｙ＝Ｂ／Ｃであり、Ｂ及びＣは
【数７】
0005676682.tif 000008
によって求められる。
【００３３】
ここで、η１及びη２は以下のように求められる：
ｐ成分に対して、η１＝ｎ１／ｃｏｓθ、η２＝ｎ２／ｃｏｓθ
ｓ成分に対して、η１＝ｎ１ｃｏｓθ、η２＝ｎ２ｃｏｓθ
θは、放射が得られる方向と法線との間の角度であり、δ１は以下のように求められる：
【数８】
0005676682.tif 000009
【００３４】
ここで、ｄ１は基板上の一番上のフィルムの厚さを表し、λｉは放射から選択された第ｉ番目の波長を表し、ｎ１は基板上の一番上のフィルムの屈折率を表し、ｎ２は、基板のベース物質及び残りのフィルムの等価屈折率である。
【００３５】
更に、計算及び分析手段は、ＭＯＣＶＤ反応器に接続され、更に、ｉ個の波長から任意の二つの波長を選択して、選択された二つの波長を数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）の波長に代入することによって、ｉＣ２個の基板温度の値Ｔ及びｉＣ２個のフィルム厚さの値ｄを得るように更に構成される。
【００３６】
更に、計算及び分析手段は、ｉＣ２個の基板温度の値Ｔの平均値と、ｉＣ２個のフィルム厚さの値ｄの平均値とをそれぞれ計算して、最終的な基板温度の値と、最終的なフィルム厚さの値とを得るように更に構成される。
【００３７】
更に、参照基板温度が、計算及び分析手段に予め記憶されていて、計算及び分析手段が、測定された基板温度を、予め記憶された参照基板温度と比較して、基板の現在の温度を調整するように真空処理装置を制御するように更に構成される。
【００３８】
本発明の第三側面によると、真空処理装置内の基板の温度を決定するためのデバイスが提供され、測定される基板は、製造プロセス用に真空処理装置内のサセプタの上に配置され、真空処理装置が、チャンバを含み、観測用開口がチャンバの頂部に設けられ、本デバイスは以下のものを含む：
【００３９】
サセプタから基板を通って放出された放射からｉ個の波長を選択して、選択されたｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を得て、ｉ個の波長と、放射輝度のｉ個の部分を含む光信号を電気信号に変換するように構成された光学モジュール、ここでｉは１よりも大きな自然数；
【００４０】
電気信号の増幅及びノイズ除去を行うように構成されたアナログモジュール；
【００４１】
増幅及びノイズ除去された電気信号に対してデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ，Ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｏ  Ａｎａｌｏｇ）変換及び同期を行うように構成されたデジタル同期モジュール；及び
【００４２】
数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）が予め記憶されている計算及び分析手段。計算及び分析手段は、放射輝度のｉ個の部分及びｉ個の波長に基づき、数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）を用いて、基板の温度を計算するように構成されていて、ここで、Ｅ（λｉ）は第ｉ番目の放射量であり、Ｔ（ｄ）は基板の透過率であって、基板上に成長させたフィルムの厚さｄの関数であり、Ｍ（λｉ，Ｔ）は黒体放射の式であって、第ｉ番目の波長λｉ及び基板温度Ｔの関数である。
【００４３】
光学的に、光学モジュールは以下のものを含む：
【００４４】
観測用開口の上方に設けられ、サセプタから基板を通って放出された放射を収束させて、分光器に向けて送るように構成された第一レンズ；
【００４５】
第一レンズから送られた放射を含む光信号を、波長幅（波長間隔）の異なる光信号に分割するように構成されたｉ−１個の分光器；
【００４６】
分光器によって分割された異なる波長を含む光信号からｉ個の波長を選択して、選択されたｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を光信号から得るように構成されたｉ個のフィルタ；
【００４７】
ｉ個の波長と、ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を含む光信号を収束させて、複数のセンサに向けるように構成されたｉ個の第二レンズ；及び
【００４８】
ｉ個の第二レンズから送られた光信号をそれぞれ電気信号に変換するように構成されたｉ個のセンサ。
【００４９】
ここで、ｉ個のフィルタと、ｉ個の第二レンズと、ｉ個のセンサとはｉ個の組に分割されて、各組において、一つのフィルタと、一つの第二レンズと、一つのセンサとがこの順序で直列に接続されて、ｉ個の組が、ｉ個の波長と、ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分とを含むｉ個の電気信号を並列に出力する。
【００５０】
光学的に、光学モジュールは以下のものを含む：
【００５１】
観測用開口の上方に設けられ、サセプタから基板を通って放出された放射を収束させて、ファイバに向けて送るように構成されたレンズ；
【００５２】
レンズに接続されて、レンズから送られた放射をｉ個のフィルタに送るように構成された光ファイバ；
【００５３】
異なる波長を含む光信号からｉ個の波長を選択して、選択されたｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を光信号から得るように構成されたｉ個のフィルタ；及び
【００５４】
ｉ個のフィルタから送られた光信号をそれぞれ電気信号に変換するように構成されたｉ個のセンサ。
【００５５】
ここで、ｉ個のフィルタと、ｉ個のセンサとはｉ個の組に分割されて、各組において、一つのフィルタと、一つのセンサとがこの順序で直列に接続されて、ｉ個の組が、ｉ個の波長と、ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分とを含むｉ個の電気信号を並列に出力する。
【００５６】
更に、アナログモジュールは以下のものを含む：
【００５７】
光学モジュールから送られた電気信号を増幅するように構成されたｉ個の増幅器；及び
【００５８】
増幅された電気信号のノイズ除去を行うように構成されたｉ個のフィルタ。
【００５９】
ここで、ｉ個の増幅器とｉ個のフィルタとはｉ個の組に分割されて、各組において、一つの増幅器と、一つのフィルタとがこの順序で直列に接続されて、ｉ個の組が、ｉ個の波長と、ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分とを含むｉ個のアナログ電気信号を並列に出力する。
【００６０】
更に、デジタル同期モジュールは以下のものを含む：
【００６１】
アナログモジュールに接続されて、アナログモジュールから送られたアナログ電気信号をそれぞれデジタル信号に変換するように構成されたｉ個のアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ，Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器；及び
【００６２】
ｉ個のＡ／Ｄ変換器に接続されて、デジタル信号を同期するように構成されたフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）。
【００６３】
更に、真空処理装置は有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）反応器を含み、少なくとも一枚のフィルムがＭＯＣＶＤの製造プロセスにおいてエピタキシによって基板上に成長されて、基板が、ベース材料及び少なくとも一枚のフィルムを含む構造を有するようになる。
【００６４】
更に、黒体放射の式は以下の通りである：
【数９】
0005676682.tif 000010
【００６５】
ここで、ｈはプランク定数であり、Ｃは光速であり、ｋはボルツマン定数であり、λｉは波長であり、Ｔは基板温度である。
【００６６】
更に、基板の透過率は
Ｔ（ｄ）＝１−Ｒ
によって求められ、
ここで、Ｒは屈折率であって、
Ｒ＝ｒｒ＊
によって求められ、ｒは振幅反射率であり、ｒ＊はｒの共役であり、
振幅反射率は
【数１０】
0005676682.tif 000011
によって求められる。
【００６７】
ここで、ｎ０は、基板を通った放射が伝わる媒体の屈折率であり、Ｙは等価屈折率Ｙ＝Ｂ／Ｃであり、Ｂ及びＣは
【数１１】
0005676682.tif 000012
によって求められる。
【００６８】
ここで、η１及びη２は以下のように求められる：
ｐ成分に対して、η１＝ｎ１／ｃｏｓθ、η２＝ｎ２／ｃｏｓθ
ｓ成分に対して、η１＝ｎ１ｃｏｓθ、η２＝ｎ２ｃｏｓθ
θは、放射が得られる方向と法線との間の角度であり、δ１は以下のように求められる：
【数１２】
0005676682.tif 000013
【００６９】
ここで、ｄ１は基板上の一番上のフィルムの厚さを表し、λｉは放射から選択された第ｉ番目の波長を表し、ｎ１は基板上の一番上のフィルムの屈折率を表し、ｎ２は、基板のベース物質及び残りのフィルムの等価屈折率である。
【００７０】
更に、計算及び分析手段は、ＭＯＣＶＤ反応器に接続され、更に、ｉ個の波長から任意の二つの波長を選択して、選択された二つの波長を数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）の波長に代入することによって、ｉＣ２個の基板温度の値Ｔ及びｉＣ２個のフィルム厚さの値ｄを得るように構成される。
【００７１】
更に、計算及び分析手段は、ｉＣ２個の基板温度の値Ｔの平均値と、ｉＣ２個のフィルム厚さの値ｄの平均値とをそれぞれ計算して、最終的な基板温度の値と、最終的なフィルム厚さの値とを得るように更に構成される。
【００７２】
更に、参照基板温度が、計算及び分析手段に予め記憶されていて、計算及び分析手段が、測定された基板温度を、予め記憶された参照基板温度と比較して、基板の現在の温度を調整するように真空処理装置を制御するように更に構成される。
【発明の効果】
【００７３】
本発明に係る基板温度測定メカニズムは、高精度で優れた信頼性を有し、特に、ＭＯＣＶＤ反応器内の高温製造プロセス中に高速回転している基板の温度を非接触で制御するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】従来技術の有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）反応器内の基板の温度を測定する原理の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＭＯＣＶＤ反応器内の基板の温度を測定する原理の概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る基板の温度を測定するための方法のフローチャートである。
【図４（ａ）】本発明の一実施形態に係る一組の手段の詳細構造の拡大図及びＭＯＣＶＤ反応器の接続関係の概略図である。
【図４（ｂ）】本発明の他の実施形態に係る一組の手段の詳細構造の拡大図及びＭＯＣＶＤ反応器の接続関係の概略図である。
【図４（ｃ）】本発明の更に他の実施形態に係る一組の手段の光学モジュールの詳細構造の拡大図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る多数のフィルムを含む構造を有する基板の概略構造図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るＭＯＣＶＤ反応器内のサセプタ及び基板の概略上面図である。
【図７】従来技術の温度測定メカニズムの技術的効果の概略的グラフである。
【図８】本発明に係る温度測定メカニズムの技術的効果の概略的グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
図面において、同じ又は同様の参照番号は、同じ又は同様のステップ特徴／手段（モジュール）を指称する。
【００７６】
従来技術と比較して、本発明に係る基板の温度測定メカニズムは、固定された活性入射光源を用いて基板上に光を照射することによって及び光の反射によって基板の温度を計算する必要がない。本発明では、基板の温度及び他の関連パラメータは、基板の放射量及び放射から得られる波長に基づき、数学的方程式を用いることによって計算可能であり、黒体放射原理が用いられ、サセプタが黒体として使用される。
【００７７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００７８】
本発明の第一側面によると、真空処理装置内の基板の温度を決定するための方法が提供される。本発明は、基板の温度を測定又は制御する必要のあるあらゆる真空処理装置に適用可能であり、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）反応器、エッチング反応器、化学成膜反応器が挙げられるがこれらに限定されるものではないことを当業者は理解されたい。好ましくは、本発明は、ＭＯＣＶＤ反応器に適用される。
【００７９】
以下、本発明のメカニズムを、ＭＯＣＶＤ反応器を例にとって説明する。
【００８０】
図２は、本発明の一実施形態に係るＭＯＣＶＤ反応器内の基板の温度を測定する原理の概略図である。ＭＯＣＶＤ反応器は反応チャンバ２０５を含み、少なくとも一つのサセプタ２０６と、サセプタ２０６を支持するための回転シャフト２０８とが反応チャンバ２０５内に設けられる。回転シャフト２０８は、他の動力手段（図示せず）の駆動によって、毎分５００〜１０００回転等の高速で回転することができて、サセプタ２０６も、回転シャフト２０８の駆動によって高速で回転することができて、つまり、図２に示される垂直破線Ｐを軸として回転する。処理される複数の基板Ｗがサセプタ２０６の上面に配置される。基板Ｗを配置するため、複数の溝又は凹部（図示せず）が、処理される基板を配置するようにサセプタ２０６の上面に設けられる。１２００℃等の製造温度にサセプタ２０６の温度を維持するために、加熱手段２０７が反応チャンバ２０５内部に更に設けられる。基板Ｗは、ベース物質と、そのベース物質上の一枚以上のフィルムとを含む。図示される実施形態では、基板Ｗは、サファイアをベース材料としていて、その上に一枚以上のフィルムをＭＯＣＶＤ製造プロセスにおいてエピタキシで成長させるものとして例示されていて、基板は、ベース物質及びフィルムを含む構造を有することになる。
【００８１】
観測用開口２０１が、反応チャンバの頂部等の反応チャンバ２０５の適切な位置に設けられる。レンズ２０２が、観測用開口２０１の上方に更に設けられる。基板の温度及び他のパラメータを測定するため、レンズ２０２が複数の手段（図面では一組の手段２０４として例示される）に更に接続される。一組の手段２０４は特定の手段ではなくて、便利な説明及び例示のためだけのものであって、一組の複数のハードウェア手段と見なすことができる点に留意されたい。例えば、一組の手段２０４は、光ファイバ、フィルタ、レンズ、増幅器、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ，ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  ｄｉｇｉｔａｌ）変換器、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ，Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、マイクロプログラム制御装置（ＭＣＵ，Ｍｉｃｒｏ−ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）等を含み、図４（ａ）及び図４（ｂ）に関連して以下で詳述するアーキテクチャ及び機能を有する。
【００８２】
図４（ａ）及び図４（ｂ）の一組の手段２０４は、光学モジュール２０４７／２０４７’と、アナログモジュール２０４８と、デジタル同期モジュール２０４９と、計算及び分析モジュール２０４６とを含むが、光学モジュール２０４７／２０４７’と、アナログモジュール２０４８と、デジタル同期モジュール２０４９と、計算及び分析モジュール２０４６とを、上記モジュールの全ての機能を有する単一のモジュール／システム／手段に集積させることができることを当業者は理解されたい。
【００８３】
図３は、本発明の一実施形態に係る基板の温度を測定するための方法のフローチャートである。本発明に係る真空処理装置内の基板の温度を決定するための方法が提供され、測定される基板は、製造プロセス用に真空処理装置内のサセプタの上に配置され、本方法は以下のステップＳ１からステップＳ３を含む：
【００８４】
ステップＳ１、サセプタから基板を通って放出された放射からｉ個の波長を選択するステップ、ここで、ｉは１よりも大きな自然数；
【００８５】
ステップＳ２、選択されたｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を得るステップ；
【００８６】
ステップＳ３、放射輝度のｉ個の部分及びｉ個の波長に基づき、連立方程式としてＥ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）の数学的方程式を用いて、基板の温度を計算するステップ、ここで、λｉは第ｉ番目の波長、Ｔは基板の温度、Ｅ（λｉ）は、第ｉ番目の波長λｉに対応する第ｉ番目の放射量であり、Ｔ（ｄ）は基板の透過率であって、基板上に成長させたフィルムの厚さｄの関数であり、Ｍ（λｉ，Ｔ）は黒体放射の式であって、第ｉ番目の波長λｉ及び基板温度Ｔの関数である。
【００８７】
本発明の好ましい実施形態によると、ｉ＝２であり、基板の温度を測定するための方法法は以下のステップを含む：
【００８８】
まず、サセプタ２０６から基板Ｗを通って放出された放射から２個の波長を選択するステップＳ１が実施される；
【００８９】
次に、選択された２個の波長に対応する放射輝度の２個の部分を得るステップＳ２が実施されて、次に、基板の温度Ｔを計算するステップＳ３が実施される。
【００９０】
以下、基板の温度Ｔを計算するのに必要な他のパラメータをハードウェア手段によって得るための方法を説明する。
【００９１】
黒体放射の原理によると、黒体としてのサセプタ２０６は、外部に放射を放出することを理解されたい。図２を参照すると、サセプタ２０６から基板Ｗを通って放出された全放射（矢印によって示される）は、反応器の観測用開口２０１を介して第一レンズ２０２に送られて、第一レンズ２０２が放射を一組の手段２０４に向ける。
【００９２】
図４（ａ）は本発明の一実施形態に係る一組の手段２０４の詳細構造の拡大図及びＭＯＣＶＤ反応器の接続関係の概略図である。一組の手段２０４は、光学モジュール２０４７と、アナログモジュール２０４８と、デジタル同期モジュール２０４９と、計算及び分析モジュール２０４６とを含む。
【００９３】
サセプタ２０６から基板Ｗを通って放出された全放射は光として伝播することを当業者は理解されたい。本発明の一実施形態によると、光学モジュール２０４７は、分光器及びフィルタの構成によって、波長λ１及びλ２と、波長に対応する放射輝度の部分Ｅ（λ１）及び（λ２）とを選択する。第一レンズ２０２は、全放射を含む光信号を収束させて、分光器２０１０に向ける。分光器２０１０は、所定の波長以上の透過率の光を透過させて、所定の波長以下の透過率の光を反射して、波長の異なる光を分割することができる。図４（ａ）に示されるように、波長λ１及びλ２（λ２＞λ１）を有する光信号と、波長λ１及びλ２とを選択するため、分光器２０１０は、（λ１＋λ２）／２よりも大きい波長を有する光信号を第一フィルタ２０４１ｂに透過させて、（λ１＋λ２）／２よりも小さい波長を有する光信号を第一フィルタ２０４１ａに反射するように構成される。第一フィルタ２０４１ａは、λ１の波長を有する光信号を選択するように構成されて、第一フィルタ２０４１ｂは、λ２の波長を有する光信号を選択するように構成される。
【００９４】
第一フィルタ２０４１ａ、２０４１ｂは、第二レンズ２０２ａ、第二レンズ２０２ｂにそれぞれ接続される。第二レンズ２０２ａ、第二レンズ２０２ｂは、センサ２０４２ａ、センサ２０４２ｂにそれぞれ接続される。第二レンズ２０２ａ、２０２ｂは、それぞれ波長λ１、λ２を有する光信号をセンサ２０４２ａ、２０４２ｂに向けて、センサ２０４２ａ及び２０４２ｂは、光信号を電気信号に変換し得る。従って、それぞれλ１、λ２の波長を有する二つの光信号は、センサ２０４２ａ、２０４２ｂによって電気信号に変換されて、アナログモジュール２０４８に送られる。ここで、電気信号はアナログ信号である。
【００９５】
更に、アナログモジュール２０４８は二つの増幅器及び二つのフィルタを含む。それぞれλ１、λ２の波長を有するアナログ電気信号は、増幅器２０４３ａ、２０４３ｂによって増幅されて、次に、第二フィルタ２０４１ｃ、２０４１ｄによってノイズ除去されて、デジタル同期モジュール２０４９に送られる。
【００９６】
更に、デジタル同期モジュール２０４９は、二つのＡ／Ｄ変換器２０４４ａ及び２０４４ｂと、ＦＰＧＡ２０４５とを含む。それぞれλ１、λ２の波長を有するアナログ電気信号は、アナログモジュール２０４８によって増幅及びノイズ除去されて、次に、Ａ／Ｄ変換器２０４４ａ、２０４４ｂによってデジタル信号に変換される。次に、それぞれλ１、λ２の波長を有するデジタル信号は、ＦＰＧＡ２０４５によって同期されて、計算及び分析のために計算及び分析手段２０４６に送られる。計算及び分析手段２０４６は典型的にマイクロプログラムプロセッサ又はマイクロプログラムコントローラである。
【００９７】
一組の手段２０４は異なる構成を有し得る。図４（ｂ）は、本発明の他の実施形態に係る一組の手段の詳細構造の拡大図及びＭＯＣＶＤ反応器の概略図であり、図４（ａ）に示される実施形態とは光学モジュールが異なる。図４（ｂ）に示される光学モジュール２０４７’は、光ファイバ及びフィルタの構成によって、放射輝度の部分Ｅ（λ１）及びＥ（λ２）と、波長λ１及びλ２とを選択する。第一レンズ２０２’は光ファイバ２０３に直接接続されて、光ファイバ２０３は、第一フィルタ２０４１ａ’及び２０４１ｂ’に接続される。従って、サセプタ２０６から基板Ｗを通って放出された放射は、第一レンズ２０２’によって収束されて光ファイバ２０３に向けられて、放射輝度を含む光信号が、光ファイバ２０３によって第一フィルタ２０４１ａ’、２０４１ｂ’に送られる。それぞれλ１、λ２の波長を有する光信号は、第一フィルタ２０４１ａ’、２０４１ｂ’によって直接フィルタリングされる。第一フィルタ２０４１ａ’、２０４１ｂ’はそれぞれ第二レンズ２０２ａ’、２０２ｂ’に接続されて、第二レンズ２０２ａ’、２０２ｂ’は、センサ２０４２ａ’、２０４２ｂ’に接続される。第二レンズ２０２ａ’、２０２ｂ’は、それぞれλ１、λ２の波長を有する光信号を収束させて、センサ２０４２ａ’、２０４２ｂ’に向けて、センサ２０４２ａ’、２０４２ｂ’は、光信号を電気信号に変換することができる。従って、波長λ１、λ２を有する二つの光信号が、それぞれセンサ２０４２ａ’、２０４２ｂ’によって電気信号に変換されて、次に、増幅及びノイズ除去のためにアナログモジュール２０４８に送られて、次に、Ａ／Ｄ変換及び同期のためにデジタル同期モジュール２０４９に送られて、最後に、計算及び分析手段２０４６に送られる。
【００９８】
サセプタ２０６から基板Ｗを通って放出された放射は光信号であると説明してきたが、その光信号は一組の信号処理によってデジタル信号に変換され、そのデジタル信号が、波長λ１及びλ２と、波長λ１及びλ２に対応する放射輝度の部分Ｅ（λ１）及びＥ（λ２）を含む点に留意されたい。放射輝度の部分Ｅ（λ１）及びＥ（λ２）を含むデジタル信号は、波長λ１及びλ２を有し、逆もまた同様である。従って、計算及び分析のために本発明の基板温度測定メカニズムで必要とされる放射輝度の部分Ｅ（λ１）及びＥ（λ２）と、波長λ１及びλ２が得られる。
【００９９】
最後に、放射輝度の部分Ｅ（λ１）及びＥ（λ２）と波長λ１及びλ２とに基づき、数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）を用いて、基板温度Ｔを計算するステップＳ３が行われる。上記計算及び分析プロセスは、計算及び分析手段２０４６において行われる。以下の数学的方程式は計算及び分析手段２０４６に予め記憶されている。
【０１００】
Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）
【０１０１】
ここで、λｉは第ｉ番目の波長であり、Ｔは基板の温度であり、Ｅ（λｉ）は、第ｉ番目の波長λｉに対応する第ｉ番目の放射量であり、Ｔ（ｄ）は、基板の透過率であって、基板上に成長させたフィルムの厚さｄの関数であり、Ｍ（λｉ，Ｔ）は以下の黒体放射の式であって、第ｉ番目の波長λｉ及び基板温度Ｔの関数である。
【０１０２】
【数１３】
0005676682.tif 000014
【０１０３】
ここで、ｈはプランク定数であり、ｃは高速であり、ｋはボルツマン定数であり、λｉは波長であり、Ｔは基板温度とみなされる。
【０１０４】
黒体放射の式
【数１４】
0005676682.tif 000015
において、Ｔの実際の意味は、放射を放出する物体の温度であり、実際には、上記実施形態のサセプタの温度である。しかしながら、本発明では、サセプタ及び基板は熱伝導性であり、サセプタ及び基板の温度が同じであるとみなすことができるような、又はサセプタと基板の温度差を無視することができるような熱伝導レベルを有しているものと考える。
【０１０５】
図５は、本発明の一実施形態に係る多数のフィルムを含む構造を有する基板の概略構造図である。以下、図５を参照して、基板の屈折率Ｔ（ｄ）を計算するプロセスを説明する。基板が、ベース物質（基材）と、製造プロセスにおいて基板の上に多数のフィルム物質をエピタキシャル成長させた多数のフィルムとを含む構造を有している場合、基板の屈折率Ｔ（ｄ）は等価屈折率である。
【０１０６】
具体的には、基板のベース物質ｓｕｂが例えばサファイアの場合、第一のフィルム物質ｍ１をその上にエピタキシによって成長させるとして、屈折率Ｔ１（ｄ）を、サファイアのベース物質ｓｕｂの屈折率と、第一のフィルム物質ｍ１の屈折率と、空気の屈折率とに基づいて計算することができることを当業者は理解されたい。従って、本発明の計算方法は以下の通りである：  第二のフィルム物質ｍ２を更にエピタキシによって第一のフィルム物質ｍ１の上に成長させる場合、第一のフィルム物質ｍ１及びのサファイアのベース物質ｓｕｂを、第一の等価ベース物質ｓｕｂ１として用いることができて、その上に二枚のフィルムをエピタキシによって成長させた基板の第二の等価屈折率Ｔ２（ｄ）を、第一の等価ベース物質ｓｕｂ１の屈折率と、第二のフィルム物質ｍ２の屈折率と、空気の屈折率とに基づいて計算することができ、ここで、第一の等価ベース物質ｓｕｂ１の屈折率Ｔ１（ｄ）は第一ステップにおいて既に計算されている。同様に、ｎ個のフィルム物質をエピタキシによって基板上に成長させる場合、第一番目から第ｎ−１番目までのフィルムとサファイアのベース物質ｓｕｂとを第ｎ−１番目の等価ベース物質ｓｕｂｎ−１として利用することができて、その上にｎ枚のフィルムをエピタキシによって成長させた基板の屈折率Ｔｎ（ｄ）を、第ｎ−１番目の等価ベース物質ｓｕｂｎ−１の屈折率と、第ｎ番目のフィルム物質の屈折率と、空気の屈折率とに基づいて計算することができる。
【０１０７】
具体的には、ｎ個のフィルム物質をエピタキシによって基板上に成長させる場合、その時点での基板の透過率Ｔｎ（ｄ）を以下のように求めることができる：
Ｔｎ（ｄ）＝１−Ｒ
【０１０８】
ここで、Ｒは屈折率である。
【０１０９】
屈折率Ｒは以下のように求められる；
Ｒ＝ｒｒ＊
【０１１０】
ここで、ｒは振幅反射率であり、ｒ＊はｒの共役である。
【０１１１】
振幅反射率ｒは以下のように求められる：
【数１５】
0005676682.tif 000016
【０１１２】
ここで、ｎ０は、サセプタから基板を通って放出された放射が伝わる媒体の屈折率であり、本実施形態では空気の屈折率であり、つまり、ｎ０＝１である。Ｙは、その上にｎ枚のフィルムをエピタキシによって成長させた基板の等価屈折率である：
【０１１３】
Ｙ＝Ｂ／Ｃ
【０１１４】
ここで、Ｂ及びＣは以下の行列によって求められる：
【数１６】
0005676682.tif 000017
【０１１５】
ここで、η１及びη２は以下のように求められる：
ｐ成分に対して、η１＝ｎ１／ｃｏｓθ、η２＝ｎ２／ｃｏｓθ；
ｓ成分に対して、η１＝ｎ１ｃｏｓθ、η２＝ｎ２ｃｏｓθ
ここで、θは、放射が得られる方向と法線との間の角度であり、δ１は以下のように求められる：
【数１７】
0005676682.tif 000018
【０１１６】
ここで、光は光波として伝播して、上記ｐ成分及びｓ成分が、方向の異なる光波の二つの成分を指称することを当業者は理解されたい。θは、放射を含む光信号と法線との間の角度であり、つまり、図３並びに図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照すると、入射角である。本実施形態では、理想状態において、放射が基板に垂直な方向に得られて、つまり、サセプタから基板を通って放出された放射が、垂直方向においてのみ得られて（図３並びに図４（ａ）及び図４（ｂ）の垂直の矢印によって示されるように）、θ＝０である。
【０１１７】
ｎ枚のフィルムをエピタキシによって基板上に成長させる場合、ｄ１は、一番上のフィルム、つまり第ｎ番目のフィルムの厚さを表し、λｉは、放射から選択された第ｉ番目の波長を表し、ｎ１は、第ｎ番目のフィルムの屈折率を表し、ｎ２は、第ｎ−１番目の等価ベース物質の屈折率を表す。ｎ１は、フィルムを形成する物質に基づいて求められ、ｎ２は、これまでのステップにおいて既に計算されている。
【０１１８】
本発明に係る等価屈折率を計算するための方法を用いることによって、多数のフィルムの構造を有する基板の現在の屈折率を、実時間で／あらゆる時点において計算することができる点に留意されたい。各フィルム物質のエピタキシャル成長の終点を計算用のノードとして使用することは不要であり、フィルムの一部分のみがエピタキシャル成長によって成長している場合であっても、計算を行うことができる。例えば、第ｎ番目のフィルム物質の三分の一がエピタキシによって成長した際に計算を行うことが手続的に必要とされる場合、フィルム物質の三分の一を、一番上のフィルムとして利用することができて、第一番目から第ｎ−１番目までのフィルム及びサファイアのベース物質を等価ベース物質として利用することができる。
【０１１９】
上記実施形態では、新たなフィルムをエピタキシによって成長させる度に、全てのこれまでのフィルム及びベース物質が等価ベース物質として利用されて、数学的計算がこれに基づいて行われる。しかしながら、基板上にエピタキシによって成長させた全てのフィルムを単一のフィルムと見なすことができて、上記式を用いて計算を行うことができる点を当業者は理解されたい。上記実施形態とは計算順序のみにおいて異なるので、簡単のため、その計算プロセスについてここでは詳述しない。上記式を用いた全ての実施形態が、その計算順序にかかわらず、本発明の保護範囲内にある点に留意されたい。
【０１２０】
ｉ＝２の実施形態では、二つの波長λ１及びλ２がそれぞれ、上記数学的方程式の波長に代入される：
Ｅ（λ１）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λ１，Ｔ）、
Ｅ（λ２）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λ２，Ｔ）
【０１２１】
ここで、Ｅ（λ１）及びＥ（λ２）を、上述のようなステップＳ１において得ることができて、これら二つの方程式において、温度の値Ｔ及びフィルム厚さの値ｄのみが未知であり、一組の方程式を解くことによって、温度の値Ｔ及びフィルム厚さの値ｄを得ることができる。
【０１２２】
更に、ｉ＞２の場合、ｉ個の波長から任意の二つの波長を選択して、数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）の波長に代入する。各二つ波長に対して、一組の方程式が得られ、ｉＣ２組の方程式が全体としては得られて、最終的に、ｉＣ２個の基板温度の値Ｔと、ｉＣ２個のフィルム厚さの値ｄを得ることができる。
【０１２３】
好ましくは、ｉＣ２個の基板温度の値Ｔの平均値と、ｉＣ２個のフィルム厚さの値ｄの平均値をそれぞれ計算して、最終的な基板温度の値及び最終的なフィルム厚さの値を得る。
【０１２４】
ｉ＞２の場合に波長を選択する必要がある時には、多数の波長の放射輝度の部分と、多数の波長とを、分光器と、それに関連したハードウェア（フィルタ、レンズ、センサ等）との連携の多段階の構成によって得ることができる。図４（ｃ）は、本発明の更に他の実施形態に係る一組の手段２０４の光学モジュール２０４７”の詳細構造の拡大図である。上記実施形態の一変形例として、他の分光器２０１０ｂが、分光器２０１０ａと並列に更に接続される。従って、サセプタから基板を通って放出された放射を含む光信号が分光器２０１０ａに送られる。分光器２０１０ａは、（λ１＋λ２）／２よりも小さな波長を有する光信号をフィルタ２０４１ａに反射し、フィルタ２０４１ａは、λ１の波長を有する光信号を選択し得る。一方、分光器２０１０ａは、（λ１＋λ２）／２よりも大きな波長を有する光信号を分光器２０１０ｂに透過させる。更に、分光器２０１０ｂは、（λ２＋λ３）／２よりも大きな波長を有する光信号を後続の分光器に透過させ、（λ２＋λ３）／２よりも小さな波長を有する光信号をフィルタ２０４１ｂに反射するように構成されていて、フィルタ２０４１ｂは、λ２の波長を有する光信号を選択し得る。同様に、本発明では、多数の分光器を、分光器２０１０ｎ−１、分光器２０１０ｎまで、分光器２０１０ｂと並列に接続し得る。図４（ｃ）に示されるように、分光器２０１０ａ〜２０１０ｎはそれぞれ、フィルタ２０４１ａ〜２０４１ｎに接続されて、フィルタ２０４１ａ〜２０４１ｂが、第二レンズ２０２ａ〜２０２ｎに接続されて、第二レンズ２０２ａ〜２０２ｎがそれぞれセンサ２０４２ａ〜２０４２ｎに接続されて、λ１、λ２、…、λｎ−１、λｎの波長を有する光信号を選択することができて、光信号が電気信号に変換されて、後続のアナログモジュール（図示せず）に並列に送られる。
【０１２５】
本発明のメカニズムによると、選択される波長が多くなるほど、計算精度が高くなるが、アルゴリズムが複雑になり、計算速度が遅くなる。従って、製造プロセスは、実際の要求に応じて最適化され得る。
【０１２６】
図６は、本発明の一実施形態に係るＭＯＣＶＤ反応器内のサセプタ及び基板の概略上面図である。図６に示されるように、基板をできるだけ多く配置するため、多数の基板Ｗは、サセプタ２０６上の溝又はアクセス（図示せず）内に放射状に配置されて、それら溝又はアクセスは基板に一対一で対応している。基板は、２寸（ｃｕｎ）、４寸、６寸、１２寸等の多様なサイズを有し得る。図２に示されるように、レンズ２０２は、観測用開口２０１の上方に設けられて、観測用開口２０１は、垂直方向においてサセプタ２０６上の測定点２０６１の上方にある。サセプタ２０６は、回転シャフト２０８の駆動によって、回転する。一例として、各基板Ｗは、回転経路２０６２において回転シャフト２０８に対して高速回転する。サセプタ２０６が高速回転する場合、測定点２０６１は固定されて、サセプタ２０６の中心Ｏから半径方向距離２０６３だけ離れた位置にある。
【０１２７】
サセプタ２０６又は回転シャフト２０８を毎分１０００回転の速度で回転させて、８個の基板Ｗをサセプタ２０６上に均一に配置すると仮定すると、一つの基板は、（６０／１０００）×（１／８）＝０．００７５秒毎に測定点２０６１を通過することになる。従って、本実施形態では、関連手段は、０．００７５秒毎に上記測定方法を行うように制御されて、サセプタ２０６上の基板の温度を逐次的に得ることができる。
【０１２８】
本測定方法は以下のステップを更に含む。
【０１２９】
計算された基板温度は、計算及び分析手段２０４６に予め記憶された参照基板温度と比較される。計算された基板温度が予め記憶された基板温度よりも大きい場合、計算及び分析手段２０４６は、反応器に制御信号を送信して、基板の現在の温度を低下させるように反応器内の加熱手段２０７を反応器に制御させる。計算された基板温度が予め記憶された基板温度よりも小さい場合、計算及び分析手段２０４６は反応器に制御信号を送信して、基板の現在の温度を上昇させるように反応器内の加熱手段２０７を反応器に制御させる。
【０１３０】
本発明の第二側面によると、真空処理装置内の基板の温度を求めるためのデバイスが提供され、測定される基板は、製造プロセス用に真空処理装置内のサセプタ上に配置され、本デバイスは以下のものを含む：
【０１３１】
サセプタから基板を通って放出された放射からｉ個の波長を選択するように構成された波長選択手段、ここでｉは１よりも大きな自然数；
【０１３２】
選択されたｉ個の波長に対応する放射輝度のｉ個の部分を得るように構成された放射量取得手段；
【０１３３】
放射輝度のｉ個の部分及びｉ個の波長に基づき、数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）を用いて、基板の温度を計算するように構成された計算及び分析手段。ここで、Ｅ（λｉ）は第ｉ番目の放射量であり、Ｔ（ｄ）は基板の透過率であって、基板上に成長させたフィルムの厚さｄの関数であり、Ｍ（λｉ，Ｔ）は黒体放射の式であって、第ｉ番目の波長λｉ及び基板の温度Ｔの関数である。
【０１３４】
上記の波長選択手段、放射量取得手段、計算及び分析手段の各々を、上記機能を行うことができる手段／モジュール／システムとみなすことができて、従来技術の上記手段において使用されていたハードウェア、ソフトウェア、又はこれら組み合わせによって実現される解決策を、特定の機能を得るために本発明において用いることができる。
【０１３５】
図４（ａ）を参照すると、本発明の好ましい実施形態では、波長選択手段は、レンズ２０２及び２０２ａ〜２０２ｂと、分光器２０１０と、フィルタ２０４１ａ〜２０４１ｂと、センサ２０４２ａ〜２０４２ｂと、増幅器２０４３ａ〜２０４３ｂと、Ａ／Ｄ変換器２０４４ａ〜２０４４ｂと、ＦＰＧＡ２０４５とを含み、放射量取得手段は、レンズ２０２及び２０２ａ〜２０２ｂと、分光器２０１０と、フィルタ２０４１ａ〜２０４１ｄと、センサ２０４２ａ〜２０４２ｂと、増幅器２０４３ａ〜２０４３ｂと、Ａ／Ｄ変換器２０４４ａ〜２０４４ｂと、ＦＰＧＡ２０４５とを含み、計算及び分析手段は典型的には図４（ａ）に示される計算及び分析手段２０４６である。
【０１３６】
図４（ｂ）を参照すると、上記実施形態の一変形例では、波長選択手段は、レンズ２０２’及び２０２ａ’〜２０２ｂ’と、光ファイバ２０３と、フィルタ２０４１ａ’〜２０４１ｂ ’と、センサ２０４２ａ’〜２０４２ｂ ’と、増幅器２０４３ａ〜２０４３ｂと、フィルタ２０４１ｃ〜２０４１ｄと、Ａ／Ｄ変換器２０４４ａ〜２０４４ｂと、ＦＰＧＡ２０４５とを含み、放射量取得手段は、レンズ２０２’及び２０２ａ’〜２０２ｂ’と、光ファイバ２０３と、フィルタ２０４１ａ’〜２０４１ｂ ’と、増幅器２０４３ａ〜２０４３ｂと、フィルタ２０４１ｃ〜２０４１ｄと、Ａ／Ｄ変換器２０４４ａ〜２０４４ｂと、ＦＰＧＡ２０４５とを含み、計算及び分析手段は典型的には図４（ｂ）に示される計算及び分析手段２０４６である。
【０１３７】
上記ハードウェアの一体構成、機能、アーキテクチャ及び信号フローについては既に詳述してあるので、簡単のためここでは説明しない。
【０１３８】
本発明の第三側面によると、真空処理装置内の基板の温度を決定するためのデバイスが提供され、測定される基板は、製造プロセス用に真空処理装置内のサセプタの上に配置され、その真空処理装置はチャンバを含み、観測用開口がチャンバの頂部に設けられ、本デバイスは以下のものを含む：
【０１３９】
サセプタから基板を通って放出された放射からｉ個の波長を選択して、選択されたｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を得て、ｉ個の波長及び放射輝度のｉ個の部分を光信号を電気信号に変換するように構成された光学モジュール、ここで、ｉは１よりも大きな自然数；
【０１４０】
電気信号を増幅及びノイズ除去するように構成されたアナログモジュール；及び
【０１４１】
増幅及びノイズ除去された電気信号に対してデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換及び同期を行うように構成されたデジタル同期モジュール；
【０１４２】
数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）が予め記憶された計算及び分析手段。ここで、この計算及び分析手段は、放射輝度のｉ個の部分及びｉ個の波長に基づき、数学的方程式Ｅ（λｉ）＝Ｔ（ｄ）×Ｍ（λｉ，Ｔ）を用いて、基板の温度を計算するように構成されていて、ここで、Ｅ（λｉ）は第ｉ番目の放射量、Ｔ（ｄ）は基板の透過率であって、基板上に成長させたフィルムの厚さｄの関数であり、Ｍ（λｉ，Ｔ）は黒体放射の式であって、第ｉ番目の波長λｉ及び基板の温度Ｔの関数である。
【０１４３】
光学的に、光学モジュールは以下のものを含む：
【０１４４】
観測用開口の上方に設けられ、サセプタから基板を通って放出された放射を収束させて、分光器に向けて送るように構成された第一レンズ；
【０１４５】
レンズから送られた放射を含む光信号を、波長幅（波長間隔）の異なる光信号に分割するように構成されたｉ−１個の分光器；
【０１４６】
分光器によって分割された異なる波長を含む光信号からｉ個の波長を選択して、選択されたｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を光信号から得るように構成されたｉ個のフィルタ；
【０１４７】
ｉ個の波長と、ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を含む光信号を収束させて、複数のセンサに向けるように構成されたｉ個の第二レンズ；及び
【０１４８】
ｉ個の第二レンズから送られた光信号をそれぞれ電気信号に変換するように構成されたｉ個のセンサ。
【０１４９】
ここで、ｉ個のフィルタと、ｉ個の第二レンズと、ｉ個のセンサとはｉ個の組に分割されて、各組において、一つのフィルタと、一つの第二レンズと、一つのセンサとがこの順序で直列に接続されて、ｉ個の組が、ｉ個の波長と、ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分とを含むｉ個の電気信号を並列に出力する。
【０１５０】
光学的に、光学モジュールは以下のものを含む：
【０１５１】
観測用開口の上方に設けられ、サセプタから基板を通って放出された放射を収束させて、ファイバに向けて送るように構成されたレンズ；
【０１５２】
レンズに接続されて、レンズから送られた放射をｉ個のフィルタに送るように構成された光ファイバ；
【０１５３】
放射を含む光信号からｉ個の波長を選択して、選択されたｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を光信号から得るように構成されたｉ個のフィルタ；及び
【０１５４】
フィルタから送られた光信号をそれぞれ電気信号に変換するように構成されたｉ個のセンサ。
【０１５５】
ここで、ｉ個のフィルタと、ｉ個のセンサとはｉ個の組に分割されて、各組において、一つのフィルタと、一つのセンサとがこの順序で直列に接続されて、ｉ個の組が、ｉ個の波長と、ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分とを含むｉ個の電気信号を並列に出力する。
【０１５６】
アナログモジュールは以下のものを含む：
【０１５７】
光学モジュールから送られた電気信号を増幅するように構成されたｉ個の増幅器；及び
【０１５８】
増幅された電気信号のノイズ除去を行うように構成されたｉ個のフィルタ。
【０１５９】
ここで、ｉ個の増幅器とｉ個のフィルタとはｉ個の組に分割されて、各組において、一つの増幅器と、一つのフィルタとがこの順序で直列に接続されて、ｉ個の組が、ｉ個の波長と、ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分とを含むｉ個のアナログ電気信号を並列に出力する。
【０１６０】
デジタル同期モジュールは以下のものを含む：
【０１６１】
アナログモジュールに接続されて、アナログモジュールから送られたアナログ電気信号をそれぞれ電気信号に変換するように構成されたｉ個のアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器；及び
【０１６２】
ｉ個のＡ／Ｄ変換器に接続されて、デジタル信号を同期するように構成されたフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）。
【０１６３】
光学的に、図４（ａ）を参照すると、本発明の一実施形態では、光学モジュール２０４７は以下のものを含む：
【０１６４】
観測用開口２０１の上方に設けられ、サセプタ２０６から基板Ｗを通って放出された放射を収束させて、分光器２０１０に向けて送るように構成された第一レンズ２０２；
【０１６５】
第一レンズ２０２に接続されて、第一レンズ２０２から送られた放射を含む光信号を波長幅（波長間隔）の異なる光信号に分割するように構成された分光器２０１０；
【０１６６】
分光器２０１０に接続されて、分光器によって分割された異なる波長を含む光信号からｉ個の波長を選択して、選択されたｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を光信号から得るように構成された第一フィルタ２０４１ａ及び２０４１ｂ；
【０１６７】
第一レンズ２０４１ａ及び２０４１ｂにそれぞれ接続されて、ｉ個の波長と、ｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分とを含む光信号を収束させて、センサ２０４２ａ及び２０４２ｂに向けるように構成された第二レンズ２０２ａ及び２０２ｂ；及び
【０１６８】
第二レンズ２０２ａ及び２０２ｂから送られた光信号をそれぞれ電気信号に変換するように構成されたセンサ２０４２ａ及び２０４２ｂ。
【０１６９】
光学的に、図４（ｂ）を参照すると、本発明の他の実施形態では、光学モジュール２０４７’は以下のものを含む：
【０１７０】
観測用開口の上方に設けられ、サセプタ２０６から基板Ｗを通って放出された放射を収束させて、光ファイバに向けて送るように構成された第一レンズ２０２’；
【０１７１】
第一レンズ２０２’に接続されて、第一レンズ２０２’から送られた放射を複数の第一フィルタ２０４１ａ’〜２０４１ｂ’に送るように構成された光ファイバ２０３；
【０１７２】
放射を含む光信号からｉ個の波長を選択して、選択されたｉ個の波長に対応する放射輝度の少なくともｉ個の部分を光信号から得るように構成された第一フィルタ２０４１ａ’〜２０４１ｂ’；及び
【０１７３】
第一フィルタ２０４１ａ’〜２０４１ｂ’から送られた光信号をそれぞれ電気信号に変換するように構成されたセンサ２０４２ａ’〜２０４２ｂ’。
【０１７４】
更に、アナログモジュール２０４８は以下のものを含む：
【０１７５】
光モジュール２０４７から送られた電気信号を増幅するように構成された増幅器２０４３ａ〜２０４３ｂ；及び
【０１７６】
増幅器２０４３ａ〜２０４３ｂにそれぞれ接続され、増幅された電気信号のノイズ除去を行うように構成された第二フィルタ２０４１ｃ〜２０４１ｄ。
【０１７７】
更に、デジタル同期モジュール２０４９は以下のものを含む：
【０１７８】
アナログモジュール２０４８に接続され、アナログモジュール２０４８から送られた電気信号をそれぞれデジタル信号に変換するように構成されたアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０４４ａ〜２０４４ｂ；及び
【０１７９】
Ａ／Ｄ変換器２０４４ａ〜２０４４ｂに接続され、デジタル信号を同期するように構成されたフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）２０４５。
【０１８０】
本発明の第三側面に係る測定デバイスの機能及び計算プロセスは、第一側面及び第二側面のものと同じであり、第一側面及び第二側面において既に詳述してあるので、簡単のためここでは説明しない。
【０１８１】
例えば、本発明の他の実施形態によると、本発明はプラズマエッチング装置にも適用可能である。一つの基板のみがエッチング装置内での製造プロセス用に処理されるので、エッチング装置における本発明の適用は、チャンバの中心に配置されたサセプタの上に一つの基板のみが設けられる点においてＭＯＣＶＤ反応器のものと異なる。従って、観測用開口も、チャンバの頂部の中心に設けられることになる。しかしながら、本実施形態における各手段の機能構造及び基板温度の計算プロセスは、ＭＯＣＶＤの実施形態のものと同じであり、簡単のため詳述しない。
【０１８２】
従来技術の上記手段において使用されているハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組み合わせによって実現される解決策が特定の機能を達成するために本発明において使用可能であることは当業者によって理解されるものであり、簡単のため詳述しない。
【０１８３】
図７は、従来技術の技術的効果を示す。ｘ軸は、基板上に成長させたフィルムの厚さを表し、ｙ軸は、参照基板温度対実際の基板温度の比を表す。実際の基板温度が参照基板温度に近づくと、ｙ軸の値が１に近づくことが見て取れる。図７を参照すると、ＭＯＣＶＤ製造プロセス中に多数のフィルムをエピタキシによって成長させて、基板がベース物質及び多数のフィルムを含む構造を有していくにつれて、曲線がｙ軸の値１の付近で顕著に振動するようになる。実際の基板温度と参照基板温度との間の平均差は２５％よりも大きく、最大３０％〜４０％である。従って、従来技術の基板温度を測定するためのメカニズムは全く信用できず、精度が低くて、大きな誤差を生む。しかしながら、基板温度の制御は、特にＭＯＣＶＤ製造プロセスにおいて非常に重要であり、基板温度の安定性及び正確性は製造プロセスに直に影響する。
【０１８４】
図８は、本発明の技術的効果を示す。ｘ軸は、基板上に成長させたフィルムの厚さを表し、ｙ軸は、参照基板温度対実際の基板温度の比を表す。実際の基板温度が参照基板温度に近づくと、ｙ軸の値が１に近づくことが見て取れる。図８を参照すると、ＭＯＣＶＤ製造プロセス中に多数のフィルムをエピタキシによって成長させて、基板がベース物質及び多数のフィルムを含む構造を有していっても、曲線が、小さな振幅の揺らぎでｙ軸の値１に従う。実際の基板温度と参照基板温度との間の差は制御可能な範囲内であり、誤差を無視することができる。従って、本発明の温度制御メカニズムは効率的で信頼性があり、高い精度を有する。
【０１８５】
更に、本発明では、基板温度の測定は反射原理に基づいていないので、サセプタの高速回転によって生じる遠心力がサセプタの溝またはアクセス内に配置された基板を傾斜させる場合や、製造プロセス中に基板上にエピタキシで成長させた多数のフィルムによって基板の表面にパターンが生じて、基板の表面が不均一な場合であっても、本発明の温度測定は影響を受けない。
【０１８６】
本発明の内容を上記好ましい実施形態を参照して詳述してきた。しかしながら、上記説明は本発明限定するものではことを理解されたい。上記内容を読んだ後においては、多数の修正及び置換を行うことが当業者には明白である。従って、本発明の保護範囲は添付の特許請求の範囲によって定められるものである。
【符号の説明】
【０１８７】
２０１  観測用開口
２０２  レンズ
２０４  一組の手段
２０４６  計算及び分析モジュール
２０４７  光学モジュール
２０４８  アナログモジュール
２０４９  デジタル同期モジュール
２０５  反応チャンバ
２０６  サセプタ
２０７  加熱手段
２０８  回転シャフト
Ｗ  基板
【図１】
0005676682.tif 000031
【図２】
0005676682.tif 000032
【図３】
0005676682.tif 000033
【図４（ａ）】
0005676682.tif 000034
【図４（ｂ）】
0005676682.tif 000035
【図４（ｃ）】
0005676682.tif 000036
【図５】
0005676682.tif 000037
【図６】
0005676682.tif 000038
【図７】
0005676682.tif 000039
【図８】
0005676682.tif 000040