專利名稱：原位溫度測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于測試襯底或襯底上的沉積材料層的溫度的原位溫度測試裝置。
背景技術(shù)：
MOCVD是金屬有機化合物化學(xué)氣相沉積(Metal-organic Chemical Vapor Deposition)的英文縮寫。MOCVD是在氣相外延生長(VPE)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型氣相外延生長技術(shù)。它以III族、II族元素的有機化合物和V、VI族元素的氫化物等作為晶體生長的源材料，以熱分解反應(yīng)方式在襯底上進行氣相外延，生長各種III-V族、II-VI 族化合物半導(dǎo)體以及它們的多元固溶體的薄層單晶材料。下面對現(xiàn)有的MOCVD工藝的原理進行說明。具體地，請參考圖1所示的現(xiàn)有的一種MOCVD裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。反應(yīng)腔室10內(nèi)形成有相對設(shè)置的氣體供給單元11和基座12。所述氣體供給單元可以為噴淋頭(Showerhead，SH)，該噴淋頭內(nèi)可以設(shè)置多個小孔，所述基座12的材質(zhì)可以為石墨等材質(zhì)，且所述基座12可以以一定的速度進行旋轉(zhuǎn)運動，所述基座12上通常放置多片襯底121，所述襯底121的材質(zhì)通常為價格昂貴的藍寶石。所述基座12的下方還形成有加熱單元13，所述加熱單元13利用熱輻射的方式對所述襯底121進行加熱，使得所述襯底 121表面的溫度達到外延沉積工藝需要的溫度。在進行MOCVD工藝時，源氣體自氣體供給單元11的小孔進入襯底12上方的反應(yīng)區(qū)域(靠近襯底121的表面的位置)，所述襯底121由于加熱單元13的熱輻射作用而具有一定的溫度，從而該溫度使得源氣體之間進行化學(xué)反應(yīng)，從而在襯底121表面形成沉積材料層。根據(jù)工藝的需要，襯底121上形成的沉積材料層通常至少包括3層，即位于該襯底上的第一緩沖層，位于所述第一緩沖層上的多量子阱有源層和位于所述多量子有源層上方的第二緩沖層。所述第一緩沖層和第二緩沖層的材質(zhì)可以為摻雜或者不摻雜的GaN，所述多量子阱有源層作為LED發(fā)光層，其材質(zhì)可以為InGaN或AlGaN或者兩者的組合。在實際中，發(fā)現(xiàn)利用現(xiàn)有的MOCVD設(shè)備進行外延沉積工藝至少存在以下問題襯底或襯底上的沉積材料層的實際溫度很難準確檢測；襯底上形成的沉積材料層的厚度不均勻和/或在外延沉積工藝過程中或外延沉積工藝完成后發(fā)現(xiàn)襯底存在嚴重的翹曲變形；這種翹曲造成襯底或沉積材料層的溫度分布不均勻。以上問題不僅會影響LED芯片的良率， 并且在襯底嚴重變形的情況下還會導(dǎo)致的LED芯片的大量報廢，從而給LED芯片的生產(chǎn)廠家造成巨大的經(jīng)濟損失。

實用新型內(nèi)容本實用新型實施例解決的問題是提供了一種原位溫度測試裝置，能夠在氣相沉積工藝過程中實時監(jiān)控襯底或襯底上的沉積材料層的溫度。實現(xiàn)對襯底或襯底上的沉積材料層的溫度以及溫度分布進行監(jiān)控，從而解決或改善外延工藝過程中襯底或外延層溫度的均勻性，提高沉積材料層的厚度及組分的均勻度，緩解或消除襯底和沉積材料層的翹曲變形的問題。為解決上述問題，本實用新型實施例提供一種原位溫度測試裝置，用于在氣相沉積工藝過程中對襯底或襯底上的沉積材料層的溫度進行測試，包括光源，位于襯底下方，所述光源用于產(chǎn)生寬光譜信號，所述寬光譜信號用于照射所述襯底的下表面；寬光譜信號獲取單元，用于獲得透過所述襯底或沉積材料層的寬光譜信號；寬光譜信號分析單元，用于對所述寬光譜信號獲取單元獲得的寬光譜信號進行分析，獲得該寬光譜信號的吸收光譜曲線，根據(jù)所述吸收光譜曲線，獲得由于襯底或沉積材料層對寬光譜信號的禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長，根據(jù)所述特征波長獲得對應(yīng)的襯底或沉積材料層的禁帶寬度，根據(jù)材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，確定所述襯底或沉積材料層的溫度?？蛇x地，所述襯底的材質(zhì)為藍寶石、碳化硅、&10、砷化鎵、硅中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的材質(zhì)為氮化鎵、鎵鋁砷、砷化鎵、硅、磷化銦、銦鋁鎵磷、銦鋁鎵氮合金中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的厚度大于0. 2微米，所述原位溫度測試裝置用于對襯底上的沉積材料層的溫度進行測試?？蛇x地，還包括加熱基座，所述加熱基座用于放置所述襯底，利用所述加熱基座作為所述光源，所述加熱基座發(fā)出的寬光譜信號的波長范圍為300納米 10微米，對所述寬光譜信中的近紫外光、可見光或近紅外光部分進行分析。可選地，所述原位溫度測試裝置安裝于氣相沉積設(shè)備中，所述氣相沉積設(shè)備具有工藝腔室，所述工藝腔室內(nèi)具有加熱基座和加熱單元，所述加熱單元位于加熱基座的下方， 在進行氣相沉積工藝時，所述加熱單元對所述加熱基座進行加熱，從而使得所述加熱基座能夠產(chǎn)生寬光譜信號；所述寬光譜信號獲取單元位于所述襯底和沉積材料層的上方，所述寬光譜信號獲取單元包括光探測元件、分光元件、光傳輸元件和透鏡組，所述透鏡組用于收集透過所述襯底或沉積材料層的寬光譜信號，所述光傳輸元件用于將所述透鏡組收集的寬光譜信號傳輸至所述分光元件，所述分光元件用于將所述寬光譜信號展開，所述光探測元件用于將所述展開后的寬光譜信號轉(zhuǎn)換為電信號。可選地，所述氣相沉積設(shè)備為MOCVD設(shè)備，所述寬光譜信號分析單元包括光譜信號數(shù)據(jù)采集單元，用于采集所述電信號；材料的禁帶寬度與溫度關(guān)系存放單元，用于存放材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，所述關(guān)系曲線與襯底或沉積材料層的材料對應(yīng)；電信號分析單元，用于對所述寬光譜信號數(shù)據(jù)采集單元提供的電信號進行分析， 確定所述寬光譜信號的吸收光譜曲線；特征波長提取單元，用于對所述吸收光譜曲線進行分析，獲得由于襯底或沉積材料層對寬光譜信號的禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長；溫度確定單元，用于根據(jù)所述特征波長獲得對應(yīng)的襯底或沉積材料層的禁帶寬度，并根據(jù)所述材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，獲得所述襯底或襯底上的沉積材料層的溫度。相應(yīng)地，本實用新型實施例還提供一種利用上述原位溫度測試裝置進行的原位溫度測試方法，用于在氣相沉積工藝過程中對襯底或沉積材料層的溫度進行測試，包括提供光源，所述光源用于發(fā)出寬光譜信號，所述寬光譜信號用于照射所述襯底的下表面；獲取透過所述襯底或沉積材料層的寬光譜信號；對所述透過所述襯底或襯底上的沉積材料層的寬光譜信號進行分析，獲得該寬光譜信號的吸收光譜曲線，根據(jù)所述吸收光譜曲線，獲得由于所述襯底或沉積材料層對寬光譜信號的禁帶吸收對應(yīng)的特征波長；根據(jù)材料層的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，確定所述襯底或沉積材料層的溫度。可選地，所述襯底的材質(zhì)為藍寶石、碳化硅、&10、砷化鎵、硅中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的材質(zhì)為氮化鎵、鎵鋁砷、砷化鎵、硅、磷化銦、銦鋁鎵磷、銦鋁鎵氮合金中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的厚度大于0. 2微米?？蛇x地，獲取透過所述襯底或沉積材料層的寬光譜信號包括利用透鏡組獲得透過所述襯底或沉積材料層的寬光譜信號；利用光傳輸元件將所述透鏡組獲得的寬光譜信號發(fā)送至分光元件；利用分光元件將所述光傳輸元件獲得的寬光譜信號進行光譜展開；利用光探測元件將展開后的光信號轉(zhuǎn)換為電信號?？蛇x地，對所述透過所述襯底或襯底上的沉積材料層的寬光譜信號進行分析，確定所述襯底或沉積材料層的溫度包括對所述電信號進行分析，獲得由于襯底或沉積材料層對寬光譜信號的禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長；根據(jù)所述特征波長確定禁帶寬度；提供所述材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，所述關(guān)系曲線與所述襯底或沉積材料層的材料對應(yīng)；根據(jù)所述關(guān)系曲線和所述根據(jù)特征波長確定的禁帶寬度，確定所述襯底或沉積材料層的溫度?？蛇x地，所述原位溫度測試方法用于MOCVD設(shè)備，所述MOCVD設(shè)備具有加熱基座， 所述加熱基座用于放置襯底和發(fā)出寬光譜信號。相應(yīng)地，本實用新型實施例還提供一種原位溫度測試裝置，用于在氣相沉積工藝過程中對襯底或沉積材料層的溫度進行測試，包括光源，位于襯底上方，所述光源用于產(chǎn)生光信號，所述光信號照射在襯底或沉積材料層的上表面；反射信號獲取單元，用于獲得所述襯底或沉積材料層表面的反射光信號；反射信號分析單元，用于對所述反射信號獲取單元獲得的反射光信號進行分析， 獲得該反射光信號的反射光譜曲線，根據(jù)所述反射光譜曲線，獲得由于襯底或沉積材料層對反射光信號中與禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長，根據(jù)所述特征波長獲得對應(yīng)的襯底或沉積材料層的禁帶寬度；根據(jù)材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，確定所述襯底或沉積材料層的溫度。[0043]可選地，所述襯底的材質(zhì)為藍寶石、碳化硅、&10、砷化鎵、硅中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的材質(zhì)為氮化鎵，鎵鋁砷、砷化鎵、硅、磷化銦、銦鋁鎵磷、銦鋁鎵氮合金中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的厚度大于0. 2微米，所述原位溫度測試裝置用于對襯底上的沉積材料層溫度進行測試?？蛇x地，還包括所述光源發(fā)出的反射光信號的波長范圍為300 800納米?？蛇x地，所述原位溫度測試裝置安裝于氣相沉積設(shè)備中，所述氣相沉積設(shè)備具有工藝腔室，所述工藝腔室內(nèi)具有加熱基座和加熱單元，所述加熱單元位于加熱基座的下方， 在進行氣相沉積工藝時，所述加熱單元對所述加熱基座進行加熱；所述反射信號獲取單元位于所述襯底上方，所述反射信號獲取單元包括光探測元件、分光元件、光傳輸元件和透鏡組，所述透鏡組用于收集所述襯底表面或襯底上的沉積材料層表面的反射光信號，所述光傳輸元件用于所述透鏡組收集的反射光信號傳輸至所述分光元件，所述分光元件用于將所述反射光信號展開，所述光探測元件用于將展開后的反射光信號轉(zhuǎn)換為電信號。可選地，所述氣相沉積設(shè)備為MOCVD設(shè)備，所述反射信號分析單元包括光譜信號數(shù)據(jù)采集單元，用于采集所述電信號；材料的禁帶寬度與溫度關(guān)系存放單元，用于存放材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，所述關(guān)系曲線與襯底或襯底上的材料對應(yīng)；電信號分析單元，用于對所述光譜信號數(shù)據(jù)采集單元提供的電信號進行分析，獲得反射光譜曲線；特征波長提取單元，用于對所述反射光譜曲線進行分析，獲得由于襯底或沉積材料層對寬光譜光信號中的禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長；溫度確定單元，用于根據(jù)所述特征波長確定禁帶寬度，根據(jù)所述襯底或沉積材料層的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，獲得所述襯底或沉積材料層的溫度。相應(yīng)地，本實用新型還提供利用上述原位溫度測試裝置的原位溫度測試方法，用于在外延沉積工藝過程中對襯底或襯底上的沉積材料層的溫度進行測試，包括提供光源，所述光源用于產(chǎn)生光信號，所述光信號照射在襯底/或襯底上的沉積材料層的上表面；獲得所述襯底或沉積材料層表面的反射光信號；對所述反射信號獲取單元獲得的反射光信號進行分析，獲得該反射光信號反射光譜曲線；根據(jù)所述反射光譜曲線，獲得由于襯底或沉積材料層對反射光信號的禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長，根據(jù)所述特征波長獲得對應(yīng)的襯底或沉積材料層的禁帶寬度；提供材料層的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線；根據(jù)關(guān)系曲線和所述根據(jù)所述特征波長獲得的禁帶寬度，確定與所述反射信號對應(yīng)的所述襯底或沉積材料層的溫度?？蛇x地，所述襯底的材質(zhì)為藍寶石、碳化硅、&10、砷化鎵、硅中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的材質(zhì)為氮化鎵、鎵鋁砷、砷化鎵、硅、磷化銦、銦鋁鎵磷、銦鋁鎵氮合金中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的厚度大于0. 2微米?？蛇x地，獲取所述反射光信號包括利用透鏡組獲得襯底或沉積材料層的反射光信號；[0061]利用光傳輸元件將所述透鏡組獲得的反射光信號發(fā)送至分光元件；利用分光元件將所述光傳輸元件獲得的反射光信號進行光譜展開；利用光探測元件將展開后的信號轉(zhuǎn)換為電信號?？蛇x地，對所述底或沉積材料層的反射光信號進行分析，確定所述襯底或沉積材料層的溫度包括對所述電信號進行分析，獲得由于襯底或沉積材料層對反射光信號中與禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長；根據(jù)所述特征波長確定禁帶寬度；提供材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線；根據(jù)所述關(guān)系曲線和所述根據(jù)所述特征波長獲得的禁帶寬度，獲得與所述反射光信號對應(yīng)的所述襯底或沉積材料層的溫度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型實施例具有以下優(yōu)點本實用新型實施例提供的原位溫度測試裝置對襯底或襯底上的沉積材料層透過或反射的光信號進行分析，從而與所述襯底或襯底上的沉積材料層對應(yīng)的吸收光譜曲線/ 或反射光譜曲線；通過對所述吸收光譜曲線/或反射光譜曲線分析，可以獲得與所述襯底或襯底上的沉積材料層由于禁帶吸收對應(yīng)的禁帶寬度，基于材料的禁帶寬度與禁帶寬度之間的關(guān)系曲線，確定與襯底或襯底上的沉積材料層的禁帶寬度對應(yīng)的溫度，從而利用本實用新型實施例的原位溫度測試裝置可以準確監(jiān)控襯底的溫度，提高形成的沉積材料層的質(zhì)量和厚度以及組分的均勻度，從而可以緩解或消除沉積材料層的翹曲變形的問題。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的MOCVD的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型一個實施例的原位溫度測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2所示的原位溫度測試裝置的原位溫度測試方法流程示意圖；圖4是本實用新型又一實施例的原位溫度測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4所述的原位溫度測試裝置的原位溫度測試方法流程示意圖。
具體實施方式
氣相沉積工藝對襯底或襯底上的沉積材料層的溫度較高，襯底或襯底上的沉積材料層的溫度需要滿足氣相沉積工藝的要求，達到源物質(zhì)進行化學(xué)反應(yīng)所需要的溫度，并且襯底或襯底上的沉積材料層的溫度也需要滿足一定的均勻度，保證最終形成的沉積材料層的厚度均勻，且防止襯底或由于不均勻的熱應(yīng)力而翹曲變形。因此，在MOCVD設(shè)備的工藝腔室中進行氣相沉積工藝時，無論是起初階段襯底上還沒有形成沉積材料層或在氣相沉積工藝過程中襯底上已經(jīng)沉積一部分沉積材料層，均需要對襯底或襯底上已經(jīng)形成的沉積材料層的溫度進行實時監(jiān)控，并且根據(jù)監(jiān)控的結(jié)果需要對MOCVD設(shè)備的工藝腔室的溫度控制模塊進行適時調(diào)整，滿足氣相沉積工藝的需要?，F(xiàn)有技術(shù)正是由于無法有效實時監(jiān)控氣相沉積工藝過程中襯底或襯底上的溫度，從而導(dǎo)致襯底上最終形成的沉積材料層的厚度不均勻和/或在沉積材料層沉積過程中或沉積材料層沉積完成后發(fā)現(xiàn)襯底存在嚴重的翹曲變形。具體地，現(xiàn)有技術(shù)測量襯底或襯底上的沉積材料層的溫度的方法有兩種。(一種為利用經(jīng)過校準(calibration)的熱電偶(Thermal couple,TC)測量，請結(jié)合圖1，由于基座 12以一定的速度轉(zhuǎn)動，因此，現(xiàn)有技術(shù)通常將熱電偶安裝在基座12下方，熱電偶與基座12 的下表面之間保持一定的間距，以使得基座12能夠正常轉(zhuǎn)動。正是由于熱電偶與基座12 之間具有一定距離，基座12具有一定的厚度，這使得熱電偶與基座12上的襯底121沒有直接接觸，熱電偶測試的溫度是基座12下方的溫度，而不是襯底121的溫度?，F(xiàn)有技術(shù)的另一種測量襯底的溫度的方法是利用光譜分析裝置，對基座12發(fā)出的熱輻射信號中的一段進行光譜分析，例如是對熱輻射信號中波長范圍為905 940納米的紅外信號進行光譜分析，根據(jù)所述紅外信號的強度，確定與該強度對應(yīng)的紅外信號的溫度，將該溫度作為襯底的溫度。但是對于透明襯底材料來說，此種方法實際上測試的是基座12的溫度，而并非襯底本身的溫度，因此此種方法獲得的溫度與襯底的實際溫度又較大的偏差。因此，現(xiàn)有技術(shù)無法準確測試襯底表面的溫度。為了解決上述問題，本實用新型實施例提出一種原位溫度測試裝置，用于對基座上放置的襯底或襯底上的沉積材料層的溫度進行測試，利用該原位溫度測試裝置可以較為準確地測試襯底的溫度，從而有利于對襯底或襯底上的沉積材料層的溫度進行實時監(jiān)控。具體地，結(jié)合圖2所示的本實用新型一個實施例的原位溫度測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括光源20，位于襯底21下方，所述光源20用于產(chǎn)生寬光譜信號，所述寬光譜信號用于照射所述襯底21的下表面；寬光譜信號獲取單元22，用于獲得透過所述襯底21或沉積材料層的寬光譜信號；寬光譜信號分析單元23，用于對所述寬光譜信號獲取單元23獲得的寬光譜信號進行分析，獲得該寬光譜信號的吸收光譜曲線，根據(jù)所述吸收光譜曲線，獲得由于襯底21 或沉積材料層對寬光譜信號的禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長，根據(jù)所述特征波長獲得對應(yīng)的襯底21或沉積材料層的禁帶寬度，根據(jù)材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，確定所述襯底 21或沉積材料層的溫度。發(fā)明人考慮到，現(xiàn)有MOCVD設(shè)備的加熱單元對基座進行加熱時，基座由于受熱升溫會發(fā)出寬光譜信號。所述寬光譜信號的波長范圍從幾百納米到幾十微米甚至上百微米。 該寬光譜信號透過襯底或襯底上的沉積材料層時，會被襯底或襯底上的沉積材料層吸收。 對襯底或襯底上的沉積材料層吸收后的寬光譜信號進行分析，能夠獲得與該襯底或沉積材料層對應(yīng)的吸收光譜。依據(jù)該吸收光譜能夠獲得與該襯底或沉積材料層對應(yīng)的禁帶寬度。 對于某一種材質(zhì)的襯底或沉積材料層，其禁帶寬度與溫度成近線性關(guān)系。在獲得與所述襯底或襯底的沉積材料層對應(yīng)的禁帶寬度后，結(jié)合所述近線性關(guān)系，可以確定襯底的溫度。本實用新型實施例所述的襯底的材質(zhì)為藍寶石、碳化硅、&10、砷化鎵、硅中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的材質(zhì)為氮化鎵、鎵鋁砷、砷化鎵、硅、磷化銦、銦鋁鎵磷、 銦鋁鎵氮合金中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的厚度大于0.2微米，所述原位溫度測試裝置用于對襯底上的沉積材料層溫度進行測試。本實用新型所述的襯底具有相對的上表面和下表面，所述上表面是指襯底的形成有沉積材料層的一側(cè)的表面，所述下表面是指與襯底的遠離上表面一側(cè)的表面，通常所述襯底的下表面與基座接觸。作為一個實施例，所述襯底的材質(zhì)為藍寶石。所述沉積材料層可以為單層結(jié)構(gòu)，可以為多層結(jié)構(gòu)。當所述沉積材料層為單層結(jié)構(gòu)時，其材質(zhì)可以為氮化鎵，當所述沉積材料層為多層結(jié)構(gòu)時，其可以為兩層緩沖層和位于緩沖層之間的發(fā)光層(又稱為多量子阱有源層)。所述兩層緩沖層為分別具有N型和P型導(dǎo)電類型的氮化鎵層。所述發(fā)光層可以為含有^的氮化鎵層。需要說明的是，在外延沉積工藝的開始階段，襯底上還沒有形成沉積材料層，此時要監(jiān)控襯底的溫度，通常需要測試透過襯底的寬光譜信號，而隨著外延沉積工藝的進行，襯底上逐漸形成部分的沉積材料層，所述寬光譜信號會透過襯底和襯底上的沉積材料層，此時，則需要監(jiān)控襯底上已經(jīng)形成的沉積材料層的溫度。并且，對于襯底上需要形成多層沉積材料層的情況，發(fā)光層對溫度的敏感度比緩沖層對溫度的敏感度高的多，因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在襯底上的第一層緩沖層形成后，在發(fā)光層的沉積過程中實時監(jiān)控發(fā)光層表面的溫度。若本領(lǐng)域技術(shù)人員需要監(jiān)控第一層緩沖層形成的溫度，則襯底上的第一層緩沖層 (即襯底上已經(jīng)形成的一部分沉積材料層)的厚度大于0. 2微米后，其測試結(jié)果會更為準確，因為當襯底上的第一層緩沖層的厚度小于等于0. 2微米時，第一緩沖層的厚度較小，其對寬光譜信號的吸收較小，容易受到襯底對寬光譜信號的吸收的影響。而當襯底上的第一緩沖層的厚度大于0. 2微米時，沉積材料層對寬光譜信號的吸收程度增強，其不容易受到襯底對寬光譜信號的吸收的影響，從而依據(jù)沉積材料層對寬光譜信號吸收產(chǎn)生的吸收光譜和襯底對寬光譜信號的吸收光譜的明顯不同，原位溫度測試裝置可以區(qū)分兩者，并且可以獲得沉積材料層的寬光譜信號的吸收，從而保證獲得的溫度信號的準確性。因此，在本實用新型的可選實施例中，僅對襯底上的沉積材料層的溫度進行測試。進一步地，可以在襯底上的沉積材料層的厚度大于0. 2微米時，對襯底上的沉積材料層的溫度進行測試。本實用新型實施例所述的寬光譜信號，是指具有較長波長范圍的光信號，所述較長波長范圍為波長從幾百納米到幾十微米，例如波長為300納米 10微米的光信號。本實用新型實施例的原位溫度測試裝置通常用于氣相沉積設(shè)備。所述氣相沉積設(shè)備可以為MOCVD設(shè)備等。所述MOCVD設(shè)備具有工藝腔室，其工藝腔室的內(nèi)部設(shè)置有加熱單元，該加熱單元上方具有基座，該基座用于放置襯底。所述加熱單元可以為燈管、RF加熱器等，所述加熱單元的加熱使得基座的溫度升高，從而該基座可以發(fā)出寬光譜信號，從而可以利用基座作為光源。這樣無需專門設(shè)置光源，簡化工藝腔室的布局結(jié)構(gòu)，節(jié)約MOCVD設(shè)備的成本。當然，在其他的實施例中，若不考慮MOCVD設(shè)備的成本和工藝腔室的布局，也可以在 MOCVD工藝腔室中額外設(shè)置光源，利用該光源產(chǎn)生寬光譜信號。雖然所述寬光譜信號的波長較長，為了加快分析速度并提高分析的精度，作為可選的實施例，本實用新型實施例的原位溫度測試裝置僅會對寬光譜信號中的近紫外光、可見光或近紅外光部分進行分析。所述近紫外光為即波長與紫外光的波長比較接近的光，所述近紅外光為波長與紅外光的波長比較接近的光。作為可選的實施例，本實用新型實施例所述的寬光譜信號獲取單元包括所述寬光譜信號獲取單元包括光探測元件、分光元件、光傳輸元件和透鏡組，所述透鏡組用于收集透過所述襯底或沉積材料層的寬光譜信號，所述光傳輸元件用于將所述透鏡組收集的信號傳輸至所述分光元件，所述分光元件用于將所述寬光譜信號展開，所述光探測元件用于將所述展開后的寬光譜信號轉(zhuǎn)換為電信號。[0094]作為本實用新型的一個實施例，所述寬光譜信號分析單元包括光譜信號數(shù)據(jù)采集單元，用于采集所述寬光譜信號獲取單元提供的電信號；材料的禁帶寬度與溫度關(guān)系存放單元，用于存放材料的禁帶寬度與溫度儀的關(guān)系曲線，所述關(guān)系曲線與襯底或沉積材料層的材料對應(yīng)；電信號分析單元，用于對所述寬光譜信號數(shù)據(jù)采集單元提供的電信號進行分析， 確定所述寬光譜信號的吸收光譜曲線；特征波長提取單元，用于對所述吸收光譜曲線進行分析，獲得由于襯底或沉積材料層對寬光譜信號的禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長；溫度確定單元，用于根據(jù)所述特征波長獲得對應(yīng)的襯底或沉積材料層確定禁帶寬度，并根據(jù)所述材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，獲得所述襯底或襯底上的沉積材料層的溫度。相應(yīng)地，本實用新型還提供一種利用上述原位溫度測試裝置的原位溫度測試方法，請參考圖3所示的圖2中的原位溫度測試裝置的原位溫度測試方法流程示意圖。所述方法包括步驟S1，提供光源，所述光源用于發(fā)出寬光譜信號，所述寬光譜信號用于照射所述襯底的下表面；步驟S2，獲取透過所述襯底或沉積材料層的寬光譜信號；步驟S3，對所述透過所述襯底或襯底上的沉積材料層的寬光譜信號進行分析，獲得該寬光譜信號的吸收光譜曲線，根據(jù)所述吸收光譜曲線，獲得由于所述襯底或沉積材料層對寬光譜信號的禁帶吸收對應(yīng)的特征波長；根據(jù)材料層的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線， 確定所述襯底或沉積材料層的溫度。作為可選的實施例，所述襯底的材質(zhì)可以為藍寶石、碳化硅、aio、砷化鎵、硅中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的材質(zhì)可以為氮化鎵、鎵鋁砷、砷化鎵、硅、磷化銦、 銦鋁鎵磷、銦鋁鎵氮合金中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的厚度大于0. 2微米。作為可選的實施例，獲取透過所述襯底或沉積材料層的寬光譜信號包括利用透鏡組獲得襯底或沉積材料層的寬光譜信號；利用光傳輸元件將所述透鏡組獲得的寬光譜信號發(fā)送至分光元件，所述光傳輸元件可以為光纖；利用分光元件將所述光傳輸元件獲得的寬光譜信號進行光譜展開，所述分光元件可以為三棱鏡、分光鏡等具有分光功能的光學(xué)元件；利用光探測元件將展開后的信號轉(zhuǎn)換為電信號，所述光探測元件可以為光敏的電子元件，應(yīng)能夠根據(jù)光信號的強度等轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電信號。作為本實用新型的一個實施例，對所述透過所述襯底或沉積材料層的寬光譜信號進行分析，獲得所述襯底或沉積材料層的溫度包括對所述電信號進行分析，獲得由于襯底或沉積材料層對寬光譜信號的禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長；根據(jù)所述特征波長確定禁帶寬度；提供所述材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，所述關(guān)系曲線與所述襯底或沉積材料層的材料對應(yīng)；
11[0114]根據(jù)所述關(guān)系曲線和所述根據(jù)特征波長確定的禁帶寬度，確定所述襯底或沉積材料層的溫度。本實用新型所述的原位溫度測試方法用于MOCVD設(shè)備，所述MOCVD設(shè)備具有加熱基座，所述加熱基座用于放置襯底和發(fā)出寬光譜信號。發(fā)明人考慮到，對于某一材質(zhì)的沉積材料層或襯底而言，該沉積材料層或襯底的溫度一定的情況下，其該材質(zhì)的禁帶寬度與其溫度成線性關(guān)系。前一實施例為通過對透過襯底或襯底上的沉積材料層的寬光譜信號的吸收光譜進行分析，而在本實用新型的又一實施例中，還可以通過照射在襯底或襯底上的沉積材料層的反射光信號的吸收光譜進行分析獲得。具體地，本實用新型實施例還提供一種原位溫度測試裝置，用于在外延沉積工藝過程中對襯底或沉積材料層的溫度進行測試。請結(jié)合圖4所示的本實用新型又一實施例的原位溫度測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，所述原位溫度測試裝置包括光源30，位于襯底31上方，所述光源30用于產(chǎn)生光信號，所述光信號照射在襯底 31或沉積材料層的上表面；反射信號獲取單元32，用于獲得所述襯底31或沉積材料層表面的反射光信號；反射信號分析單元33，用于對所述反射信號獲取單元32獲得的反射光信號進行分析，獲得該反射光信號的反射光譜曲線，根據(jù)所述反射光譜曲線，獲得由于襯底31或沉積材料層對反射光信號中與禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長，根據(jù)所述特征波長獲得對應(yīng)的襯底31或沉積材料層的禁帶寬度；根據(jù)材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，確定所述襯底31 或沉積材料層的溫度。本實用新型實施例所述的襯底的材質(zhì)為藍寶石、碳化硅、aio、砷化鎵、硅中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的材質(zhì)為氮化鎵，鎵鋁砷、砷化鎵、硅、磷化銦、銦鋁鎵磷、 銦鋁鎵氮合金中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的厚度大于0.2微米，所述原位溫度測試裝置用于對襯底上的沉積材料層溫度進行測試。作為一個實施例，所述光源發(fā)出的光信號為可見光信號。在本實施例中，所述可見光信號的波長范圍為300納米 800納米。本實用新型實施例所述的所述原位溫度測試裝置安裝于氣相沉積設(shè)備中，所述氣相沉積設(shè)備具有工藝腔室，所述工藝腔室內(nèi)具有加熱基座和加熱單元，所述加熱單元位于加熱基座的下方，在進行外延沉積工藝時，所述加熱單元對所述加熱基座進行加熱；所述反射信號獲取單元位于所述襯底上方，所述反射信號獲取單元包括光探測元件、分光元件、光傳輸元件和透鏡組，所述透鏡組用于收集所述襯底表面或襯底上的沉積材料層表面的反射信號，所述光傳輸元件用于所述透鏡組收集的反射光信號傳輸至所述分光元件，所述分光元件用于將所述反射光信號展開，所述光探測元件用于將展開后的反射光信號轉(zhuǎn)換為電信號。其中，所述分光元件可以為三棱鏡、分光鏡或者其他可以光線按照光譜展開，所述光探測元件可以光敏的能夠進行光電轉(zhuǎn)換的元件(即所述光探測元件至少能夠?qū)⑻綔y到的光信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電信號)。本實用新型所述的氣相沉積設(shè)備為MOCVD設(shè)備，所述反射信號分析單元包括光譜信號數(shù)據(jù)采集單元，用于采集所述電信號；材料的禁帶寬度與溫度關(guān)系存放單元，用于存放材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，所述關(guān)系曲線與襯底或襯底上的材料對應(yīng)；電信號分析單元，用于對所述光譜信號數(shù)據(jù)采集單元提供的電信號進行分析，獲得反射光譜曲線；特征波長提取單元，用于對所述反射光譜曲線進行分析，獲得由于襯底或沉積材料層對反射信號的禁帶反射所對應(yīng)的特征波長；溫度確定單元，用于根據(jù)所述特征波長確定禁帶寬度，根據(jù)所述襯底或沉積材料層的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，獲得所述襯底或沉積材料層的溫度。相應(yīng)地，本實用新型還提供一種原位溫度測試方法，用于在外延沉積工藝過程中對襯底或襯底上的沉積材料層的溫度進行測試，請結(jié)合圖5所示的本實用新型又一實施例的原位溫度測試方法的流程示意圖，包括步驟Si，提供光源，所述光源用于產(chǎn)生光信號，所述光信號照射在襯底/或襯底上的沉積材料層的上表面；步驟S2，獲得所述襯底或沉積材料層表面的反射光信號；步驟S3，對所述反射信號獲取單元獲得的反射光信號進行分析，獲得該反射光信號反射光譜曲線；根據(jù)所述反射光譜曲線，獲得由于襯底或沉積材料層對反射光信號的禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長，根據(jù)所述特征波長獲得對應(yīng)的襯底或沉積材料層的禁帶寬度； 提供材料層的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線；根據(jù)關(guān)系曲線和所述根據(jù)所述特征波長獲得的禁帶寬度，確定與所述反射信號對應(yīng)的所述襯底或沉積材料層的溫度。本實用新型實施例所述的襯底的材質(zhì)為藍寶石、碳化硅、&10、砷化鎵、硅中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的材質(zhì)為氮化鎵、鎵鋁砷、砷化鎵、硅、磷化銦、銦鋁鎵磷、 銦鋁鎵氮合金中的一種或者其中的組合，所述沉積材料層的厚度大于0. 2微米。作為一個實施例，獲取所述反光射信號包括利用透鏡組獲得襯底或沉積材料層的反射光信號；利用光傳輸元件將所述透鏡組獲得的反射光信號發(fā)送至分光元件；利用分光元件將所述光傳輸元件獲得的反射光信號進行光譜展開；利用光探測元件將展開后的信號轉(zhuǎn)換為電信號。本實用新型實施例所述的對所述底或沉積材料層的反射光信號進行分析，確定所述襯底或沉積材料層的溫度包括對所述電信號進行分析，獲得由于襯底或沉積材料層對反射光信號的禁帶反射所對應(yīng)的特征波長；根據(jù)所述特征波長確定禁帶寬度；提供材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線；根據(jù)所述關(guān)系曲線和所述根據(jù)所述特征，獲得根據(jù)特征波長確定的禁帶寬度對應(yīng)的所述襯底上的沉積材料層的溫度。綜上，本實用新型實施例提供的原位溫度測試裝置對襯底或襯底上的沉積材料層透過或反射的光信號進行吸收光譜分析，從而與所述襯底或襯底上的沉積材料層對應(yīng)的吸收光譜曲線；通過對所述吸收光譜曲線分析，可以獲得與所述襯底或襯底上的沉積材料層對應(yīng)的禁帶寬度，基于材料的禁帶寬度與禁帶寬度之間的關(guān)系曲線，確定與襯底或襯底上的沉積材料層的禁帶寬度對應(yīng)的溫度，從而利用本實用新型實施例的原位溫度測試裝置可以準確監(jiān)控襯底的溫度，提高形成的沉積材料層的質(zhì)量和厚度以及組分的均勻度，從而可以緩解或消除沉積材料層的翹曲變形的問題。 雖然本實用新型己以較佳實施例披露如上，但本實用新型并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本實用新型的保護范圍應(yīng)當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
權(quán)利要求1.一種原位溫度測試裝置，用于在氣相沉積工藝過程中對襯底或襯底上的沉積材料層的溫度進行測試，其特征在于，包括光源，位于襯底下方，所述光源用于產(chǎn)生寬光譜信號，所述寬光譜信號用于照射所述襯底的下表面；寬光譜信號獲取單元，用于獲得透過所述襯底或沉積材料層的寬光譜信號；寬光譜信號分析單元，用于對所述寬光譜信號獲取單元獲得的寬光譜信號進行分析， 獲得該寬光譜信號的吸收光譜曲線，根據(jù)所述吸收光譜曲線，獲得由于襯底或沉積材料層對寬光譜信號的禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長，根據(jù)所述特征波長獲得對應(yīng)的襯底或沉積材料層的禁帶寬度，根據(jù)材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，確定所述襯底或沉積材料層的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的原位溫度測試裝置，其特征在于，所述沉積材料層的厚度大于 0. 2微米。
3.如權(quán)利要求1所述的原位溫度測試裝置，其特征在于，還包括加熱基座，所述加熱基座用于放置所述襯底，利用所述加熱基座作為所述光源，所述加熱基座發(fā)出的寬光譜信號的波長范圍為300納米 10微米，對所述寬光譜信中的近紫外光、可見光或近紅外光部分進行分析。
4.如權(quán)利要求3所述的原位溫度測試裝置，其特征在于，所述原位溫度測試裝置安裝于氣相沉積設(shè)備中，所述氣相沉積設(shè)備具有工藝腔室，所述工藝腔室內(nèi)具有加熱基座和加熱單元，所述加熱單元位于加熱基座的下方，在進行氣相沉積工藝時，所述加熱單元對所述加熱基座進行加熱，從而使得所述加熱基座能夠產(chǎn)生寬光譜信號；所述寬光譜信號獲取單元位于所述襯底和沉積材料層的上方，所述寬光譜信號獲取單元包括光探測元件、分光元件、光傳輸元件和透鏡組，所述透鏡組用于收集透過所述襯底或沉積材料層的寬光譜信號，所述光傳輸元件用于將所述透鏡組收集的寬光譜信號傳輸至所述分光元件，所述分光元件用于將所述寬光譜信號展開，所述光探測元件用于將所述展開后的寬光譜信號轉(zhuǎn)換為電信號。
5.如權(quán)利要求4所述的原位溫度測試裝置，其特征在于，所述氣相沉積設(shè)備為MOCVD設(shè)備，所述寬光譜信號分析單元包括光譜信號數(shù)據(jù)采集單元，用于采集所述電信號；材料的禁帶寬度與溫度關(guān)系存放單元，用于存放材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線， 所述關(guān)系曲線與襯底或沉積材料層的材料對應(yīng)；電信號分析單元，用于對所述寬光譜信號數(shù)據(jù)采集單元提供的電信號進行分析，確定所述寬光譜信號的吸收光譜曲線；特征波長提取單元，用于對所述吸收光譜曲線進行分析，獲得由于襯底或沉積材料層對寬光譜信號的禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長；溫度確定單元，用于根據(jù)所述特征波長獲得對應(yīng)的襯底或沉積材料層的禁帶寬度，并根據(jù)所述材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，獲得所述襯底或襯底上的沉積材料層的溫度。
6.一種原位溫度測試裝置，用于在氣相沉積工藝過程中對襯底或沉積材料層的溫度進行測試，其特征在于，包括光源，位于襯底上方，所述光源用于產(chǎn)生光信號，所述光信號照射在襯底或沉積材料層的上表面；反射信號獲取單元，用于獲得所述襯底或沉積材料層表面的反射光信號；反射信號分析單元，用于對所述反射信號獲取單元獲得的反射光信號進行分析，獲得該反射光信號的反射光譜曲線，根據(jù)所述反射光譜曲線，獲得由于襯底或沉積材料層對反射光信號中與禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長，根據(jù)所述特征波長獲得對應(yīng)的襯底或沉積材料層的禁帶寬度；根據(jù)材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，確定所述襯底或沉積材料層的溫度。
7.如權(quán)利要求6所述的原位溫度測試裝置，其特征在于，所述沉積材料層的厚度大于 0.2微米。
8.如權(quán)利要求6所述的原位溫度測試裝置，其特征在于，還包括所述光源發(fā)出的反射光信號的波長范圍為300 800納米。
9.如權(quán)利要求6所述的原位溫度測試裝置，其特征在于，所述原位溫度測試裝置安裝于氣相沉積設(shè)備中，所述氣相沉積設(shè)備具有工藝腔室，所述工藝腔室內(nèi)具有加熱基座和加熱單元，所述加熱單元位于加熱基座的下方，在進行氣相沉積工藝時，所述加熱單元對所述加熱基座進行加熱；所述反射信號獲取單元位于所述襯底上方，所述反射信號獲取單元包括光探測元件、 分光元件、光傳輸元件和透鏡組，所述透鏡組用于收集所述襯底表面或襯底上的沉積材料層表面的反射光信號，所述光傳輸元件用于所述透鏡組收集的反射光信號傳輸至所述分光元件，所述分光元件用于將所述反射光信號展開，所述光探測元件用于將展開后的反射光信號轉(zhuǎn)換為電信號。
10.如權(quán)利要求9所述的原位溫度測試裝置，其特征在于，所述氣相沉積設(shè)備為MOCVD 設(shè)備，所述反射信號分析單元包括光譜信號數(shù)據(jù)采集單元，用于采集所述電信號；材料的禁帶寬度與溫度關(guān)系存放單元，用于存放材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線， 所述關(guān)系曲線與襯底或襯底上的材料對應(yīng)；電信號分析單元，用于對所述光譜信號數(shù)據(jù)采集單元提供的電信號進行分析，獲得反射光譜曲線；特征波長提取單元，用于對所述反射光譜曲線進行分析，獲得由于襯底或沉積材料層對寬光譜光信號中的禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長；溫度確定單元，用于根據(jù)所述特征波長確定禁帶寬度，根據(jù)所述襯底或沉積材料層的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，獲得所述襯底或沉積材料層的溫度。
專利摘要本實用新型實施例提供了原位溫度測試裝置，包括光源，位于襯底下方，所述光源用于產(chǎn)生寬光譜信號，所述寬光譜信號用于照射所述襯底的下表面；寬光譜信號獲取單元，用于獲得透過所述襯底或沉積材料層的寬光譜信號；寬光譜信號分析單元，用于對所述寬光譜信號獲取單元獲得的寬光譜信號進行分析，獲得該寬光譜信號的吸收光譜曲線，根據(jù)所述吸收光譜曲線，獲得由于襯底或沉積材料層對寬光譜信號的禁帶吸收所對應(yīng)的特征波長，根據(jù)所述特征波長獲得對應(yīng)的襯底或沉積材料層的禁帶寬度，根據(jù)材料的禁帶寬度與溫度的關(guān)系曲線，確定所述襯底或沉積材料層的溫度，從而利用本實用新型實施例的原位溫度測試裝置可以準確監(jiān)控襯底溫度與襯底的溫度分布。
文檔編號H01L21/66GK202307819SQ20112024993
公開日2012年7月4日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者梁秉文 申請人:光達光電設(shè)備科技(嘉興)有限公司