专利名称：原位温度测试装置及方法
技术领域：
本发明涉及光电技术领域，特别涉及一种用于测试衬底或衬底上的沉积材料层的温度的原位温度测试装置及方法。
背景技术：
MOCVD是金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organic Chemical VaporDeposition)的英文缩写。MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。它以III族、II族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为晶体生长的源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种III-V族、II-VI族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。
下面对现有的MOCVD工艺的原理进行说明。具体地，请参考图I所示的现有的一种MOCVD装置的内部结构示意图。反应腔室10内形成有相对设置的气体供给单元11和基座12。所述气体供给单元可以为喷淋头(Showerhead，SH)，该喷淋头内可以设置多个小孔，所述基座12的材质可以为石墨等材质，且所述基座12可以以一定的速度进行旋转运动，所述基座12上通常放置多片衬底121，所述衬底121的材质通常为价格昂贵的蓝宝石。所述基座12的下方还形成有加热单元13，所述加热单元13利用热辐射的方式对所述衬底121进行加热，使得所述衬底121表面的温度达到外延沉积工艺需要的温度。在进行MOCVD工艺时，源气体自气体供给单元11的小孔进入衬底12上方的反应区域(靠近衬底121的表面的位置)，所述衬底121由于加热单元13的热辐射作用而具有一定的温度，从而该温度使得源气体之间进行化学反应，从而在衬底121表面形成沉积材料层。根据工艺的需要，衬底121上形成的沉积材料层通常至少包括3层，即位于该衬底上的第一缓冲层，位于所述第一缓冲层上的多量子阱有源层和位于所述多量子有源层上方的第二缓冲层。所述第一缓冲层和第二缓冲层的材质可以为掺杂或者不掺杂的GaN，所述多量子阱有源层作为LED发光层，其材质可以为InGaN或AlGaN或者两者的组合。在实际中，发现利用现有的MOCVD设备进行外延沉积工艺至少存在以下问题衬底或衬底上的沉积材料层的实际温度很难准确检测；衬底上形成的沉积材料层的厚度不均匀和/或在外延沉积工艺过程中或外延沉积工艺完成后发现衬底存在严重的翘曲变形；这种翘曲造成衬底或沉积材料层的温度分布不均匀。以上问题不仅会影响LED芯片的良率，并且在衬底严重变形的情况下还会导致的LED芯片的大量报废，从而给LED芯片的生产厂家造成巨大的经济损失。
发明内容
本发明实施例解决的问题是提供了一种原位温度测试装置及方法，能够在气相沉积工艺过程中实时监控衬底或衬底上的沉积材料层的温度。实现对衬底或衬底上的沉积材料层的温度以及温度分布进行监控，从而解决或改善外延工艺过程中衬底或外延层温度的均匀性，提高沉积材料层的厚度及组分的均匀度，缓解或消除衬底和沉积材料层的翘曲变形的问题。 为解决上述问题，本发明实施例提供一种原位温度测试装置，用于在气相沉积工艺过程中对衬底或衬底上的沉积材料层的温度进行测试，包括光源，位于衬底下方，所述光源用于产生宽光谱信号，所述宽光谱信号用于照射所述衬底的下表面；宽光谱信号获取单元，用于获得透过所述衬底或沉积材料层的宽光谱信号；宽光谱信号分析单元，用于对所述宽光谱信号获取单元获得的宽光谱信号进行分析，获得该宽光谱信号的吸收光谱曲线，根据所述吸收光谱曲线，获得由于衬底或沉积材料层对宽光谱信号的禁带吸收所对应的特征波长，根据所述特征波长获得对应的衬底或沉积材料层的禁带宽度，根据材料的禁带宽度与温度的关系曲线，确定所述衬底或沉积材料层的温度。可选地，所述衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、ZnO、砷化镓、硅中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的材质为氮化镓、镓铝砷、砷化镓、硅、磷化铟、铟铝镓磷、铟铝镓氮合金中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的厚度大于O. 2微米，所述原位温度测试装置用于对衬底上的沉积材料层的温度进行测试。可选地，还包括加热基座，所述加热基座用于放置所述衬底，利用所述加热基座作为所述光源，所述加热基座发出的宽光谱信号的波长范围为300纳米 10微米，对所述宽光谱信中的近紫外光、可见光或近红外光部分进行分析。可选地，所述原位温度测试装置安装于气相沉积设备中，所述气相沉积设备具有工艺腔室，所述工艺腔室内具有加热基座和加热单元，所述加热单元位于加热基座的下方，在进行气相沉积工艺时，所述加热单元对所述加热基座进行加热，从而使得所述加热基座能够产生宽光谱信号；所述宽光谱信号获取单元位于所述衬底和沉积材料层的上方，所述宽光谱信号获取单元包括光探测元件、分光元件、光传输元件和透镜组，所述透镜组用于收集透过所述衬底或沉积材料层的宽光谱信号，所述光传输元件用于将所述透镜组收集的宽光谱信号传输至所述分光元件，所述分光元件用于将所述宽光谱信号展开，所述光探测元件用于将所述展开后的宽光谱信号转换为电信号。可选地，所述气相沉积设备为MOCVD设备，所述宽光谱信号分析单元包括光谱信号数据采集单元，用于采集所述电信号；材料的禁带宽度与温度关系存放单元，用于存放材料的禁带宽度与温度的关系曲线，所述关系曲线与衬底或沉积材料层的材料对应；电信号分析单元，用于对所述宽光谱信号数据采集单元提供的电信号进行分析，确定所述宽光谱信号的吸收光谱曲线；特征波长提取单元，用于对所述吸收光谱曲线进行分析，获得由于衬底或沉积材料层对宽光谱信号的禁带吸收所对应的特征波长；温度确定单元，用于根据所述特征波长获得对应的衬底或沉积材料层的禁带宽度，并根据所述材料的禁带宽度与温度的关系曲线，获得所述衬底或衬底上的沉积材料层的温度。相应地，本发明实施例还提供一种原位温度测试方法，用于在气相沉积工艺过程中对衬底或沉积材料层的温度进行测试，包括提供光源，所述光源用于发出宽光谱信号，所述宽光谱信号用于照射所述衬底的下表面；获取透过所述衬底或沉积材料层的宽光谱信号；对所述透过所述衬底或衬底上的沉积材料层的宽光谱信号进行分析，获得该宽光谱信号的吸收光谱曲线，根据所述吸收光谱曲线，获得由于所述衬底或沉积材料层对宽光谱信号的禁带吸收对应的特征波长；根据材料层的禁带宽度与温度的关系曲线，确定所述衬底或沉积材料层的温度。可选地，所述衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、ZnO、砷化镓、硅中的一种或者其中的 组合，所述沉积材料层的材质为氮化镓、镓铝砷、砷化镓、硅、磷化铟、铟铝镓磷、铟铝镓氮合金中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的厚度大于O. 2微米。可选地，获取透过所述衬底或沉积材料层的宽光谱信号包括利用透镜组获得透过所述衬底或沉积材料层的宽光谱信号；利用光传输元件将所述透镜组获得的宽光谱信号发送至分光元件；利用分光元件将所述光传输元件获得的宽光谱信号进行光谱展开；利用光探测元件将展开后的光信号转换为电信号。可选地，对所述透过所述衬底或衬底上的沉积材料层的宽光谱信号进行分析，确定所述衬底或沉积材料层的温度包括对所述电信号进行分析，获得由于衬底或沉积材料层对宽光谱信号的禁带吸收所对应的特征波长；根据所述特征波长确定禁带宽度；提供所述材料的禁带宽度与温度的关系曲线，所述关系曲线与所述衬底或沉积材料层的材料对应；根据所述关系曲线和所述根据特征波长确定的禁带宽度，确定所述衬底或沉积材料层的温度。可选地，所述原位温度测试方法用于MOCVD设备，所述MOCVD设备具有加热基座，所述加热基座用于放置衬底和发出宽光谱信号。相应地，本发明实施例还提供一种原位温度测试装置，用于在气相沉积工艺过程中对衬底或沉积材料层的温度进行测试，包括光源,位于衬底上方,所述光源用于产生光信号，所述光信号照射在衬底或沉积材料层的上表面；反射信号获取单元，用于获得所述衬底或沉积材料层表面的反射光信号；反射信号分析单元，用于对所述反射信号获取单元获得的反射光信号进行分析，获得该反射光信号的反射光谱曲线，根据所述反射光谱曲线，获得由于衬底或沉积材料层对反射光信号中与禁带吸收所对应的特征波长，根据所述特征波长获得对应的衬底或沉积材料层的禁带宽度；根据材料的禁带宽度与温度的关系曲线，确定所述衬底或沉积材料层的温度。
可选地，所述衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、ZnO、砷化镓、硅中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的材质为氮化镓，镓铝砷、砷化镓、硅、磷化铟、铟铝镓磷、铟铝镓氮合金中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的厚度大于O. 2微米，所述原位温度测试装置用于对衬底上的沉积材料层温度进行测试。可选地，还包括所述光源发出的反射光信号的波长范围为300 800纳米。可选地，所述原位温度测试装置安装于气相沉积设备中，所述气相沉积设备具有工艺腔室，所述工艺腔室内具有加热基座和加热单元，所述加热单元位于加热基座的下方，在进行气相沉积工艺时，所述加热单元对所述加热基座进行加热；所述反射信号获取单元位于所述衬底上方，所述反射信号获取单元包括光探测元件、分光元件、光传输元件和透镜组，所述透镜组用于收集所述衬底表面或衬底上的沉积材料层表面的反射光信号，所述光传输元件用于所述透镜组收集的反射光信号传输至所述分光元件，所述分光元件用于将所述反射光信号展开，所述光探测元件用于将展开后的反射光信号转换为电信号。可选地，所述气相沉积设备为MOCVD设备，所述反射信号分析单元包括光谱信号数据采集单元，用于采集所述电信号；材料的禁带宽度与温度关系存放单元，用于存放材料的禁带宽度与温度的关系曲线，所述关系曲线与衬底或衬底上的材料对应；电信号分析单元，用于对所述光谱信号数据采集单元提供的电信号进行分析，获得反射光谱曲线；特征波长提取单元，用于对所述反射光谱曲线进行分析，获得由于衬底或沉积材料层对宽光谱光信号中的禁带吸收所对应的特征波长；温度确定单元，用于根据所述特征波长确定禁带宽度，根据所述衬底或沉积材料层的禁带宽度与温度的关系曲线，获得所述衬底或沉积材料层的温度。相应地，本发明还提供一种原位温度测试方法，用于在外延沉积工艺过程中对衬底或衬底上的沉积材料层的温度进行测试，包括提供光源，所述光源用于产生光信号，所述光信号照射在衬底/或衬底上的沉积材料层的上表面；获得所述衬底或沉积材料层表面的反射光信号；对所述反射信号获取单元获得的反射光信号进行分析，获得该反射光信号反射光谱曲线；根据所述反射光谱曲线，获得由于衬底或沉积材料层对反射光信号的禁带吸收所对应的特征波长，根据所述特征波长获得对应的衬底或沉积材料层的禁带宽度；提供材料层的禁带宽度与温度的关系曲线；根据关系曲线和所述根据所述特征波长获得的禁带宽度，确定与所述反射信号对应的所述衬底或沉积材料层的温度。可选地，所述衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、ZnO、砷化镓、硅中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的材质为氮化镓、镓铝砷、砷化镓、硅、磷化铟、铟铝镓磷、铟铝镓氮合金中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的厚度大于0.2微米。可选地，获取所述反射光信号包括利用透镜组获得衬底或沉积材料层的反射光信号；
利用光传输元件将所述透镜组获得的反射光信号发送至分光元件；利用分光元件将所述光传输元件获得的反射光信号进行光谱展开；利用光探测元件将展开后的信号转换为电信号。可选地，对所述底或沉积材料层的反射光信号进行分析，确定所述衬底或沉积材料层的温度包括对所述电信号进行分析，获得由于衬底或沉积材料层对反射光信号中与禁带吸收所对应的特征波长；根据所述特征波长确定禁带宽度；提供材料的禁带宽度与温度的关系曲线；
根据所述关系曲线和所述根据所述特征波长获得的禁带宽度，获得与所述反射光信号对应的所述衬底或沉积材料层的温度。与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点本发明实施例提供的原位温度测试装置对衬底或衬底上的沉积材料层透过或反射的光信号进行分析，从而与所述衬底或衬底上的沉积材料层对应的吸收光谱曲线/或反射光谱曲线；通过对所述吸收光谱曲线/或反射光谱曲线分析，可以获得与所述衬底或衬底上的沉积材料层由于禁带吸收对应的禁带宽度，基于材料的禁带宽度与禁带宽度之间的关系曲线，确定与衬底或衬底上的沉积材料层的禁带宽度对应的温度，从而利用本发明实施例的原位温度测试装置可以准确监控衬底的温度，提高形成的沉积材料层的质量和厚度以及组分的均匀度，从而可以缓解或消除沉积材料层的翘曲变形的问题。
图I是现有技术的MOCVD的设备结构示意图；图2是本发明一个实施例的原位温度测试装置的结构示意图；图3是本发明一个实施例的原位温度测试方法流程示意图；图4是本发明又一实施例的原位温度测试装置的结构示意图；图5是本发明又一实施例的原位温度测试方法流程示意图。
具体实施例方式气相沉积工艺对衬底或衬底上的沉积材料层的温度较高，衬底或衬底上的沉积材料层的温度需要满足气相沉积工艺的要求，达到源物质进行化学反应所需要的温度，并且衬底或衬底上的沉积材料层的温度也需要满足一定的均匀度，保证最终形成的沉积材料层的厚度均匀，且防止衬底或由于不均匀的热应力而翘曲变形。因此，在MOCVD设备的工艺腔室中进行气相沉积工艺时，无论是起初阶段衬底上还没有形成沉积材料层或在气相沉积工艺过程中衬底上已经沉积一部分沉积材料层，均需要对衬底或衬底上已经形成的沉积材料层的温度进行实时监控，并且根据监控的结果需要对MOCVD设备的工艺腔室的温度控制模块进行适时调整，满足气相沉积工艺的需要。现有技术正是由于无法有效实时监控气相沉积工艺过程中衬底或衬底上的温度，从而导致衬底上最终形成的沉积材料层的厚度不均匀和/或在沉积材料层沉积过程中或沉积材料层沉积完成后发现衬底存在严重的翘曲变形。具体地，现有技术测量衬底或衬底上的沉积材料层的温度的方法有两种。(一种为利用经过校准(calibration)的热电偶(Thermal couple,TC)测量,请结合图1，由于基座12以一定的速度转动，因此，现有技术通常将热电偶安装在基座12下方，热电偶与基座12的下表面之间保持一定的间距，以使得基座12能够正常转动。正是由于热电偶与基座12之间具有一定距离，基座12具有一定的厚度，这使得热电偶与基座12上的衬底121没有直接接触，热电偶测试的温度是基座12下方的温度，而不是衬底121的温度。现有技术的另一种测量衬底的温度的方法是利用光谱分析装置，对基座12发出的热辐射信号中的一段进行光谱分析，例如是对热辐射信号中波长范围为905 940纳米的红外信号进行光谱分析，根据所述红外信号的强度，确定与该强度对应的红外信号的温度，将该温度作为衬底的温度。但是对于透明衬底材料来说，此种方法实际上测试的是基座12的温度，而并非衬底本身的温度，因此此种方法获得的温度与衬底的实际温度又较大的偏差。因此，现有技术无法准确测试衬底表面的温度。为了解决上述问题，本发明实施例提出一种原位温度测试装置，用于对基座上放置的衬底或衬底上的沉积材料层的温度进行测试，利用该原位温度测试装置可以较为准确 地测试衬底的温度，从而有利于对衬底或衬底上的沉积材料层的温度进行实时监控。具体地，结合图2所示的本发明一个实施例的原位温度测试装置的结构示意图，包括光源20，位于衬底21下方，所述光源20用于产生宽光谱信号，所述宽光谱信号用于照射所述衬底21的下表面；宽光谱信号获取单元22，用于获得透过所述衬底21或沉积材料层的宽光谱信号；宽光谱信号分析单元23，用于对所述宽光谱信号获取单元23获得的宽光谱信号进行分析，获得该宽光谱信号的吸收光谱曲线，根据所述吸收光谱曲线，获得由于衬底21或沉积材料层对宽光谱信号的禁带吸收所对应的特征波长，根据所述特征波长获得对应的衬底21或沉积材料层的禁带宽度，根据材料的禁带宽度与温度的关系曲线，确定所述衬底21或沉积材料层的温度。发明人考虑到，现有MOCVD设备的加热单元对基座进行加热时，基座由于受热升温会发出宽光谱信号。所述宽光谱信号的波长范围从几百纳米到几十微米甚至上百微米。该宽光谱信号透过衬底或衬底上的沉积材料层时，会被衬底或衬底上的沉积材料层吸收。对衬底或衬底上的沉积材料层吸收后的宽光谱信号进行分析，能够获得与该衬底或沉积材料层对应的吸收光谱。依据该吸收光谱能够获得与该衬底或沉积材料层对应的禁带宽度。对于某一种材质的衬底或沉积材料层，其禁带宽度与温度成近线性关系。在获得与所述衬底或衬底的沉积材料层对应的禁带宽度后，结合所述近线性关系，可以确定衬底的温度。本发明实施例所述的衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、ZnO、砷化镓、硅中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的材质为氮化镓、镓铝砷、砷化镓、硅、磷化铟、铟铝镓磷、铟铝镓氮合金中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的厚度大于O. 2微米，所述原位温度测试装置用于对衬底上的沉积材料层温度进行测试。本发明所述的衬底具有相对的上表面和下表面，所述上表面是指衬底的形成有沉积材料层的一侧的表面，所述下表面是指与衬底的远离上表面一侧的表面，通常所述衬底的下表面与基座接触。作为一个实施例，所述衬底的材质为蓝宝石。所述沉积材料层可以为单层结构，可以为多层结构。当所述沉积材料层为单层结构时，其材质可以为氮化镓，当所述沉积材料层为多层结构时，其可以为两层缓冲层和位于缓冲层之间的发光层(又称为多量子阱有源层)。所述两层缓冲层为分别具有N型和P型导电类型的氮化镓层。所述发光层可以为含有In的氮化镓层。需要说明的是，在外延沉积工艺的开始阶段，衬底上还没有形成沉积材料层，此时要监控衬底的温度，通常需要测试透过衬底的宽光谱信号，而随着外延沉积工艺的进行，衬底上逐渐形成部分的沉积材料层，所述宽光谱信号会透过衬底和衬底上的沉积材料层，此时，则需要监控衬底上已经形成的沉积材料层的温度。并且，对 于衬底上需要形成多层沉积材料层的情况，发光层对温度的敏感度比缓冲层对温度的敏感度高的多，因此，本领域技术人员可以在衬底上的第一层缓冲层形成后，在发光层的沉积过程中实时监控发光层表面的温度。若本领域技术人员需要监控第一层缓冲层形成的温度，则衬底上的第一层缓冲层(即衬底上已经形成的一部分沉积材料层)的厚度大于O. 2微米后，其测试结果会更为准确，因为当衬底上的第一层缓冲层的厚度小于等于O. 2微米时，第一缓冲层的厚度较小，其对宽光谱信号的吸收较小，容易受到衬底对宽光谱信号的吸收的影响。而当衬底上的第一缓冲层的厚度大于O. 2微米时，沉积材料层对宽光谱信号的吸收程度增强，其不容易受到衬底对宽光谱信号的吸收的影响，从而依据沉积材料层对宽光谱信号吸收产生的吸收光谱和衬底对宽光谱信号的吸收光谱的明显不同，原位温度测试装置可以区分两者，并且可以获得沉积材料层的宽光谱信号的吸收，从而保证获得的温度信号的准确性。因此，在本发明的可选实施例中，仅对衬底上的沉积材料层的温度进行测试。进一步地，可以在衬底上的沉积材料层的厚度大于O. 2微米时，对衬底上的沉积材料层的温度进行测试。本发明实施例所述的宽光谱信号，是指具有较长波长范围的光信号，所述较长波长范围为波长从几百纳米到几十微米，例如波长为300纳米 10微米的光信号。本发明实施例的原位温度测试装置通常用于气相沉积设备。所述气相沉积设备可以为MOCVD设备等。所述MOCVD设备具有工艺腔室，其工艺腔室的内部设置有加热单元，该加热单元上方具有基座，该基座用于放置衬底。所述加热单元可以为灯管、RF加热器等，所述加热单元的加热使得基座的温度升高，从而该基座可以发出宽光谱信号，从而可以利用基座作为光源。这样无需专门设置光源，简化工艺腔室的布局结构，节约MOCVD设备的成本。当然，在其他的实施例中，若不考虑MOCVD设备的成本和工艺腔室的布局，也可以在MOCVD工艺腔室中额外设置光源，利用该光源产生宽光谱信号。虽然所述宽光谱信号的波长较长，为了加快分析速度并提高分析的精度，作为可选的实施例，本发明实施例的原位温度测试装置仅会对宽光谱信号中的可见光、近紫外光或近红外光部分进行分析。所述近紫外光为即波长与紫外光的波长比较接近的光，所述近红外光为波长与红外光的波长比较接近的光。作为可选的实施例，本发明实施例所述的宽光谱信号获取单元包括所述宽光谱信号获取单元包括光探测元件、分光元件、光传输元件和透镜组，所述透镜组用于收集透过所述衬底或沉积材料层的宽光谱信号，所述光传输元件用于将所述透镜组收集的信号传输至所述分光元件，所述分光元件用于将所述宽光谱信号展开，所述光探测元件用于将所述展开后的宽光谱信号转换为电信号。
作为本发明的一个实施例，所述宽光谱信号分析单元包括光谱信号数据采集单元，用于采集所述宽光谱信号获取单元提供的电信号；材料的禁带宽度与温度关系存放单元，用于存放材料的禁带宽度与温度仪的关系曲线，所述关系曲线与衬底或沉积材料层的材料对应；电信号分析单元，用于对所述宽光谱信号数据采集单元提供的电信号进行分析，确定所述宽光谱信号的吸收光谱曲线；特征波长提取单元，用于对所述吸收光谱曲线进行分析，获得由于衬底或沉积材料层对宽光谱信号的禁带吸收所对应的特征波长；温度确定单元，用于根据所述特征波长获得对应的衬底或沉积材料层确定禁带宽 度，并根据所述材料的禁带宽度与温度的关系曲线，获得所述衬底或衬底上的沉积材料层的温度。相应地，本发明还提供利用所述原位温度测试装置的原位温度测试方法，所述方法在外延沉积工艺过程中对衬底或衬底上的沉积材料层的温度进行实时监控。请结合图3所示的原位温度测试方法流程示意图，所述方法包括步骤SI，提供光源，所述光源用于发出宽光谱信号，所述宽光谱信号用于照射所述衬底的下表面；步骤S2，获取透过所述衬底或沉积材料层的宽光谱信号；步骤S3，对所述透过所述衬底或衬底上的沉积材料层的宽光谱信号进行分析，获得该宽光谱信号的吸收光谱曲线，根据所述吸收光谱曲线，获得由于所述衬底或沉积材料层对宽光谱信号的禁带吸收对应的特征波长；根据材料层的禁带宽度与温度的关系曲线，确定所述衬底或沉积材料层的温度。作为可选的实施例，所述衬底的材质可以为蓝宝石、碳化硅、ZnO、砷化镓、硅中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的材质可以为氮化镓、镓铝砷、砷化镓、硅、磷化铟、铟铝镓磷、铟铝镓氮合金中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的厚度大于O. 2微米。作为可选的实施例，获取透过所述衬底或沉积材料层的宽光谱信号包括利用透镜组获得衬底或沉积材料层的宽光谱信号；利用光传输元件将所述透镜组获得的宽光谱信号发送至分光元件，所述光传输元件可以为光纤；利用分光元件将所述光传输元件获得的宽光谱信号进行光谱展开，所述分光元件可以为三棱镜、分光镜等具有分光功能的光学元件；利用光探测元件将展开后的信号转换为电信号，所述光探测元件可以为光敏的电子元件，应能够根据光信号的强度等转换为对应的电信号。作为本发明的一个实施例，对所述透过所述衬底或沉积材料层的宽光谱信号进行分析，获得所述衬底或沉积材料层的温度包括对所述电信号进行分析，获得由于衬底或沉积材料层对宽光谱信号的禁带吸收所对应的特征波长；根据所述特征波长确定禁带宽度；提供所述材料的禁带宽度与温度的关系曲线，所述关系曲线与所述衬底或沉积材料层的材料对应；
根据所述关系曲线和所述根据特征波长确定的禁带宽度，确定所述衬底或沉积材料层的温度。本发明所述的原位温度测试方法用于MOCVD设备，所述MOCVD设备具有加热基座，所述加热基座用于放置衬底和发出宽光谱信号。发明人考虑到，对于某一材质的沉积材料层或衬底而言，该沉积材料层或衬底的温度一定的情况下，其该材质的禁带宽度与其温度成线性关系。前一实施例为通过对透过衬底或衬底上的沉积材料层的宽光谱信号的吸收光谱进行分析，而在本发明的又一实施例中，还可以通过照射在衬底或衬底上的沉积材料层的反射光信号的吸收光谱进行分析获
得。 具体地，本发明实施例还提供一种原位温度测试装置，用于在外延沉积工艺过程中对衬底或沉积材料层的温度进行测试。请结合图4所示的本发明又一实施例的原位温度测试装置的结构示意图，所述原位温度测试装置包括光源30,位于衬底31上方,所述光源30用于产生光信号,所述光信号照射在衬底31或沉积材料层的上表面；反射信号获取单元32，用于获得所述衬底31或沉积材料层表面的反射光信号；反射信号分析单元33，用于对所述反射信号获取单元32获得的反射光信号进行分析，获得该反射光信号的反射光谱曲线，根据所述反射光谱曲线，获得由于衬底31或沉积材料层对反射光信号中与禁带吸收所对应的特征波长，根据所述特征波长获得对应的衬底31或沉积材料层的禁带宽度；根据材料的禁带宽度与温度的关系曲线，确定所述衬底31或沉积材料层的温度。本发明实施例所述的衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、ZnO、砷化镓、硅中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的材质为氮化镓，镓铝砷、砷化镓、硅、磷化铟、铟铝镓磷、铟铝镓氮合金中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的厚度大于O. 2微米，所述原位温度测试装置用于对衬底上的沉积材料层温度进行测试。作为一个实施例，所述光源发出的光信号为宽光谱信号。在本实施例中，所述宽光谱信号的波长范围为300纳米 800纳米。本发明实施例所述的所述原位温度测试装置安装于气相沉积设备中，所述气相沉积设备具有工艺腔室，所述工艺腔室内具有加热基座和加热单元，所述加热单元位于加热基座的下方，在进行外延沉积工艺时，所述加热单元对所述加热基座进行加热；所述反射信号获取单元位于所述衬底上方，所述反射信号获取单元包括光探测元件、分光元件、光传输元件和透镜组，所述透镜组用于收集所述衬底表面或衬底上的沉积材料层表面的反射信号，所述光传输元件用于所述透镜组收集的反射光信号传输至所述分光元件，所述分光元件用于将所述反射光信号展开，所述光探测元件用于将展开后的反射光信号转换为电信号。其中，所述分光元件可以为三棱镜、分光镜或者其他可以光线按照光谱展开，所述光探测元件可以光敏的能够进行光电转换的元件(即所述光探测元件至少能够将探测到的光信号转换为对应的电信号)。本发明所述的气相沉积设备为MOCVD设备，所述反射信号分析单元包括光谱信号数据采集单元，用于采集所述电信号；材料的禁带宽度与温度关系存放单元，用于存放材料的禁带宽度与温度的关系曲线，所述关系曲线与衬底或衬底上的材料对应；电信号分析单元，用于对所述光谱信号数据采集单元提供的电信号进行分析，获得反射光谱曲线；特征波长提取单元，用于对所述反射光谱曲线进行分析，获得由于衬底或沉积材料层对反射信号的禁带反射所对应的特征波长；温度确定单元，用于根据所述特征波长确定禁带宽度，根据所述衬底或沉积材料层的禁带宽度与温度的关系曲线，获得所述衬底或沉积材料层的温度。相应地，本发明还提供一种原位温度测试方法，用于在外延沉积工艺过程中对衬底或衬底上的沉积材料层的温度进行测试，请结合图5所示的本发明又一实施例的原位温度测试方法的流程示意图，包括步骤SI，提供光源，所述光源用于产生光信号，所述光信号照射在衬底/或衬底上的沉积材料层的上表面；步骤S2，获得所述衬底或沉积材料层表面的反射光信号；步骤S3，对所述反射信号获取单元获得的反射光信号进行分析，获得该反射光信号反射光谱曲线；根据所述反射光谱曲线，获得由于衬底或沉积材料层对反射光信号的禁带吸收所对应的特征波长，根据所述特征波长获得对应的衬底或沉积材料层的禁带宽度；提供材料层的禁带宽度与温度的关系曲线；根据关系曲线和所述根据所述特征波长获得的禁带宽度，确定与所述反射信号对应的所述衬底或沉积材料层的温度。本发明实施例所述的衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、ZnO、砷化镓、硅中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的材质为氮化镓、镓铝砷、砷化镓、硅、磷化铟、铟铝镓磷、铟铝镓氮合金中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的厚度大于O. 2微米。作为一个实施例，获取所述反光射信号包括利用透镜组获得衬底或沉积材料层的反射光信号；利用光传输元件将所述透镜组获得的反射光信号发送至分光元件；利用分光元件将所述光传输元件获得的反射光信号进行光谱展开；利用光探测元件将展开后的信号转换为电信号。本发明实施例所述的对所述底或沉积材料层的反射光信号进行分析，确定所述衬底或沉积材料层的温度包括对所述电信号进行分析，获得由于衬底或沉积材料层对反射光信号的禁带反射所对应的特征波长；根据所述特征波长确定禁带宽度；提供材料的禁带宽度与温度的关系曲线；根据所述关系曲线和所述根据所述特征，获得根据特征波长确定的禁带宽度对应的所述衬底上的沉积材料层的温度。综上，本发明实施例提供的原位温度测试装置对衬底或衬底上的沉积材料层透过或反射的光信号进行吸收光谱分析，从而与所述衬底或衬底上的沉积材料层对应的吸收光谱曲线；通过对所述吸收光谱曲线分析，可以获得与所述衬底或衬底上的沉积材料层对应的禁带宽度，基于材料的禁带宽度与禁带宽度之间的关系曲线，确定与衬底或衬底上的沉积材料层的禁带宽度对应的温度，从而利用本发明实施例的原位温度测试装置可以准确监控衬底的温度，提高形成的沉积材料层的质量和厚度以及组分的均匀度，从而可以缓解或消除沉积材料层的翘曲变形的问题。虽然本发明已以较佳实施例披露如 上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种原位温度测试装置，用于在气相沉积工艺过程中对衬底或衬底上的沉积材料层的温度进行测试，其特征在于，包括 光源，位于衬底下方，所述光源用于产生宽光谱信号，所述宽光谱信号用于照射所述衬底的下表面； 宽光谱信号获取单元，用于获得透过所述衬底或沉积材料层的宽光谱信号；宽光谱信号分析单元，用于对所述宽光谱信号获取单元获得的宽光谱信号进行分析，获得该宽光谱信号的吸收光谱曲线，根据所述吸收光谱曲线，获得由于衬底或沉积材料层对宽光谱信号的禁带吸收所对应的特征波长，根据所述特征波长获得对应的衬底或沉积材料层的禁带宽度，根据材料的禁带宽度与温度的关系曲线，确定所述衬底或沉积材料层的温度。
2.如权利要求I所述的原位温度测试装置，其特征在于，所述衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、ZnO、砷化镓、硅中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的材质为氮化镓、镓铝砷、砷化镓、硅、磷化铟、铟铝镓磷、铟铝镓氮合金中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的厚度大于O. 2微米，所述原位温度测试装置用于对衬底上的沉积材料层的温度进行测试。
3.如权利要求I所述的原位温度测试装置，其特征在于，还包括 加热基座，所述加热基座用于放置所述衬底，利用所述加热基座作为所述光源，所述加热基座发出的宽光谱信号的波长范围为300纳米 10微米，对所述宽光谱信中的近紫外光、可见光或近红外光部分进行分析。
4.如权利要求3所述的原位温度测试装置，其特征在于，所述原位温度测试装置安装于气相沉积设备中，所述气相沉积设备具有工艺腔室，所述工艺腔室内具有加热基座和加热单元，所述加热单元位于加热基座的下方，在进行气相沉积工艺时，所述加热单元对所述加热基座进行加热，从而使得所述加热基座能够产生宽光谱信号； 所述宽光谱信号获取单元位于所述衬底和沉积材料层的上方，所述宽光谱信号获取单元包括光探测元件、分光元件、光传输元件和透镜组，所述透镜组用于收集透过所述衬底或沉积材料层的宽光谱信号，所述光传输元件用于将所述透镜组收集的宽光谱信号传输至所述分光元件，所述分光元件用于将所述宽光谱信号展开，所述光探测元件用于将所述展开后的宽光谱信号转换为电信号。
5.如权利要求4所述的原位温度测试装置，其特征在于，所述气相沉积设备为MOCVD设备，所述宽光谱信号分析单元包括 光谱信号数据采集单元，用于采集所述电信号； 材料的禁带宽度与温度关系存放单元，用于存放材料的禁带宽度与温度的关系曲线，所述关系曲线与衬底或沉积材料层的材料对应； 电信号分析单元，用于对所述宽光谱信号数据采集单元提供的电信号进行分析，确定所述宽光谱信号的吸收光谱曲线； 特征波长提取单元，用于对所述吸收光谱曲线进行分析，获得由于衬底或沉积材料层对宽光谱信号的禁带吸收所对应的特征波长； 温度确定单元，用于根据所述特征波长获得对应的衬底或沉积材料层的禁带宽度，并根据所述材料的禁带宽度与温度的关系曲线，获得所述衬底或衬底上的沉积材料层的温度。
6.一种原位温度测试方法，用于在气相沉积工艺过程中对衬底或沉积材料层的温度进行测试，其特征在于，包括 提供光源，所述光源用于发出宽光谱信号，所述宽光谱信号用于照射所述衬底的下表面； 获取透过所述衬底或沉积材料层的宽光谱信号； 对所述透过所述衬底或衬底上的沉积材料层的宽光谱信号进行分析，获得该宽光谱信号的吸收光谱曲线，根据所述吸收光谱曲线，获得由于所述衬底或沉积材料层对宽光谱信号的禁带吸收对应的特征波长；根据材料层的禁带宽度与温度的关系曲线，确定所述衬底或沉积材料层的温度。
7.如权利要求6所述的原位温度测试方法，其特征在于，所述衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、ZnO、砷化镓、硅中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的材质为氮化镓、镓铝砷、砷化镓、硅、磷化铟、铟铝镓磷、铟铝镓氮合金中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的厚度大于O. 2微米。
8.如权利要求6所述的原位温度测试方法，其特征在于，获取透过所述衬底或沉积材料层的宽光谱信号包括 利用透镜组获得透过所述衬底或沉积材料层的宽光谱信号； 利用光传输元件将所述透镜组获得的宽光谱信号发送至分光元件； 利用分光元件将所述光传输元件获得的宽光谱信号进行光谱展开； 利用光探测元件将展开后的光信号转换为电信号。
9.如权利要求8所述的原位温度测试方法，其特征在于，对所述透过所述衬底或衬底上的沉积材料层的宽光谱信号进行分析，确定所述衬底或沉积材料层的温度包括 对所述电信号进行分析，获得由于衬底或沉积材料层对宽光谱信号的禁带吸收所对应的特征波长； 根据所述特征波长确定禁带宽度； 提供所述材料的禁带宽度与温度的关系曲线，所述关系曲线与所述衬底或沉积材料层的材料对应； 根据所述关系曲线和所述根据特征波长确定的禁带宽度，确定所述衬底或沉积材料层的温度。
10.如权利要求8所述的原位温度测试方法，其特征在于，所述原位温度测试方法用于MOCVD设备，所述MOCVD设备具有加热基座，所述加热基座用于放置衬底和发出宽光谱信号。
11.一种原位温度测试装置，用于在气相沉积工艺过程中对衬底或沉积材料层的温度进行测试，其特征在于，包括 光源，位于衬底上方，所述光源用于产生光信号，所述光信号照射在衬底或沉积材料层的上表面； 反射信号获取单元，用于获得所述衬底或沉积材料层表面的反射光信号； 反射信号分析单元，用于对所述反射信号获取单元获得的反射光信号进行分析，获得该反射光信号的反射光谱曲线，根据所述反射光谱曲线，获得由于衬底或沉积材料层对反射光信号中与禁带吸收所对应的特征波长，根据所述特征波长获得对应的衬底或沉积材料层的禁带宽度；根据材料的禁带宽度与温度的关系曲线，确定所述衬底或沉积材料层的温度。
12.如权利要求11所述的原位温度测试装置，其特征在于，所述衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、ZnO、砷化镓、硅中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的材质为氮化镓，镓铝砷、砷化镓、硅、磷化铟、铟铝镓磷、铟铝镓氮合金中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的厚度大于O. 2微米，所述原位温度测试装置用于对衬底上的沉积材料层温度进行测试。
13.如权利要求11所述的原位温度测试装置，其特征在于，还包括 所述光源发出的反射光信号的波长范围为300 800纳米。
14.如权利要求11所述的原位温度测试装置，其特征在于，所述原位温度测试装置安装于气相沉积设备中，所述气相沉积设备具有工艺腔室，所述工艺腔室内具有加热基座和加热单元，所述加热单元位于加热基座的下方，在进行气相沉积工艺时，所述加热单元对所述加热基座进行加热； 所述反射信号获取单元位于所述衬底上方，所述反射信号获取单元包括光探测元件、分光元件、光传输元件和透镜组，所述透镜组用于收集所述衬底表面或衬底上的沉积材料层表面的反射光信号，所述光传输元件用于所述透镜组收集的反射光信号传输至所述分光元件，所述分光元件用于将所述反射光信号展开，所述光探测元件用于将展开后的反射光信号转换为电信号。
15.如权利要求14所述的原位温度测试装置，其特征在于，所述气相沉积设备为MOCVD设备，所述反射信号分析单元包括 光谱信号数据采集单元，用于采集所述电信号； 材料的禁带宽度与温度关系存放单元，用于存放材料的禁带宽度与温度的关系曲线，所述关系曲线与衬底或衬底上的材料对应； 电信号分析单元，用于对所述光谱信号数据采集单元提供的电信号进行分析，获得反射光谱曲线； 特征波长提取单元，用于对所述反射光谱曲线进行分析，获得由于衬底或沉积材料层对宽光谱光信号中的禁带吸收所对应的特征波长； 温度确定单元，用于根据所述特征波长确定禁带宽度，根据所述衬底或沉积材料层的禁带宽度与温度的关系曲线，获得所述衬底或沉积材料层的温度。
16.一种原位温度测试方法，用于在外延沉积工艺过程中对衬底或衬底上的沉积材料层的温度进行测试，其特征在于，包括 提供光源，所述光源用于产生光信号，所述光信号照射在衬底/或衬底上的沉积材料层的上表面； 获得所述衬底或沉积材料层表面的反射光信号； 对所述反射信号获取单元获得的反射光信号进行分析，获得该反射光信号反射光谱曲线；根据所述反射光谱曲线，获得由于衬底或沉积材料层对反射光信号的禁带吸收所对应的特征波长，根据所述特征波长获得对应的衬底或沉积材料层的禁带宽度；提供材料层的禁带宽度与温度的关系曲线；根据关系曲线和所述根据所述特征波长获得的禁带宽度，确定与所述反射信号对应的所述衬底或沉积材料层的温度。
17.如权利要求16所述的原位温度测试方法，其特征在于，所述衬底的材质为蓝宝石、碳化硅、ZnO、砷化镓、硅中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的材质为氮化镓、镓铝砷、砷化镓、硅、磷化铟、铟铝镓磷、铟铝镓氮合金中的一种或者其中的组合，所述沉积材料层的厚度大于O. 2微米。
18.如权利要求16所述的原位温度测试方法，其特征在于，获取所述反射光信号包括 利用透镜组获得衬底或沉积材料层的反射光信号； 利用光传输元件将所述透镜组获得的反射光信号发送至分光元件； 利用分光元件将所述光传输元件获得的反射光信号进行光谱展开； 利用光探测元件将展开后的信号转换为电信号。
19.如权利要求18所述的原位温度测试方法，其特征在于，对所述底或沉积材料层的反射光信号进行分析，确定所述衬底或沉积材料层的温度包括 对所述电信号进行分析，获得由于衬底或沉积材料层对反射光信号中与禁带吸收所对应的特征波长； 根据所述特征波长确定禁带宽度； 提供材料的禁带宽度与温度的关系曲线； 根据所述关系曲线和所述根据所述特征波长获得的禁带宽度，获得与所述反射光信号对应的所述衬底或沉积材料层的温度。
全文摘要
本发明实施例提供了原位温度测试装置及其测试方法，所述原位温度测试装置用于气相沉积工艺过程中对衬底或衬底上的沉积材料层透过或反射的光信号进行吸收光谱测试分析或反射光谱测试分析，从而获得与所述衬底或衬底上的沉积材料层对应的吸收光谱曲线/或反射光谱曲线；通过对所述吸收光谱曲线/或反射光谱曲线分析，可以获得与所述衬底或衬底上的沉积材料层对应的禁带宽度，基于材料的禁带宽度与温度之间的关系曲线，确定与衬底或衬底上的沉积材料层的禁带宽度对应的温度，从而利用本发明实施例的原位温度测试装置可以准确监控衬底温度与衬底的温度分布。
文档编号C30B25/02GK102879125SQ201110198339
公开日2013年1月16日 申请日期2011年7月15日 优先权日2011年7月15日
发明者梁秉文 申请人:光达光电设备科技(嘉兴)有限公司