一种mocvd工艺生长的红外测温方法及装置制造方法

一种mocvd工艺生长的红外测温方法及装置制造方法
【专利摘要】一种MOCVD工艺生长的红外测温方法及装置，其特征在于测温过程中包含以下步骤：先测量物体的发射率，根据基尔霍夫定律计算得到其发射率；将发射率大小与发射率阀值作比较，如果测量发射率小于阀值，就采用单波长加发射率修正方法测温；否则采用远红外双波长方法测温，当远红外波长中较大波长的能量超过测试量程，就采用近红外双波长测温，同样当近红外中较小波长能量低于测试量程，就跳转至远红外双波长测温。本发明的优点是：通过有效结合单双波长测温优点选择不同方法测温，解决了MOCVD生长过程中的复杂表面测温问题。自动选择测试方法，测量准确度高，同时四个波长测温极大扩展测温范围。
【专利说明】—种MOCVD工艺生长的红外测温方法及装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及非接触红外测温领域的多波长综合测温方法，尤其是涉及复杂多变表面的测温方法，一种金属有机物化学气相沉积化学气相沉积设备(MOCVD)工艺生长的红外测温方法及装置。

【背景技术】
[0002]金属化学气相沉积(MetalOrganicChemicalVaporDeposit1n,简称M0CVD)设备是一种半导体外延生长设备，其生长环境复杂，不同反应阶段反应腔内注入不同气体，并且压强差别也较大，这些都给准确测温带来较大困难；同时外延薄膜生长需要保证均匀性、重复性以及可控性，生长过程中衬底的载片台通常是旋转的，不能接触测试表面进行测温。这些苛刻测试环境决定了 MOCVD工艺测温只能采用非接触式测温方法。
[0003]目前业界大多采用单波长加发射率修正测试方法来测量MOCVD工艺生长温度，但无法克服弱发射率时准确测温问题；而双波长测温虽可以忽略发射率对测温的影响，但光亮干涉表面对其测温影响非常大，直接导致无法使用；同时MOCVD生长工艺过程中温度跨越范围比较广，现在没有单一测量方法能满足全范围的测温。对于弱反射率表面采用双波长测温，其可以避免发射率对测温的影响；对于光亮表面此刻反射率较大容易测量，所以采用单波长修正方法可准确测温；对于弱反射率表面的低温扩展，选择远近两对不同波段内的波长进行双波长设计可以有效拓展测温范围，满足MOCVD工艺生长的测温需求。
[0004]但是，单波长测温(即色温法)通过测量物体辐射的某一波长能量来测温，受物体发射率影响比较大，并且对测量高度以及测量光学孔径都比较敏感，很难保证其测量的准确性；通过发射率修正可以在一定程度上保证准确性，但当发射率较大时，对应的反射率较弱就不易准确测量，此时单波长测温的准确性就得不到保证。
[0005]双波长测温(B卩比色温法)通过测量两个特定波长的能量比值来测温，其可克服外界环境以及发射率对测量的影响，但要求辐射能量要达到一定水平才能保证其准确性以及精度；同时其对光亮的衬底上外延薄膜干涉表面无法测量，是其应用于MOCVD工艺生长测温的致命缺点。


【发明内容】

[0006]本发明的目的是为了解决目前MOCVD设备生长工艺测温技术存在的问题，提供一种发射率修正的单波长与远近红外波段四波长组合的测温方法。本发明是依据测量的发射率大小来自动选择测温方法；本发明组成主要包括:发射率测量、单波长测量以及双波长测量部分，通过计算机软件协调工作。本发明的MOCVD工艺生长的红外测温方法，包含以下步骤:
[0007]步骤1，测量反射率:根据传热学的基尔霍夫定理，对于非透明被测物体的发射率I与反射率r的和为1，即:ξ=1-Γ，测量物体的反射率r，可计算得到对应的发射率:ξ ；
[0008]步骤2，选择测温方法:将步骤I中测量的发射率ξ与设定的发射率阀值K比较，如果ξ〈K，此时采用单波长发射率修正方法测温，进入步骤5 ;否则，采用双波长方法测温，进入步骤3 ；
[0009]步骤3，测量辐射物体在选定较长的远红外波长的能量Ε，如果E小于测试量程，此时采用远红外双波长测温进入步骤5 ;如果E大于测试量程，此时进行步骤4 ；
[0010]步骤4，根据近红外双波长辐射能量进行双波长测温，如果较小的近红外波长能量低于测试量程，则进入步骤3，否则进入步骤5 ；
[0011]步骤5计算得到红外测量的准确温度，并根据不同步骤入口显示测温方法以及测量温度。
[0012]步骤I是通过实时测量反射率来实现间接测量物体的发射率。
[0013]步骤2的所述选择测温方法是依据被测物体的发射率的大小，所述阀值K是根据实际单波长测温准确有效的范围来确定的。
[0014]步骤2至4中对于反射较强的光滑表面，即MOCVD工艺生长的光亮干涉表面是根据阀值判断采用单波长发射率修正方法测温，而对于散射较强的粗糙表面则依据发射率阀值K判定来选择测温方法，即两种表面是发射率阀值判断下一种特殊测温应用，在粗糙工艺表面采用远、近红外波段双波长方法测温，其具体范围是:700nm?I μ m，1.3 μ m?2.0 μ m ;在光滑干涉表面采用单波长加发射率修正方法测温。两种方法通过发射率测量阀值K来进行判别选择。
[0015]本发明还提供了使用上述MOCVD工艺生长的红外测温方法的测温装置，包含三大部分:发射率测量装置、双波长测量装置和单波长测量装置，其特征在于发射率测量装置部分:稳定激光源20发出稳定激光经过上方分光镜19后一路反射到红外传感器21,另一路反射到分光镜8后依次经过电磁铁却动挡板4、分光镜2、红外辐射体I反射后经过分光镜2、滤波片3后到传感器18。双波长测量装置部分:红外辐射体I辐射红外光经过分光镜2、电磁铁驱动挡板4、分光镜8后分成两路:第一路经过分光镜10后在分成两路，一路经过滤波片12后到传感器15，另一路经过滤波片13到传感器14分别采集远红外双波长能量;第二路经过分光镜5再分成两路，一路经过滤波片6到传感器7，另外一路经过滤波片9到传感器11分别采集到近红外双波长能量。单波长测量装置部分此部分装置与双波长测量装置中叙述的传感器15采集光路兼容，即二者共用。
[0016]本发明的优点是:结合MOCVD工艺生长实际情况和单双波长测温方法的优缺点，提供了一种工艺生长全范围测温的方法，其适合:宽测温范围400— 1200°C ;复杂多变测试表面以及环境，其涉及到粗糙、光滑、光亮干涉等表面。通过有效结合单双波长测温优点，解决了 MOCVD生长过程中的复杂表面测温问题。自动选择测试方法，测量准确度高，同时四波长测温极大扩展测温范围。

【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1为本发明本发明测温的流程图；
[0018]图2是本发明实施例一的测温方法及装置的示意图；
[0019]图3是本发明实施例二的测温方法及装置的示意图。
[0020]图中，I红外辐射体、2分光镜、3滤波片、4电磁铁驱动挡板、5分光镜、6滤波片、7红外传感器、8分光镜、9滤波片、10分光镜、11红外传感器、12滤波片、13滤波片、14红外传感器、15红外传感器、16数据采集处理单元、17数据传输接口、18红外传感器、19分光镜、20稳定激光源、21红外传感器。

【具体实施方式】
[0021]下面结合附图进一步说明本发明的实施例:
[0022]实施例一
[0023]本实施例的MOCVD工艺生长的红外测温方法步骤如下:参见图1和图2。步骤1，测量反射率:根据传热学的基尔霍夫定理，对于非透明被测物体的发射率ξ与反射率r的和为1，即:
[0024]ξ = 1-r
[0025]( I)
[0026]测量物体的反射率，通过式(I)可计算得到对应的发射率:ξ ；
[0027]稳定激光源20发射的激光经过分光镜19反射到红外传感器21测得其初始激光功率，另外一路分光到分光镜8和3，最后经红外辐射体I反射到红外传感器18测得反射光功率。
[0028]步骤2，选择测温方法:将步骤I中测量的发射率ξ与设定的发射率阀值K比较，如果ξ〈K，此时采用单波长发射率修正方法测温，进入步骤5 ;否则，采用双波长方法测温，进入步骤3 ；
[0029]步骤I测量数据经电路处理单元16处理计算得到辐射体I的发射率。然后，以此来选择单双波长测温方法。
[0030]红外辐射体I经分光镜2的一部分光经过挡板4，挡板4是一个电磁铁驱动的光通道，通过时序控制挡板开启和关闭可以进行测量传感器暗电流测量和辐射能量采集；
[0031 ] 步骤3，测量辐射物体在选定较长的远红外波长的能量Ε，如果E小于测试量程，此时采用远红外双波长测温进入步骤5 ;如果E大于测试量程，此时进行步骤4 ；
[0032]接着被分光镜8分成两路光，一路是用于远红外双波长测量，一路是用于近红外双波长测量；第一路再经过分光镜10后再分别被滤波片12和13滤波后，再被传感器14和15分别采集两路波长得到相应双波长计算的能量；
[0033]步骤4，根据近红外双波长辐射能量进行双波长测温，如果较小的近红外波长能量低于测试量程，则进入步骤3，否则进入步骤5 ；
[0034]同样分光镜8分出的第二路红外光，经过分光镜5后分被滤波片6和9选择近红外双波长再被传感器7和11分别采集两路波长得到相应近红外双波长能量；
[0035]步骤5计算得到红外测量的准确温度，并根据不同步骤入口显示测温方法以及测量温度。
[0036]最后这两路输出能量被信号采集处理单元处理得到相应的测温结果，并通过接口电路17传至上位机PC。其中单波长测量的通道是与滤波片3对应的相同波长的传感器15采集的能量为单波长测温兼容通道。同样，挡板4关闭时，上述所有传感器测得实时暗电流，可以对测温进行修正，提高准确性。
[0037]使用上述MOCVD工艺生长的红外测温方法的测温装置，包含:发射率测量装置、双波长测量装置和单波长测量装置三大部分:发射率测量装置、双波长测量装置和单波长测量装置，其特征在于发射率测量装置部分:稳定激光源20发出稳定激光经过上方分光镜19后一路反射到红外传感器21，另一路反射到分光镜8后依次经过电磁铁却动挡板4、分光镜
2、红外辐射体I反射后经过分光镜2、滤波片3后到传感器18。双波长测量装置部分:红外辐射体I辐射红外光经过分光镜2、电磁铁驱动挡板4、分光镜8后分成两路:第一路经过分光镜10后在分成两路，一路经过滤波片12后到传感器15，另一路经过滤波片13到传感器14分别采集远红外双波长能量；第二路经过分光镜5再分成两路，一路经过滤波片6到传感器7，另外一路经过滤波片9到传感器11分别采集到近红外双波长能量。单波长测量装置部分此部分装置与双波长测量装置中叙述的传感器15采集光路兼容，即二者共用。
[0038]实施例二:
[0039]实施例二与实施例一相同，所不同的是:参见图3，稳定激光源I发射的激光其反射光测量部分是由传感器15采集的辐射光路兼容测量，达到发射率测量的目的。其省掉了单独发射率测量通道，其他类似的用其他通道做兼容通道如:传感器7、11、14测量通道，都与此实施例视为相同实例。
【权利要求】
1.一种MOCVD工艺生长的红外测温方法，其特征在于包含以下步骤: 步骤1，测量反射率:根据传热学的基尔霍夫定理，对于非透明被测物体的发射率ξ与反射率r的和为1，即:ξ=1_ι.，测量物体的反射率r，可计算得到对应的发射率:ξ ； 步骤2，选择测温方法:将步骤I中测量的发射率ξ与设定的发射率阀值K比较，如果ξ〈K，此时采用单波长发射率修正方法测温，进入步骤5 ;否则，采用双波长方法测温，进入步骤3 ; 步骤3，测量辐射物体在选定较长的远红外波长的能量Ε，如果E小于测试量程，此时采用远红外双波长测温进入步骤5 ;如果E大于测试量程，此时进行步骤4 ； 步骤4，根据近红外双波长辐射能量进行双波长测温，如果较小的近红外波长能量低于测试量程，则进入步骤3，否则进入步骤5 ； 步骤5计算得到红外测量的准确温度，并根据不同步骤入口显示测温方法以及测量温度。
2.根据权利要求1所述的MOCVD工艺生长的红外测温方法，其特征在于步骤I是通过实时测量反射率来实现间接测量物体的发射率。
3.根据权利要求1所述的MOCVD工艺生长的红外测温方法，其特征在于步骤2的所述选择测温方法是依据被测物体的发射率的大小，所述阀值K是根据实际单波长测温准确有效的范围来确定的。
4.根据权利要求1所述的MOCVD工艺生长的红外测温方法，其特征在于步骤2至4中对于反射较强的光滑表面，即MOCVD工艺生长的光亮干涉表面是根据阀值判断采用单波长发射率修正方法测温，而对于散射较强的粗糙表面则依据发射率阀值K判定来选择测温方法。
5.根据权利要求1所述的MOCVD工艺生长的红外测温方法，其特征在于步骤3和4所述红外双波长测温部分采用四个不同波长，分布于近、远两个红外波段，分布在近红外波段范围是700nm?I μ m,远红外波段的范围是1.3 μ m?2.0 μ m。
6.权利要求1的MOCVD工艺生长的红外测温方法的所用的测温装置，包含:发射率测量装置、双波长测量装置和单波长测量装置三大部分，其特征在于发射率测量装置部分:稳定激光源20发出稳定激光经过上方分光镜19后一路反射到红外传感器21，另一路反射到分光镜8后依次经过电磁铁却动挡板4、分光镜2、红外辐射体I反射后经过分光镜2、滤波片3后到传感器18，双波长测量装置部分:红外辐射体I辐射红外光经过分光镜2、电磁铁驱动挡板4、分光镜8后分成两路:第一路经过分光镜10后在分成两路，一路经过滤波片12后到传感器15，另一路经过滤波片13到传感器14分别采集远红外双波长能量；第二路经过分光镜5再分成两路，一路经过滤波片6到传感器7，另外一路经过滤波片9到传感器11分别采集到近红外双波长能量。单波长测量装置与双波长测量装置中的传感器15采集光路兼容，即二者共用。
【文档编号】G01J5/00GK104180905SQ201310192329
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月22日 优先权日:2013年5月22日
【发明者】甘志银, 李欣, 胡少林, 李伟, 李明超 申请人:甘志银