一种MOCVD设备实时测温系统自校准装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种MOCVD设备实时测温系统自校准装置及方法，属于半导体制造技术领域。该装置包括MOCVD反应腔及光学探测器，MOCVD反应腔包括外延片，MOCVD反应腔的顶部设有探测窗口，光学探测器通过探测窗口向外延片发出波长分别为λ1和λ2的探测光束，光束外延片反射后形成的反射光束由光学探测部分探测。该方法根据实际热辐射比值，在理论热辐射比值-温度曲线上描出与实际热辐射比值对应的点；将点对应的温度T的值代入公式，分别得到校准系数m1和m2。该方法及装置实现了MOCVD设备实时测温系统自校准，能够保证外延片生长温度测量一致而又精确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造
，特别是涉及一种MOCVD设备实时测温系统自校准装置及方法。
技术介绍
外延片生长温度是MOCVD生产性能控制的关键参数。由于MOCVD的反应条件严格，需要高真空、高温、化学性质活泼的生长环境，高速旋转的衬底，以及严格的设备空间布置，采用热电偶等直接测温的技术几乎是不可能的，因此，必须依赖于非接触测温法对外延片生长温度进行测量。现有技术中应用的非接触测温法是采用经过热辐射系数修正的高温测量方法，通过测量一定波段的辐射光和相应外延片片表面的发射率计算外延片片表面的温度。然而，在外延片片生长过程中，测温系统的安装及外界环境会影响其测温的稳定性，影响因素主要包括：a）反应腔窗口上的淀积的影响；b）测温系统安装位置对探测距离变化、光学探测器立体角变化的影响；c）外延片片生长环境如通气气压、石墨盘旋转变换的影响。这些影响会改变测温系统检测到的信号，引起系统性的温度偏离，导致外延片生长温度测量无法保证一致而又精确。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种采用双波长测温结构的MOCVD设备实时测温系统自校准装置及方法。本专利技术提供的MOCVD设备实时测温系统自校准装置包括MOCVD反应腔及光学探测器，所述MOCVD反应腔包括外延片，所述MOCVD反应腔的顶部设有探测窗口，所述光学探测器通过所述探测窗口向所述外延片发出波长分别为λ1和λ2的探测光束，所述光束所述外延片反射后形成的反射光束由所述光学探测部分探测。本专利技术提供的基于所述的MOCVD设备实时测温系统自校准装置的自校准方法包括以下步骤：测量不同温度下，黑体炉的响应光谱P(λ,T)；根据P0(λ1,T)=∫λ1-Δλ1λ1+Δλ1f1(λ)g1(λ)P(λ,T)/τ(T)dλ]]>P0(λ2,T)=∫λ2-Δλ2λ2+Δλ2f2(λ)g2(λ)P(λ,T)/τ(T)dλ]]>计算第一种波长λ1和第二种波长λ2分别对应的理论热辐射功率比值r0(T)；r0(T)=P0(λ1,T)P0(λ2,T)=∫λ1-Δλ1λ1+Δλ1f1(λ)g1(λ)P(λ,T)/τ(T)dλ∫λ2-Δλ2λ2+Δλ2f2(λ)g2(λ)P(λ,T)/τ(T)dλ]]>其中，P0(λ1,T)，第一种波长λ1对应的热辐射功率，λ1，第一种波长，Δλ1，第一种波长λ1对应的带宽，f1(λ)，光学探测器（6）在第一种波长λ1下的响应函数，g1(λ)，第一种波长λ1对应的辐射光在光学器件的透过率，P(λ,T)，黑体炉的响应光谱，τ（T），光谱传输曲线的表达式，P0(λ2,T)，第二种波长λ2对应的热辐射功率，λ2，第二种波长，Δλ2，第二种波长λ2对应的带宽，f2(λ)，光学探测器（6）在第二种波长λ2下的响应函数，g2(λ)，第二种波长λ2对应的辐射光在光学器件的透过率，T，温度；r0(T)，第一种波长λ1和第二种波长λ2分别对应的理论热辐射功率比值；根据所述温度和对应的理论热辐射功率比值r0(T)，进行最小二乘拟合，得到理论热辐射比值-温度曲线；测量不同温度下，第一种波长λ1对应的实际热辐射功率，第二种波长λ2对应的实际热辐射功率，并得到实际热辐射比值；根据实际热辐射比值，在理论热辐射比值-温度曲线上描出与所述实际热辐射比值对应的点；将所述点对应的温度T的值代入L(λ1,T)=m1×∫λ1-Δλ1λ1+Δλ1f1(λ)g1(λ)ϵ(λ)×2πhc2/λ5exp(hckTλ)-1dλ]]>L(λ2,T)=m2×∫λ2-Δλ2λ2+Δλ2f2(λ)g2(λ)ϵ(λ)×2πhc2/λ5exp(hckTλ)-1dλ]]>分别得到m1和m2；其中，L(λ1,T)，第一种波长λ1对应的实际热辐射功率，L(λ2,T)，第二种波长λ2对应的实际热辐射功率，m1，第一种波长λ1对应的校准系数，m2，第二种波长λ2对应的校准系数，f1(λ)，光学探测器（6）在第一种波长λ1下的响应函数，g1(λ)，第一种波长λ1对应的辐射光在光学器件的透过率，f2(λ)，光学探测器（6）在第二种波长λ2下的响应函数，g2(λ)，第二种波长λ2对应的辐射光在光学器件的透过率，ε(λ)，外延片（4）表面的发射率，T，温度，λ1，第一种波长，Δλ1，第一种波长λ1对应的带宽，λ2，第二种波长，Δλ2，第二种波长λ2对应的带宽，k，玻尔兹曼常数，k=1.3806×10-23J/K，h为普照朗克常数，h=6.626×10-34J·s，c，光在真空中传播速度，c=3×108m/s。本专利技术提供的MOCVD设备实时测温系统自校准装置及方法能够得到双波长测温结构中第一种波长λ1和第二种波长λ2分别对应的校准系数m1和m2，从而实现了MOCVD设备实时测温系统自校准，能够保证外延片生长温度测量一致而又精确。附图说明图1为本专利技术实施例提供的MOCVD设备实时测温系统自校准装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的MOCVD设备实时测温系统自校准装置中光学探测器的组成结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MOCVD设备实时测温系统自校准装置，其特征在于，包括MOCVD反应腔（1）及光学探测器（6），所述MOCVD反应腔（1）包括外延片（4），所述MOCVD反应腔（1）的顶部设有探测窗口（5），所述光学探测器（6）通过所述探测窗口（5）向所述外延片（4）发出波长分别为λ1和λ2的探测光束，所述光束所述外延片（4）反射后形成的反射光束由所述光学探测部分探测。

【技术特征摘要】
1.一种MOCVD设备实时测温系统自校准装置，其特征在于，包括MOCVD
反应腔（1）及光学探测器（6），所述MOCVD反应腔（1）包括外延片（4），
所述MOCVD反应腔（1）的顶部设有探测窗口（5），所述光学探测器（6）通
过所述探测窗口（5）向所述外延片（4）发出波长分别为λ1和λ2的探测光束，
所述光束所述外延片（4）反射后形成的反射光束由所述光学探测部分探测。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述MOCVD反应腔（1）
还包括加热室（2）和石墨基座（3），所述石墨基座（3）用于承载所述外延片
（4），所述加热室（2）用于对所述石墨基座（3）进行加热，进而对所述外延
片（4）进行加热。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学探测器（6）包括
第一光源、第二光源、分束器、第一二向色镜（10）、第一滤波片（11）、第一
探测器、第二二向色镜（8）、第二滤波片（9）、第二探测器、参考光探测器和
数据采集单元；
所述第一光源发出波长为λ1的光束，所述第二光源发出波长为λ2的光束，
所述波长为λ1的光束和波长为λ2的光束经过所述分束器后被分成两部分，其中
一部分为参考光，另一部分为波长为λ1的探测光束和波长为λ2的探测光束，所
述参考光进入所述参考光探测器，形成电信号I参；
所述波长为λ1的探测光束、波长为λ2的探测光束经过所述外延片（4）反射
后形成的反射光经过所述分束器（12）后，被所述第一二相色镜和第二二向色
镜分隔呈两部分，其中一部分的波长为λ1，经过所述第一滤波片后进入第一探
测器，形成电信号I反1，另一部分的波长为λ2，经过所述第二滤波片后进入第二
探测器，形成电信号I反2；
所述电信号I参、I反1和I反2分别被所述数据采集单元采集。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一光源和第二光源发
出的光的频率可调制。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括光源控制电路，所述
光源控制电路用于对所述第一光源和第二光源发出的光进行控制。
6.根据权利要求3～5中任一所述的装置，其特征在于，还包括处理单元，
所述处理单元用于对所述光源控制电路和数据采集单元进行处理。
7.一种基于权利要求1～6中任一所述的MOCVD设备实时测温系统自校
准装置的自校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
测量不同温度下，黑体炉的响应光谱P(λ,T)；
根据
P0(λ1,T)=∫λ1-Δλ1λ1+Δλ1f1(λ)g1(λ)P(λ,T)/τ(T)dλ]]>P0(λ2,T)=∫λ2-Δλ2λ2+Δλ2f2(λ)g2(λ)P(λ,T)/τ(T)dλ]]>计算第一种波长λ1和第二种波长λ2分别对应的理论热辐射功率比值r0(T)；
r0(T)=P0(λ1,T)P0(λ2,T)=∫λ1-Δλ1λ1+Δλ1f1(λ)g1(λ)P(λ,T)/τ(T)dλ∫λ2-Δλ2λ2+Δλ2f2(λ)g2(λ)P(λ,T)/τ(T)dλ]]>其中，
P0(λ1,T)，第一种波长λ1对应的热辐射功率，
λ1，第一种波长，
Δλ1，第一种波长λ1对应的带宽，
f1(λ)，光学探测器（6）在第一种波长λ1下的响应函数，
g1(λ)，第一种波长λ1对应的辐射光在光学器件的透过率，
P(λ,T)，黑体炉的响应光谱，
τ（T），光谱传输曲线的表达式，
P0(λ2,T)，第二种波长λ2对应的热辐射功率，
λ2，第二种波长，
Δλ2，第二种波长λ2对应的带宽，
f2(λ)，光学探测器（6）在第二种波长λ2下的响应函数，

【专利技术属性】
技术研发人员：李成敏，严冬，王林梓，刘健鹏，焦宏达，张塘，马小超，
申请(专利权)人：北京智朗芯光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11