一种反射率光学测量装置及半导体成膜设备制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种反射率光学测量装置及半导体成膜设备，装置包括：面光源、光学组件和光探测模块；面光源用于发射入射探测光；光学组件位于面光源和光学视窗之间，用于使入射探测光经过光学组件后通过光学视窗投射至待测对象的被测面上，并使被被测面反射且通过光学视窗射出的出射探测光被光探测模块接收；面光源通过光学组件形成面光源的像，面光源的像的尺寸/面积大于等于光学视窗的尺寸/面积。本实用新型专利技术采用面光源发射非平行光作为入射探测光，可提供反射率的有效测量，并能使光路调整变得较为简单，且测量装置可不受安装位置的过多限制，从而达到简化光路，增加可靠性的目的，可用于对产生较大翘曲的外延片的测量，拓宽了应用场景。拓宽了应用场景。拓宽了应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种反射率光学测量装置及半导体成膜设备


[0001]本技术涉及半导体器件制造
，尤其涉及一种反射率光学测量装置及半导体成膜设备。

技术介绍

[0002]在半导体器件制造过程中，外延片的生长温度是薄膜生长控制的关键参数。由于薄膜生长反应腔的反应条件严格，必须依赖于非接触式测温法对外延片生长温度进行测量。
[0003]现有技术中应用的非接触式测温法，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表面的发射率，计算外延片表面的温度。因此需要通过光学测量系统对反射率进行测量而获得发射率的信息。
[0004]通常，在反应腔的顶部设有光学视窗，光学测量系统通过光学视窗向外延片发出探测光束。探测光束在外延片表面反射后形成的反射光束由探测器探测，获得反射率。计算控制单元根据探测到的反射光束的强度，以及已知的入射光的强度，可以计算得出外延片表面发生反射处的反射率R，并且根据ε＝1－R公式，计算得出外延片的发射率ε，从而可根据外延片表面的发射率ε计算出外延片表面的温度。
[0005]由于外延反应腔腔体具有的特殊构造，使得光学视窗的位置和尺寸都受到严格限制。而传统的光学测量系统使用的平行光束(例如通过激光器发射出的较窄的平行光束)，需要经过复杂的光学光路，才能使平行准直的激光汇聚为较窄的入射激光束后，穿过反应腔顶部的光学视窗(即需要使得入射光束在光学视窗处的尺寸小于光学视窗的尺寸)，垂直投射到外延片上，并在外延片表面发生反射。
[0006]并且，传统的光学测量系统还要受制于光源安装位置的限制(例如需使用分光镜)，因而仍然难以达到光源与光学视窗之间的优良匹配，使得测量系统在调试过程中安装困难，后续维护也较为繁琐。一旦安装发生偏移，就会使得无法探测到反射光信号，从而影响测温的稳定性，导致外延片生长温度测量无法保证一致而又精确。
[0007]同时，由于在薄膜生长过程中，由于应力的作用，会导致外延片发生翘曲，部分反射光束因此产生角度偏折，无法通过光学视窗出射，使得探测器无法接收。而当翘曲倾斜较明显时，由于激光器发射的是平行光，即使激光器的发射面无限大，仍会发生没有光信号反射进入探测器的问题，即采用平行光探测时，容易因受到待测对象的表面状态等因素的影响，发生难以通过测量准确获取反射率的问题。
[0008]因此，有必要提供一种新的反射率光学测量技术，以解决现有技术中存在的上述问题。

技术实现思路

[0009]本技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种反射率光学测量装置及半导体成膜设备。
[0010]为实现上述目的，本技术的技术方案如下：
[0011]本技术提供一种反射率光学测量装置，包括：设于光学视窗上方的面光源、光学组件和光探测模块；
[0012]所述面光源用于发射入射探测光，所述入射探测光为非平行光；
[0013]所述光学组件位于所述面光源和所述光学视窗之间，用于使所述入射探测光经过所述光学组件后通过所述光学视窗投射至待测对象的被测面上，并使被所述被测面反射且通过所述光学视窗射出的出射探测光被所述光探测模块接收；
[0014]其中，所述面光源通过所述光学组件形成所述面光源的像，所述面光源的像的尺寸/面积大于等于所述光学视窗的尺寸/面积。
[0015]进一步地，所述面光源的像位于所述光学视窗和所述光学组件之间，所述面光源的像构成所述入射探测光的发光面。
[0016]进一步地，所述发光面上每一处的入射探测光在所述发光面的法向的立体角内的强度分布均匀，且所述发光面上各处在所述立体角内的强度分布一致，定义所述立体角在任意方向上张开的角度的一半为β，所述β＞0。
[0017]进一步地，所述β大于等于所述光学视窗的中心在所述待测对象所在平面上的投影与所述光学视窗之间形成的锥体的半顶角α。
[0018]进一步地，所述β/α的范围为1～2。
[0019]进一步地，所述面光源的像位于所述光学视窗所在位置。
[0020]进一步地，所述面光源的像在水平方向上的尺寸A与所述光学视窗在水平方向上的尺寸B之间满足：
[0021]A/B≥H/h
[0022]其中，H为所述面光源的像到所述被测面的距离，h为所述光学视窗到所述被测面的距离。
[0023]进一步地，所述光学组件包括透镜和分光镜，所述透镜用于对来自所述面光源的所述入射探测光进行透射和聚光，所述分光镜用于将所述入射探测光朝向所述光学视窗进行透射/反射，并将由所述待测对象反射且通过所述光学视窗射出的所述出射探测光朝向所述光探测模块进行相应的反射/透射。
[0024]进一步地，所述面光源的尺寸C与所述光学视窗的尺寸B之间满足：
[0025]C/B≥f/(v
‑
f)
[0026]其中，f为所述透镜的焦距，v为所述面光源的像到所述透镜的距离。
[0027]进一步地，所述面光源包括LED面光源，或者，所述面光源由点光源或激光照射毛玻璃形成，或者所述面光源包括具有朗伯辐射体性质的光源。
[0028]本技术还提供了一种半导体成膜设备，含有上述任意一项反射率光学测量装置，所述反射率光学测量装置设于所述半导体成膜设备的反应腔外部，所述反应腔内设有晶片载盘，所述晶片载盘上承载若干晶片，所述反应腔上设有光学视窗；所述反射率光学测量装置用于通过所述光学视窗将入射探测光投射至所述晶片表面上，并使被所述晶片表面反射且通过所述光学视窗射出的出射探测光被所述光探测模块接收，从而获得所述晶片的反射率。
[0029]相比于现有技术中经过复杂的光学光路使平行准直的光束(例如激光)汇聚为入
射光束后从光学视窗中心垂直投射到待测对象上并在待测对象表面发生反射而言，本技术提供的反射率光学测量装置，通过采用具有一定发光面的面光源发射非平行光作为入射探测光，使得无论是光学测量装置与光学视窗之间安装偏移，还是待测对象发生翘曲或倾斜，面光源射出的入射探测光仍能进入光学视窗并经待测对象反射后通过光学视窗出射被光探测模块探测到，因此能使光路调整变得较为简单，且测量装置可不受安装位置的过多限制，从而达到简化光路、增加可靠性的目的，而且尤其适用于翘曲大的待测对象的测量。进一步地，通过对面光源发光面的尺寸与光学视窗的尺寸进行匹配、以及使发光强度均匀分布且一致的立体角范围进行设计，可以进一步确保反射率的测量及在此基础上的温度测量是可有效使用的。此外，本技术的面光源的设置位置能够满足多种安装要求，可根据现场设备场地要求进行调整，从而拓宽了本技术的应用场景。
附图说明
[0030]图1为本技术一较佳实施例的一种反射率光学测量装置的结构示意图；
[0031]图2为现有技术的一种激光成像的光路原理图；
[0032]图3为本技术的一种面光源成像的光路原理图。
具体实施方式
[0033]为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反射率光学测量装置，其特征在于，包括：设于光学视窗上方的面光源、光学组件和光探测模块；所述面光源用于发射入射探测光，所述入射探测光为非平行光；所述光学组件位于所述面光源和所述光学视窗之间，用于使所述入射探测光经过所述光学组件后通过所述光学视窗投射至待测对象的被测面上，并使被所述被测面反射且通过所述光学视窗射出的出射探测光被所述光探测模块接收；其中，所述面光源通过所述光学组件形成所述面光源的像，所述面光源的像的尺寸/面积大于等于所述光学视窗的尺寸/面积。2.根据权利要求1所述的反射率光学测量装置，其特征在于，所述面光源的像位于所述光学视窗和所述光学组件之间，所述面光源的像构成所述入射探测光的发光面。3.根据权利要求2所述的反射率光学测量装置，其特征在于，所述发光面上每一处的入射探测光在所述发光面的法向的立体角内的强度分布均匀，且所述发光面上各处在所述立体角内的强度分布一致，定义所述立体角在任意方向上张开的角度的一半为β，所述β＞0。4.根据权利要求3所述的反射率光学测量装置，其特征在于，所述β大于等于所述光学视窗的中心在所述待测对象所在平面上的投影与所述光学视窗之间形成的锥体的半顶角α。5.根据权利要求4所述的反射率光学测量装置，其特征在于，所述β/α的范围为1～2。6.根据权利要求2所述的反射率光学测量装置，其特征在于，所述面光源的像位于所述光学视窗所在位置。7.根据权利要求1所述的反射率光学测量装置，其特征在于，所述面光源的像在水平方向上的尺寸A与...

【专利技术属性】
技术研发人员：马法君，吴怡，刘明军，刘雷，郑冬，周慧娟，
申请(专利权)人：楚赟科技绍兴有限公司，
类型：新型
国别省市：