[实用新型]一种应用于MOCVD反应室的三波长免修正在线红外监测仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及MOCVD(金属有机化合物化学气相沉积)免修正在线红外监测设备，尤其涉及一种应用于MOCVD反应室，利用三波长法在线测量反应室内外延片表面温度以及外延层厚度的红外监测仪。

背景技术

在利用MOCVD(金属有机物化学气相沉积)系统进行高质量半导体薄膜的外延生长过程中，反应室内的温度及均匀性、外延层的生长速率、衬底表面温度、各层薄膜厚度等参数都会影响生长材料的质量，以及最终器件的性能。在线监测技术可以在整个外延生长过程中，对外延片的一些性能参数进行实时的、全过程监测，可以及时了解各监测参数的变化，研究各参数对外延层生长的影响，优化工艺、避免出现废品、提高产品良率。

目前应用于MOCVD的在线红外监测市场多被国外公司占领，且价格昂贵(如：德国AIXTRON公司的EpiTT和其配套的真实温度校准修正设备，国内售价为85万左右)，修正校准复杂。从目前掌握的信息知：AIXTRON公司的Argus没有反射率校准，且探测窗口校准过程麻烦；LeyTec的红外测温仪均为单波长辐射测温，无法避免探测窗口污染对测温的影响；M680仅能用于测量石墨盘温度，不能准确测量外延片表面温度。因此，研制应用于MOCVD的、更为先进的多功能红外监测仪成为目前本领域亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种应用于MOCVD反应室的、可同时在线监测外延片表面温度与外延层厚度的三波长免修正在线红外监测仪。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种应用于MOCVD反应室的三波长免修正在线红外监测仪，包括监测仪探头盒体，在监测仪探头盒体中设有圆柱状的分光片腔，在分光片腔上方设有上光感探测器，在分光片腔两侧分别上下交错设有左光感探测器和右光感探测器，各光感探测器与监测仪探头盒体分光片腔之间均设有进出光孔，对应左光感探测器和右光感探测器的进出光孔的监测仪探头盒体分光片腔中分别设有135°二向色滤光片和45°二向色滤光片。

进一步地，所述进出光孔11为在监测仪探头盒体分光片腔上、下、左、右分别设有与二向色滤光片相通的上出光孔、下进光孔、左出光孔以及右出光孔，上出光孔和下进光孔在同一直线上，左出光孔与右出光孔相互平行，且均垂直于监测仪探头盒体。

进一步地，在各光感探测器的进出光孔处分别设有窄带滤光片。

进一步地，所述右光感探测器是中心波长为1300nm，半峰宽为10nm的光感探测器。

进一步地，所述左光感探测器是中心波长为1150nm，半峰宽为10nm的光感探测器。

进一步地，所述上光感探测器是中心波长为940nm，半峰宽为10nm的光感探测器。

本装置利用MOCVD外延生长的都是高质量晶体薄膜，有稳定的光学性质、成熟的光学模型理论以及大量可靠的光学参数。随着窄带滤光片、二向分光片、光电探测器、运算放大器、AD采集卡等原件性能的提高。在此基础上，通过同时探测MOCVD反应室内三个波长的红外辐射来监测外延片的表面温度与外延层的厚度。可有效的将红外辐射测温仪与膜厚监测仪的功能集成在一起。能够解决现有红外辐射测温仪需要复杂修正与校正的不足，而且极大地缩小了在线测量系统的体积。

本装置安装在MOCVD反应室的石英光学窗口的正上方，使得监测仪探头盒体的下进光孔对准MOCVD反应室的顶板上的石英光学窗口下的喷淋孔。通过同时探测三个波长的红外辐射，结合薄膜干涉模型，建立三个方程。联立三个方程即可得到此时外延片的表面温度与外延层的厚度，因受反应物沉积影响而变化的系数可以通过比值法消掉，因此，三波长法可实现MOCVD反应室内外延片温度及外延层的厚度的在线监测，不需要对有效探测孔径进行修正。

附图说明

图1为本监测仪安装于MOCVD反应室示意图；

图2为本监测仪探头结构图；

图3为三波长监测仪光路图；

图中：1、监测仪；2、光学窗口；3、电炉丝；4、石墨盘；5、外延片；6、喷淋板；7、喷淋孔；8、混气室；9、接头；10、监测仪探头盒体；11、进出光孔；12、45°二向色滤光片；13、右滤光片；14、右光感探测器；15、135°二向色滤光片；16、左滤光片；17、左光感探测器；18、上滤光片；19、上光感探测器。

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本实用新型进行进一步的说明。