[发明专利]一种MOCVD工艺生长的红外测温方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及非接触红外测温领域的多波长综合测温方法，尤其是涉及复杂多变表面的测温方法，一种金属有机物化学气相沉积化学气相沉积设备（MOCVD）工艺生长的红外测温方法及装置。

背景技术

金属化学气相沉积（MetalOrganicChemicalVaporDeposition,简称MOCVD）设备是一种半导体外延生长设备，其生长环境复杂，不同反应阶段反应腔内注入不同气体，并且压强差别也较大，这些都给准确测温带来较大困难；同时外延薄膜生长需要保证均匀性、重复性以及可控性，生长过程中衬底的载片台通常是旋转的，不能接触测试表面进行测温。这些苛刻测试环境决定了MOCVD工艺测温只能采用非接触式测温方法。

目前业界大多采用单波长加发射率修正测试方法来测量MOCVD工艺生长温度，但无法克服弱发射率时准确测温问题；而双波长测温虽可以忽略发射率对测温的影响，但光亮干涉表面对其测温影响非常大，直接导致无法使用；同时MOCVD生长工艺过程中温度跨越范围比较广，现在没有单一测量方法能满足全范围的测温。对于弱反射率表面采用双波长测温，其可以避免发射率对测温的影响；对于光亮表面此刻反射率较大容易测量，所以采用单波长修正方法可准确测温；对于弱反射率表面的低温扩展，选择远近两对不同波段内的波长进行双波长设计可以有效拓展测温范围，满足MOCVD工艺生长的测温需求。

但是，单波长测温（即色温法）通过测量物体辐射的某一波长能量来测温，受物体发射率影响比较大，并且对测量高度以及测量光学孔径都比较敏感，很难保证其测量的准确性；通过发射率修正可以在一定程度上保证准确性，但当发射率较大时，对应的反射率较弱就不易准确测量，此时单波长测温的准确性就得不到保证。

双波长测温（即比色温法）通过测量两个特定波长的能量比值来测温，其可克服外界环境以及发射率对测量的影响，但要求辐射能量要达到一定水平才能保证其准确性以及精度；同时其对光亮的衬底上外延薄膜干涉表面无法测量，是其应用于MOCVD工艺生长测温的致命缺点。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前MOCVD设备生长工艺测温技术存在的问题，提供一种发射率修正的单波长与远近红外波段四波长组合的测温方法。本发明是依据测量的发射率大小来自动选择测温方法；本发明组成主要包括：发射率测量、单波长测量以及双波长测量部分，通过计算机软件协调工作。本发明的MOCVD工艺生长的红外测温方法，包含以下步骤：

步骤1，测量反射率：根据传热学的基尔霍夫定理，对于非透明被测物体的发射率ξ与反射率r的和为1，即：ξ=1-r，测量物体的反射率r，可计算得到对应的发射率：ξ；

步骤2，选择测温方法：将步骤1中测量的发射率ξ与设定的发射率阀值K比较，如果ξ<K，此时采用单波长发射率修正方法测温，进入步骤5；否则，采用双波长方法测温，进入步骤3；

步骤3，测量辐射物体在选定较长的远红外波长的能量E，如果E小于测试量程，此时采用远红外双波长测温进入步骤5；如果E大于测试量程，此时进行步骤4；

步骤4，根据近红外双波长辐射能量进行双波长测温，如果较小的近红外波长能量低于测试量程，则进入步骤3，否则进入步骤5；

步骤5计算得到红外测量的准确温度，并根据不同步骤入口显示测温方法以及测量温度。

步骤1是通过实时测量反射率来实现间接测量物体的发射率。

步骤2的所述选择测温方法是依据被测物体的发射率的大小，所述阀值K是根据实际单波长测温准确有效的范围来确定的。

步骤2至4中对于反射较强的光滑表面，即MOCVD工艺生长的光亮干涉表面是根据阀值判断采用单波长发射率修正方法测温，而对于散射较强的粗糙表面则依据发射率阀值K判定来选择测温方法，即两种表面是发射率阀值判断下一种特殊测温应用，在粗糙工艺表面采用远、近红外波段双波长方法测温，其具体范围是：700nm～1μm，1.3μm～2.0μm；在光滑干涉表面采用单波长加发射率修正方法测温。两种方法通过发射率测量阀值K来进行判别选择。