一种在线实时检测外延片温度的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体检测技术领域，特别涉及一种在线实时检测外延片温度的装置 及方法。
【背景技术】
[0002] 温度是化学气相淀积（CVD)、分子束外延（MBE)等外延片工艺过程中的一个关键 检测因素。对于严格的反应条件，如高真空、高温、化学性质活泼的环境、高速旋转的衬底 等，对外延片的温度进行直接检测技术几乎是不可能的。因此，为了提高产品性能、减少生 产成本、优化工艺控制，现有技术通常是采用一种光学在线检测系统，采用基于热辐射的光 学测温技术，实时检测外延片生长过程中的外延片温度。
[0003] 但是，应用这种光学在线检测系统时，在外延片长膜的同时，反应腔窗口会镀上一 层或多层附加膜，而基于热辐射的光学测温技术受窗口镀膜的影响较大，致使外延片温度 实际值与检测值之间的偏差可达到l〇°C。对窗口进行清理或更换可以减小外延片温度实际 值与检测值之间的偏差，但是，对窗口进行清理或更换会给工艺线带来巨大的时间成本及 物资成本。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本发明提出了一种为基于热辐射的在线实时测温计数中引入 反射率衰减因子和热辐射衰减因子，从而消除反应腔窗口镀膜对在线实时温度检测值造成 的影响、提高在线实时温度检测值准确度的在线实时检测外延片温度的装置及方法。
[0005] 本发明提供的一种在线实时检测外延片温度的装置包括M0CVD反应腔、光源、分 束器、参考光探测器、反射光探测器和数据采集单元，其中，
[0006] 所述M0CVD反应腔内设有石墨基座，所述石墨基座能够旋转，所述石墨基座用于 承载外延片，所述M0CVD反应腔顶部设有反应腔窗口，所述反应腔窗口用于使光通过；
[0007] 所述光源用于产生光束；
[0008] 所述分束器将从所述光源处接收到的光束分为两束，其中一束进入所述参考光探 测器后形成第一路电信号；另一束通过所述反应腔窗口后射向外延片，被所述外延片反射 后形成反射光束，所述反射光束经过所述反射光探测器后形成第二路电信号
[0009] 所述数据采集单元用于采集所述第一路电信号和第二路电信号。
[0010] 本发明提供的在线实时检测外延片温度的方法包括以下步骤：
[0011] 步骤1 :根据所述光源打开时，所述反射光探测器探测到的第二路电信号和所述 光源关闭时，所述反射光探测器探测到的第二路电信号，分别得到所述外延片的反射光强 度和所述外延片的热辐射强度，
[0012] I反=1开-I关，
[0013] L(入，T) =1关，
[0014] 其中，
[0015] I ，所述光源打开时，所述反射光探测器探测到的第二路电信号，
[0016] I #所述光源关闭时，所述反射光探测器探测到的第二路电信号，
[0017] 1&，外延片的反射光强度，
[0018] L U，T)，外延片的热辐射强度；
[0019] 步骤2 :根据所述外延片的反射光强度和所述参考光强度，得到所述外延片的反 射率，
【主权项】
1. 一种在线实时检测外延片温度的装置，其特征在于，包括MOCVD反应腔、光源、分束 器、参考光探测器、反射光探测器和数据采集单元，其中， 所述M0CVD反应腔内设有石墨基座，所述石墨基座能够旋转，所述石墨基座用于承载 外延片，所述M0CVD反应腔顶部设有反应腔窗口，所述反应腔窗口用于使光通过； 所述光源用于产生光束； 所述分束器将从所述光源处接收到的光束分为两束，其中一束进入所述参考光探测器 后形成第一路电信号；另一束通过所述反应腔窗口后射向外延片，被所述外延片反射后形 成反射光束，所述反射光束经过所述反射光探测器后形成第二路电信号 所述数据采集单元用于采集所述第一路电信号和第二路电信号。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括光源开关控制电路和/或数据处理 单元，所述光源开关控制电路用于控制所述光源的开与关，所述数据处理单元用于对所述 数据采集单元采集到的信号进行处理。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括CPU，所述CPU用于控制所述开关 控制电路从而控制所述光源的开与关，并且，所述CPU还用于对所述数据采集单元采集到 的信号进行处理。
4. 根据权利要求1~3中任一所述的装置，其特征在于，当所述光源打开时，所述第 一路电信号是所述外延片的反射光强度与所述外延片的热辐射强度之和；当所述光源关闭 时，所述第二路电信号是所述外延片的热辐射强度。
5. -种基于权利要求1~4中任一所述的装置的在线实时检测外延片温度的方法，其 特征在于，包括以下步骤： 步骤1:根据所述光源打开时，所述反射光探测器探测到的第二路电信号和所述光源 关闭时，所述反射光探测器探测到的第二路电信号，分别得到所述外延片的反射光强度和 所述外延片的热辐射强度， I反=1开_1关， L(入，T) =1关， 其中， 1#所述光源打开时，所述反射光探测器探测到的第二路电信号， I#，所述光源关闭时，所述反射光探测器探测到的第二路电信号， I&，外延片的反射光强度， L(A，T)，外延片的热辐射强度； 步骤2:根据所述外延片的反射光强度和所述参考光强度，得到所述外延片的反射率，
(1) 其中， R，外延片的反射率， m，参考光与入射光的光强比率， I&，外延片的反射光强度， 1#，参考光强度； 步骤3 :根据所述外延片的反射率和所述外延片的理想反射率，得到所述反应腔窗口 镀膜引起的反射率衰减因子，
(2) 其中， ATK，反应腔窗口镀膜引起的反射率衰减因子， R，外延片的反射率， R。，外延片的理想反射率； 步骤4:根据所述反应腔窗口镀膜引起的反射率衰减因子，得到所述反应腔窗口镀膜 引起的热辐射衰减因子，
;⑴ 其中， ATt，反应腔窗口镀膜引起的热辐射衰减因子， ATK，反应腔窗口镀膜引起的反射率衰减因子； 步骤5 :根据所述外延片的热辐射强度L(A，T)，所述外延片的反射率R，所述反应腔 窗口镀膜引起的热辐射衰减因子ATt和所述反应腔窗口镀膜引起的反射率衰减因子ATk， 计算所述外延片的黑体热辐射值Pb (入，T)，
(4) 其中， PbU，T)，黑体辐射值， L(A，T)，外延片的热辐射强度， R，外延片的反射率， ATt，反应腔窗口镀膜引起的热辐射衰减因子， ATK，反应腔窗口镀膜引起的反射率衰减因子，e(R/ATK)，外延片的热发射率， 步骤6:根据所述黑体辐射值Pb (A，T)与所述外延片温度T的对应关系，得到所述外 延片的温度T，
(5) 其中， Pb (入，T)，理想黑体辐射值，h，普朗克常数， k，玻尔兹曼常数， c，光速， 入，波长， T，温度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括选择用于得到外延片的热发射率 e (r/atk)的步骤，当反应腔窗口镀膜为理想不透明、光滑、平整的表面时， 所述e(r/atk)=i-r/atk 其中， R，外延片的反射率， ATK，反应腔窗口镀膜引起的反射率衰减因子，e(R/ATK)，外延片的热发射率。
7. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括选择用于得到外延片的热发射率 e(R/ATK)的步骤，当反应腔窗口镀膜为透明、单面衬底抛光时， 所述 e(R/ATe) =ecarr(l-R/ATE)(l-Rdiff){l+R/ATE*Rdiff+(l-ecarr)[(Rdiff+R/ATE(1-Rdiff)2)]} 其中， e(R/ATK)，外延片的热发射率， R，外延片的反射率， Rdiff，不平滑衬底的散射率，e，石墨基座的热发射率， ATK，反应腔窗口镀膜引起的反射率衰减因子。
8. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括得到参考光与入射光的光强比率m 的步骤，所述光强比率m根据得到， 其中， Rgp具有标准反射率的外延片的反射率，m，参考光与入射光的光强比率， I&，外延片的反射光强度， 1#，参考光强度。
【专利摘要】本发明公开了一种在线实时检测外延片温度的装置及方法，属于半导体检测技术领域。该装置包括MOCVD反应腔、光源、分束器、参考光探测器、反射光探测器和数据采集单元。该方法以该装置为基础，能够得到针对外延片的反应腔窗口镀膜引起的热辐射衰减因子和反应腔窗口镀膜引起的反射率衰减因子。该装置及方法能够消除反应腔窗口镀膜对在线实时温度检测值造成的影响、提高在线实时温度检测值准确度。
【IPC分类】G01J5-52
【公开号】CN104697645
【申请号】CN201310651743
【发明人】严冬, 李成敏, 王林梓, 刘健鹏, 叶龙茂
【申请人】北京智朗芯光科技有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月5日
【公告号】WO2015081728A1