片10表面，或者，使来自外延片10 表面的反射光通过后射向分光器A02;光纤：用于光在狭缝窗口 A03和外延片10表面之间 的传入和传出；拉曼滤波片A05:用于对分光器A02接收到的光滤除杂散光后射向拉曼散射 光谱接收系统3。
[0038] 参见附图4a、4b和4c，光纤为七芯光纤，其中，中间芯13用于光通过狭缝窗口 A03 后入射至外延片10表面，周围六芯14用于光从外延片10表面反射后通过狭缝窗口 A03射 向分光器A02,或者，周围六芯14用于光通过狭缝窗口 A03后入射至外延片10表面，中间芯 13用于光从外延片10表面反射后通过狭缝窗口 A03射向分光器A02。
[0039] 其中，作为拉曼散射光谱产生系统2和拉曼散射光谱接收系统3的一种具体的实 现方式，拉曼散射光谱产生系统2可以为激光器，拉曼散射光谱接收系统3可以为光谱仪。
[0040] 其中，激光器为调制频率可选的光纤激光器，从而实现快速响应、高功率和精确光 度测定。
[0041] 其中，触发信号电路7、工作信号电路4的工作模式与激光器、光谱仪响应模式如 下表所示，其中高电平用" 1"表示，低电平用" 〇 "表示。
[0042]
【主权项】
1. 一种在线实时检测外延片生长的方法，其特征在于，包括以下步骤： 生成各外延片对应的实时拉曼散射光谱数据； 根据所述各外延片对应的实时拉曼散射光谱数据，实时分析各外延片带隙、微结构、组 分信息，并实时反馈各外延片的波长偏差，从而在线实时检测各外延片的生长信息。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于实现所述方法的装置包括:MOCVD反 应室、光学组件、拉曼散射光谱产生系统、拉曼散射光谱接收系统、数据分析系统、光电开 关、触发信号电路和操作电路； 所述MOCVD反应室内设有石墨盘，用于承载各外延片，所述各外延片在所述拉曼散射 光谱产生系统产生的光束的激发下生成对应的拉曼散射光谱； 所述光学组件用于使所述光束通过后射向所述各外延片，并使所述各外延片生成的拉 曼散射光谱通过后射向所述拉曼散射光谱接收系统； 所述拉曼散射光谱产生系统用于产生所述光束； 所述拉曼散射光谱接收系统用于接收所述各外延片生成的拉曼散射光谱； 所述数据分析系统根据各外延片对应的实时拉曼散射光谱数据，实时分析各外延片带 隙、微结构、组分信息，并实时反馈各外延片的波长偏差，从而在线实时检测各外延片的生 长信息； 所述光电开关设置于所述MOCVD反应室中，根据所述石墨盘的转动产生模拟触发信 号； 所述触发信号电路根据所述模拟触发信号产生高低电平交替反转控制信号后发送给 所述操作电路； 所述操作电路控制所述拉曼散射光谱产生系统，使所述拉曼散射光谱产生系统产生光 束。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述装置还包括信号转换电路和工作信 号电路， 所述信号转换电路用于将数据分析系统发送的数字信号转换为模拟信号后将得到的 模拟信号发送给工作信号电路； 所述工作信号电路根据从所述信号转换电路接收到的模拟信号向所述操作电路和所 述拉曼散射光谱接收系统发送工作信号。 所述触发信号电路还向所述工作信号电路和信号转换电路发送高低电平交替反转控 制信号； 所述信号转换电路还将接收到的所述高低电平交替反转控制信号转换为数字信号后 发送给所述数据分析系统； 所述数据分析系统还根据所述触发信号得到各外延片的位置，经过所述信号转换电路 转换后反馈至所述工作信号电路； 此时，所述操作电路的控制信号由来自所述触发信号电路的信号和来自所述数据分析 系统的信号共同控制。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述MOCVD反应室从下至上依次包括 加热器、石墨盘、外延片，所述MOCVD反应室上部由石英玻璃密封，使得MOCVD反应室处于真 空环境中。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述光学组件包括第一透镜、分光器、狭 缝窗口、光纤和拉曼滤波片； 所述第一透镜用于对接收到的光汇聚后射向所述分光器； 所述分光器用于将接收到的光分束，其中一束通过所述狭缝窗口后射向外延片，另一 束射向所述拉曼滤波片； 所述狭缝窗口用于使光通过后射向外延片表面，或者，使来自外延片表面的反射光通 过后射向分光器； 所述光纤用于光在狭缝窗口和外延片表面之间的传入和传出； 所述拉曼滤波片用于对所述分光器接收到的光滤除杂散光后射向所述拉曼散射光谱 接收系统。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述光纤为七芯光纤，其中，中间芯用于 光通过所述狭缝窗口后入射至外延片表面，周围六芯用于光从外延片表面反射后通过狭缝 窗口射向分光器，或者，所述周围六芯用于光通过狭缝窗口后入射至外延片表面，所述中间 芯用于光从外延片表面反射后通过狭缝窗口射向分光器。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述拉曼散射光谱产生系统为激光器，所 述拉曼散射光谱接收系统为光谱仪。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述激光器为调制频率可选的光纤激光 器。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述触发信号电路、工作信号电路的工作 模式与激光器、光谱仪响应模式如下表所示，其中高电平用"1"表示，低电平用"0"表示，
〇
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述生成各外延片对应的实时拉曼光谱 数据的方法包括以下步骤： 根据所述石墨盘每转一圈需要的时间和所述光谱仪采集数据的时间间隔，确定所述石 墨盘每转一圈所述光谱仪采集数据的次数，其中，所述石墨盘每转一圈需要的时间/光谱 仪采集数据的时间间隔的比值为正整数； 根据所述石墨盘每转一圈所述光谱仪采集数据的次数和布设在所述石墨盘外周上的 外延片的数量，确定所述石墨盘在旋转的每一圈时，所述光谱仪采集数据对应的各外延片， 其中，布设在所述石墨盘外周上的外延片的数量与所述石墨盘每转一圈所述光谱仪采集数 据的次数的比值为正整数； 以所述石墨盘每旋转两圈为一个数据采集周期，在每个所述数据采集周期内，当所述 石墨盘旋转第一圈时，所述光谱仪采集所述对应的各外延片的拉曼散射光谱及背景光谱； 当所述石墨盘旋转第二圈时，所述光谱仪采集所述对应的各外延片的背景光谱，则，所述对 应的各外延片的拉曼散射光谱及背景光谱-所述对应的各外延片的背景光谱即生成在每 个数据采集周期内所述对应的各外延片拉曼散射光谱数据； 通过所述光电开关，连续改变所述每个数据采集周期对应的起始外延片，使所述光谱 仪采集的数据遍历布设在所述石墨盘外周上的所有外延片，即得到布设在所述石墨盘外周 上的所有外延片拉曼散射光谱数据。
【专利摘要】本发明公开了一种在线实时检测外延片生长的方法，属于半导体材料制造设备技术领域。该方法根据各外延片对应的实时拉曼散射光谱数据，实时分析各外延片带隙、微结构、组分信息，并实时反馈各外延片的波长偏差，从而在线实时检测各外延片的生长信息。该方法参数易协调一致且实时检测数据量明显降低，应用本发明提供的在线实时检测外延片生长的方法能够减小外延片质量差及报废带来的损失。
【IPC分类】G01N21-65, H01L21-66
【公开号】CN104697972
【申请号】CN201310646667
【发明人】严冬, 李成敏, 叶龙茂, 王林梓, 刘健鹏, 刘涛
【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4日