CN103712695B - 化学气相沉积设备的红外辐射测温校准装置及其校准方法 - Google Patents
化学气相沉积设备的红外辐射测温校准装置及其校准方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种化学气相沉积设备的红外辐射测温校准装置及其校准方法，校准装置的可以透光的光学检测孔设置在喷淋盘中，红外辐射温度测试仪与设置在喷淋盘中的光学检测孔对应设置，光纤或光线束通过黑体炉端夹具和检测孔端夹具固定并连接在黑体炉和光学检测孔之间。通过光纤或光纤束将黑体炉的红外辐射引入金属有机物化学气相沉积设备的喷淋盘的光学检测口，对喷淋盘上方的红外辐射测温仪进行在线标定校准。本发明结构简单，可消除由于红外辐射测温仪系统本身的系统误差、装配因素导致的温度差异，使各个红外辐射测温仪测试的相对温度更为准确，以便载片盘表面的温度均匀性调节。解决了金属有机物化学气相沉积设备的温度校准难题。
Description
技术领域
本发明涉及非接触红外测温领域，尤其是涉及一种用于金属有机物化学气相沉积化学气相沉积设备的红外辐射测温校准装置及其校准方法。
背景技术
化学气相沉积技术（MetalOrganicChemicalVaporDeposition,简称MOCVD）集精密机械、半导体材料、真空电子、流体力学、传热学、光学、化学、计算机多学科为一体，是一种自动化程度高、价格昂贵、技术集成度高的高端半导体材料、光电子专用设备。MOCVD是一种非平衡生长技术，其工作机理是通过源气体传输，使得III族烷基化合物（TMGa、TMIn、TMAl、二茂镁等）与V族氢化物（AsH3、PH3、NH3等）在反应腔内的衬底上进行热裂解反应。外延材料的生长速率比较适中，可较精确地控制膜厚。它的组分和生长速率均由工艺温度、各种不同成分的气流和精确控制的源流量决定的。其中温度相差1摄氏度，会使光电器件的中心波长漂移1纳米左右，所以对于生产型MOCVD设备来说，整个载片台温度均匀性很重要。而只有能精确测量多点载片盘表面的温度，才能通过调节使载片台温度达到均匀。
在现有的金属有机物化学气相沉积设备中的红外辐射测温方法是大部分是采用单波长测量，这种测量方式对测试仪器的安装精度要求较高，而且需要测量或者知道目标测试表明的发射率，这也会带来较大难度，所以测量准确性较差。为准确测量发射率来校准温度测试仪器，美国专利US7275861B2中提到一种采用在校准圆片（calibrationwafer）上设置参考区（referenceregion）和非参考区（non-referenceregion），在参考区中使用铝（Al）或银（Ag）的共晶体，利用其已知的熔点和发射率以及非参考区测定的温度值来校准温度测试仪。在专利文件CN102455222A中也披露了在金属有机物化学气相沉积设备中使用的一种双波长的温度测试方法和装置，该方法简化掉普通单波长光学测温计算中需要标定发射率的步骤，消除了接收探测器立体角的变化和探测器与被测物距离变化所带来的误差，极大提高了测量温度的准确性。
虽然上面披露的两种方法可以在一定程度上提高单点测温的准确性，但在实际应用中仍然无法满足金属有机物化学气相沉积设备中多点温度监控对相对温度测量准确性的要求，而且操作起来有时很不方便。因为测量获得的红外辐射能力与测试仪的安装位置与辐射光的光学检测口的结构、光学窗口材料、制造、装配误差有关，这些误差会导致相同的温度，各个测试口读出的数据不一样，即各个测试仪的相对温度读数不准确，这种不准确的反馈结果将影响载片盘的温度均匀性调节的准确性。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷,提供一种金属有机物化学气相沉积设备的红外辐射测温校准装置及其校准方法，本发明的红外辐射测温校准装置包括红外辐射温度测试仪4、光学检测孔3、黑体炉10、光纤或光线束8，检测孔端夹具7及黑体炉端夹具9，其特征在于光学检测孔3为可以透光的，光学检测孔3设置在喷淋盘1中，红外辐射温度测试仪4与设置在喷淋盘1中的可以透光的光学检测孔3对应设置，光纤或光线束8通过黑体炉端夹具9和检测孔端夹具7固定并连接在黑体炉10和光学检测孔3之间。
所述红外辐射温度测试仪4和光学检测孔3对应设置为2个以上。红外辐射温度测试仪4中至少有一台具有发射率修正温度或消除发射率影响温度的功能。
上述装置的红外辐射温度测试仪，可以设置为单波长红外辐射温度测试仪或者双波长红外辐射温度测试仪或者多波长红外辐射温度测试仪，用于目标区域温度检测并输出或显示；
光学检测孔，设置在喷淋盘中的光学透光通孔，在喷淋盘不同的半径位置处设置多个，用作红外辐射温度测试仪与检测信号的传输通道；
黑体炉，作为标准辐射源，进行温度标定和修正；
光纤或光纤束，用于将黑体炉的设定的标准红外辐射信号传输到光学检测孔，最终进入红外辐射温度测试仪；
检测孔端夹具，用于光纤或光线束的在喷淋盘的定位和固定，以使其对准进行红外辐射温度测试仪校准的光学检测孔。
本发明还提供了使用上述金属有机物化学气相沉积设备的红外辐射测温校准装置的校准方法。将黑体炉设置某一特定温度，分别通过光纤或光线束将标准红外辐射信号传输到各个光学检测孔，红外辐射温度测试仪对载片盘或者衬底表面进行温度测量，由于各个光学检测孔及其上面的红外辐射温度测试仪的制造、装配差异，有可能导致各个红外辐射温度测试仪检测到的温度不一样，这样就可以测得各个检测孔对应的红外辐射温度测试仪之间与所设定温度辐射信号测得的温度差异，进而可以将其中一个检测孔对应的具有消除发射率影响红外辐射温度测试仪检测的温度作为标准值，其他光学检测孔对应的红外辐射温度测试仪根据各自测得的温度值减去标准值得到温度差值。然后将黑体炉设置的特定温度、标准值和温度差值以最小二乘法进行拟合，得到各个光学检测孔对应的红外辐射温度测试仪测得的温度差值曲线，再根据该温度差值曲线对光学检测孔对应的红外辐射温度测试仪实测的温度进行校准。
在金属有机物化学气相沉积设备工艺过程中，使用红外辐射温度测试仪对载片盘或者衬底表面进行温度测量，根据前述黑体炉标定得到的温度差值曲线对光学检测孔对应的红外辐射温度测试仪实测的温度进行校准，以消除由于红外辐射测温仪系统的制造、装配因素导致的温度差异，使得各个光学检测孔对应的红外辐射温度测试仪测得的相对温度值较为准确，以便载片盘表面的温度均匀性调节。
本发明的优点是：在金属有机物化学气相沉积设备工艺过程中本发明可以消除由于红外辐射测温仪系统的制造、装配因素导致的温度差异，使各个红外辐射测温仪测试的相对温度更为准确，以便载片盘表面的温度均匀性调节，另外设定其中一台红外辐射温度测试仪具有消除发射率影响温度的功能，比如比色红外温度测试仪，多波长红外温度测试仪，通过这个校准装置可以进一步修正温度，使得温度测试更进一步接近真实温度。
附图说明
图1为本发明红外辐射测温校准装置的结构意图。
图1中，1是喷淋盘、2是喷淋孔、3是光学检测孔，其中：3a光学检测孔一、3b光学检测孔二、3c光学检测孔三、3d光学检测孔四、3e光学检测孔五、4是红外辐射温度测试仪，其中：4a红外辐射温度测试仪一、4b红外辐射温度测试仪二、4c红外辐射温度测试仪三、4d红外辐射温度测试仪四、4e红外辐射温度测试仪五，5是载片盘、6是衬底、7是检测孔端夹具、8是光纤或光纤束、9是黑体炉端夹具、10是黑体炉。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施例：
实施例一
参见图1，本发明的本发明的红外辐射测温校准装置包括红外辐射温度测试仪4、光学检测孔3、黑体炉10、光纤或光线束8，检测孔端夹具7及黑体炉端夹具9。光学检测孔3为可以透光的通孔，本实施咧的光学检测孔3有五个，分别设置在喷淋盘1中，为光学检测孔一3a、光学检测孔二3b、光学检测孔三3c、光学检测孔四3d、光学检测孔五3e，红外辐射温度测试仪4也设有四个，为：红外辐射温度测试仪一4a、红外辐射温度测试仪二4b、红外辐射温度测试仪三4c、红外辐射温度测试仪四4d、红外辐射温度测试仪五4e，五个红外辐射温度测试仪分别与设置在喷淋盘1中的可以透光的五个光学检测孔3对应，光纤或光线束8通过黑体炉端夹具9和检测孔端夹具7固定并连接在黑体炉10和光学检测孔3之间。所述的红外辐射温度测试仪4可以设置为单波长红外辐射温度测试仪或者双波长红外辐射温度测试仪或者多波长红外辐射温度测试仪，于目标区域温度检测并输出或显示。
使用本实施例的红外辐射测温校准装置的校准方法如下：
将黑体炉10设置某一特定温度，分别通过光纤或光线束8将标准红外辐射信号传输到光学检测孔一3a、光学检测孔二3b、光学检测孔三3c、光学检测孔四3d何光学检测孔五3e，由于各个光学检测孔及其上面的红外辐射温度测试仪的制造、装配差异，有可能导致红外辐射温度测试仪一4a、红外辐射温度测试仪二4b、红外辐射温度测试仪三4c、红外辐射温度测试仪四4d和红外辐射温度测试仪五4e检测到的温度不一样。将光学检测孔一3a对应的红外辐射温度测试仪一4a检测的温度作为标准值，光学检测孔二3b、光学检测孔三3c、光学检测孔四3d何光学检测孔五3e分别对应的红外辐射温度测试仪二4b、红外辐射温度测试仪三4c、红外辐射温度测试仪四4d和红外辐射温度测试仪五4e用测得的温度值减去标准值得到温度差值。
同样地，将黑体炉10设置一系列的特定温度，可以得到一系列的标准值和温度差值。将这一系列的温度差值进行拟合，如最小二乘法拟合，得到各个光学检测孔对应的红外辐射温度测试仪测得的温度差值曲线。
在金属有机物化学气相沉积设备工艺过程中，使用红外辐射温度测试仪对载片盘5或者衬底6表面进行温度测量，根据前述黑体炉10标定得到的温度差值曲线对光学检测孔对应的红外辐射温度测试仪实测的温度进行校准，以消除由于红外辐射测温仪系统的制造、装配因素导致的温度差异，使得各个光学检测孔对应的红外辐射温度测试仪测得的相对温度值较为准确，以便载片盘表面的温度均匀性调节。
Claims (4)
1.一种化学气相沉积设备的红外辐射测温校准装置，包括多个红外辐射温度测试仪(4)、多个光学检测孔(3)、黑体炉(10)、光纤或光线束(8)，检测孔端夹具(7)及黑体炉端夹具(9)，其特征在于光学检测孔(3)为透光的，光学检测孔(3)设置在喷淋盘(1)中，红外辐射温度测试仪(4)与设置在喷淋盘(1)中的透光的光学检测孔(3)对应设置，光纤或光线束(8)通过黑体炉端夹具(9)和检测孔端夹具(7)固定并连接在黑体炉(10)和光学检测孔(3)之间，通过多个光学检测孔对多个红外辐射温度测试仪实测的温度进行校准。
2.根据权利要求1所述的化学气相沉积设备的红外辐射测温校准装置，其特征在于所述红外辐射温度测试仪(4)和光学检测孔(3)对应设置为2个以上。
3.根据权利要求1或2所述的化学气相沉积设备的红外辐射测温校准装置，其特征在于所述红外辐射温度测试仪(4)中至少有一台具有发射率修正温度或消除发射率影响温度的功能。
4.用权利要求1所述的化学气相沉积设备的红外辐射测温校准装置的校准方法，其特征在于：将黑体炉设置某一特定温度，分别通过光纤或光线束将标准红外辐射信号传输到各个光学检测孔，红外辐射温度测试仪对载片盘或者衬底表面进行温度测量，测得各个检测孔对应的红外辐射温度测试仪之间与所设特定温度辐射信号的温度差异，进而将其中一个检测孔对应的具有消除发射率影响的红外辐射温度测试仪检测的温度作为标准值，其他光学检测孔对应的红外辐射温度测试仪根据各自测得的温度值减去标准值得到温度差值，然后将黑体炉设置的特定温度、标准值和温度差值以最小二乘法进行拟合，得到各个光学检测孔对应的红外辐射温度测试仪测得的温度差值曲线，再根据该温度差值曲线对光学检测孔对应的红外辐射温度测试仪实测的温度进行校准。
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