膜进行监控W获取相应的拉曼光谱，并 通过对反应室内溫度、压强等参数调节W使中间产物的拉曼光谱保持一致；并且，根据薄膜 内有应力下的拉曼光谱的频移和无应力下的标准拉曼光谱的频移的关系，获取应力大小， 并对反应室内溫度、压强等参数调节W使应力在允许范围内。
[0043] 参考图1所示，为本申请实施例提供的一种拉曼原位监控装置的结构示意图，其 中，拉曼原位监控装置100用于监控金属有机物化学气相沉积设备的反应室200,反应室 200形成有入光口 21和出光口 22,拉曼原位监测装置100包括：
[0044] 光源系统11，用于输出入射激光；
[0045]设置于光源系统11的光路上的聚光系统12,用于将入射激光通过入光口 21垂直 会聚于反应室200内的衬底23表面的薄膜上，其中，入射激光与反应室200内中间产物和 薄膜均发生散射，且通过出光口 22将与其方向相应的散射光出射；
[0046] 设置于出光口 22的光路上的集光系统13,用于收集出光口 22出射的散射光；
[0047]设置于集光系统13的光路上的色散系统14,用于按不同波长分离集光系统13收 集的散射光，W输出预设波长的测量光；
[0048]W及，设置于色散系统14的光路上的采集系统15,用于对测量光进行光子计数， w得到中间产物的拉曼光谱和薄膜的拉曼光谱。
[0049] 其中，反应室200还包括有转轴24和托盘25,多个衬底23放置于托盘25上，通过 转轴24的转动带动托盘25转动，W达到监控所有衬底表面的薄膜的目的，可选的，托盘25 为石墨托盘。
[0050] 由上述内容可知，本申请实施例提供的技术方案，实时对反应室内气体和薄膜进 行监控W获取相应的拉曼光谱，并通过对反应室内溫度、压强等参数调节W使中间产物的 拉曼光谱保持一致，保证了中间产物的浓度和种类一致，进而改善薄膜的结晶质量，提高薄 膜的稳定性；并且，根据薄膜内有应力下的拉曼光谱的频移和无应力下的标准拉曼光谱的 频移的关系，获取应力大小，并对反应室内溫度、压强等参数调节W使应力在允许范围内， W避免出现应力足够大而使得薄膜沿晶面间距较大的晶面裂开的情况，提高生产合格率。
[0051] 另外，本申请实施例提供的拉曼原位监控装置，其入射激光垂直入射至衬底薄膜 的薄膜上，由于薄膜具有反射作用，入射激光能够通过薄膜垂直反射，使得反射光和散射光 的光路区分，避免反射光通过出光口，而对最终获取的测量光造成影响。
[0052] 本申请实施中反应室内的散射主要包括反应室内的中间产物和衬底表面的薄膜 对入射激光的散射。反应室内的气体包含分子体积较小的载气和具有较复杂分子结构的中 间产物，由于拉曼光谱选用的激光波长一般在500nmW上，而小分子气体更容易散射波长 较短的蓝光，所W载气分子对入射激光的散射作用相比具有较复杂分子结构的中间产物对 入射激光的散射作用而言可W忽略。薄膜对入射激光的散射最强，散射后的光频率随衬底 溫度和应力的变化而变化。
[0053] 具体的，入射激光与中间产物的拉曼散射是光子与单分子的相互作用，散射后分 子的振动能级改变，处于基态的分子吸收光子的部分能量后转变为激发态，而处于激发态 的分子则给予光子部分能量后转变为基态，由于大部分分子处于基态，因此大部分光子发 生非弹性散射后的频率是减小的，运种情况下光子与光学支声子碰撞时的能量和准动量守 恒可W写成：
[0056] 其中，Vi是散射前的光子频率，V 2是散射后的光子频率，iT；是散射前的光子波 矢，15是散射后的光子波矢，V'是声子频率，療是声子波矢。对于任意频率的入射光子， 散射前后光子频率差AV固定等于V'，将AV换算为拉曼光谱仪常用的波数单位，波数 变化An为：
[0057]
[0058] 其中，A1是散射前的光子波长，A2是散射后的光子波长，C为真空中光速。
[0059] 而，入射激光与薄膜的拉曼散射是光子与晶体格波的相互作用，晶体的标准拉曼 光谱可W通过实验测得，如果薄膜内有应力，则监控的薄膜的拉曼光谱的频率差AV'与标 准拉曼光谱的频率差A V的关系式A V'- A V为：
[0060]
[0061] 其中，Sll和S12为沿（001)面生长的半导体材料的弹性柔度张量，p和q为声子 形变势常数，由公式四得出薄膜内应力大小。
[0062] 下面对本申请实施例提供的一种具体的拉曼原位监控装置进行说明，参考图2所 示，为本申请实施例提供的另一种拉曼原位监控装置的结构示意图，其中，光源系统11包 括：
[0063] 单色激光光源111 ;
[0064]W及，第一聚光透镜112,第一聚光透镜112设置于单色激光光源111的光路上。
[0065] 需要说明的是，本申请实施例对于单色激光光源的波长、功率、光斑等参数不作具 体限制，需要根据实际情况进行选取，只需保证反应室内热福射光谱不对监控造成影响即 可。
[006引具体的，当托盘为石墨托盘时，出光口除出射中间产物和薄膜所发出的散射光外， 还有衬底和石墨托盘的热福射光谱，热福射光谱会作为杂光干扰监控。对于蓝宝石等透明 衬底而言，由于其热福射系数远小于石墨托盘（其中，石墨托盘表面形成有SiC涂层）表面 SiC材料的热福射系统，因此可W认为热福射光谱主要来源于石墨托盘；而对于单晶Si等 不透明衬底而言，只需要考虑衬底的热福射即可。
[0067] 对于上述第一种情况，由于SiC材料的热福射系数较大，假设SiC的热福射系数为 1，假设石墨托盘的工作溫度T为1300K，在此溫度下热福射的峰值波长由维恩位移定律：
[0068]Am= 2898/T (公式一）
[0069] 计算得到峰值波长Am= 2. 23ym，选用典型波长约为500nm的入射激光，且假设 最大测量波数为3000cm-l，则最大测量波长为588nm，所W峰值波长Am离所测量的波段范 围500nm~588nm较远。下面计算热福射光谱在所测量波段范围内的光福射出度，在溫度 T下的单色福射出度根据黑体福射公式：
[0070]
[0071] 则波长在500皿~588皿之间的福射出度为：
[0072]
[007引将M(A，T)在500nm到588nm之间的曲线近似看成一条直线，将波长为544nm的 单色福射出度r当作平均单色福射出度，由公式二计算得到r= 1. 136X10 2W/m2 ?皿，将 上式简化运算为：
[0074]M>M' ?AA(公式四）
[00巧]在公式四中代入M，= 1. 136X10 2w/m2 ?nm与AA= 588nm-500nm= 88nm计算 得到M约为1. 0W/m2,那么1皿2内的热福射功率约10 3mw，选取典型激光功率为2〇mW，光斑 面积约1皿2,则在所测波段500nm~588nm内热福射的总光功率比入射激光发生弹性散射 的光功率还要小一个数量级，不会对测量产生较大的干扰。
[0076] 另外，参考图2所示，本申请实施例提供的聚光系统包括：第一光纤121，第一光纤 121的第一端设置于第一聚光透镜112的焦点上；
[0077]W及，第二聚光透镜122,第二聚光透镜122设置于第一光纤121的第二端和入光 口 21之间。
[0078] 进一步的，第二聚光透镜的焦点位于衬底表面的薄膜上。
[0079] 本申请实施例提供的集光系统包括：第一凹面镜131，第一凹面镜131设置于出光 口 22的光路上；
[0080] 第=聚光透镜132,第=聚光透镜132设置于第一凹面镜131的光路上；
[0081]W及，第二光纤133,第二光纤133的第一端设置于第=聚光透镜132的焦点上，第 二光纤133的第二端与色散系统14对应。
[0082] 本申请实施例提供的色散系统14包括单色器。具体的，单色器包括：
[0083] 入射狭缝141，入射狭缝141设置于集光系统13的光路上；
[0084] 第二凹面镜142