【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于吸收光谱的cvd在线原位表征系统和方法，属于半导体生产设备。
技术介绍
1、沉积是半导体加工、制造中重要的一项技术，该项技术所涉及的设备统称为薄膜沉积设备。常见的薄膜沉积工艺分为物理气相沉积（physical vapor deposition，pvd）和化学气相沉积（chemical vapor deposition，cvd）；其中化学气相沉积cvd是指在特定温度和压强的条件下，反应物之间或反应物与基底材料间发生相互作用，在基底上产生目标产物的过程。通常化学气相沉积的反应物是气态物质，而生成物为固态物质，比如在石英基底上生长碳纳米管过程需要通入ch4气体作为反应物，而生成物则是固态的碳纳米管。化学气相沉积技术凭借其制备过程简单、面积生长大、较容易转移等优点，逐渐成为原子尺度制造中一种重要的方法，进而衍生出原子层沉积（atomic layer deposition，ald）技术，在石墨烯、碳纳米管、二硫化物等多种材料体系的制备中均有广泛的应用。以管式炉为代表的cvd设备是原子尺度制造的核心设备之一。
2、考虑化学气相沉积cvd以及原子层沉积ald通常是在一定温度以及一定的真空条件下进行，因此现有的化学气相沉积cvd设备在实现薄膜沉积过程中，无法实时检测薄膜沉积的情况，通常是在沉积结束后，将沉积样品从cvd设备中取出后再采用各样方法进行检测，这种将样本转移后进行检测的方法统称为非原位表征技术，但是针对原子层沉积ald过程，比如石墨烯、碳纳米管等材料的沉积过程，需要对其薄膜生长过程进行原位检测以获知反
3、而现有的原位表征技术主要以服务电化学方向的研究为主，其反应装置多带有反应池，整体面积较小，无法直接应用在化学气相沉积这类整体实验装置较大的cvd设备上，而且化学气相沉积伴随的高温低压环境也会导致所得到的原位表征结果出现误差。
技术实现思路
1、为了解决现有的cvd设备无法实现原位检测的问题，本专利技术提供了一种基于吸收光谱的cvd在线原位表征系统和方法，通过设计一种能够在气相沉积过程对沉积样品进行实时原位检测的系统，同时考虑沉积参数对检测结果的影响进行相应的补偿，实现了对于气相沉积过程的在线原位检测，为研究反应过程中间体、产物微观结构以及确定最佳沉积条件提供了可能。
2、本申请的第一个目的在于提供一种基于吸收光谱的cvd在线原位表征系统，所述系统包括：吸收光谱检测装置、光谱移动与光路校准装置和管式cvd设备；通过吸收光谱检测装置实现对沉积样品的在线原位表征。
3、其中，吸收光谱检测装置包括光源、光源发射装置、光源接收装置以及与光源接收装置相连的光谱仪；
4、光谱移动与光路校准装置包括两条移动轨道，光源发射装置和光源接收装置分别安装在两条移动轨道上；通过移动轨道实现光源发射装置和光源接收装置的移动，从而实现对于石英管内任一位置处的样品进行在线原位表征。
5、管式cvd设备包括炉膛、石英管以及石英管内用于承载沉积样品的石英舟；为使得光源发射装置发出的光线能够穿过炉膛，且为了实现对于石英管内任一位置处的样品进行在线原位表征，本申请炉膛上开设有平行于石英管的两条对称通光槽，两条通光槽以石英管轴向中心线为对称轴，光谱移动与光路校准装置中的两条移动轨道分别位于炉膛外侧对应两条通光槽的位置处，从而使得光源发射装置和光源接收装置能够沿着石英管的轴向直线移动以实现对于石英管内任一位置出的样品的原位检测；光源发射装置发出的光通过通光槽、透过石英管以及其中的沉积样品到达光源接收装置，进而通过光谱仪根据接受到的光源进行光谱分析实现对于沉积样品的原位检测；通光槽宽度以能够使得光源发射装置发出的光以及光源接收装置接收到的光完全通过为准进行设置。
6、可选的，所述光谱移动与光路校准装置还包括四个步进电机，且配置有四轴光路自动校准系统，所述四个步进电机分别记为第一横向步进电机、第一纵向步进电机、第二横向步进电机和第二纵向步进电机；其中，第一横向步进电机和第一纵向步进电机通过带通滚珠丝杆和移动轨道实现光源发射装置在水平面内的定位，第二横向步进电机和第二纵向步进电机用于控制光源发射装置在水平面和垂直面内的旋转。
7、可选的，所述四轴光路自动校准系统采用单片机或plc控制器实现对于步进电机的控制。通过设置每个电机的pwm波即可控制其转速，通过对比返回的光强度可以对光路进行微调，以实现接受光强度最大化，方便后续的光谱分析。
8、可选的，所述光源为白光光源，且光谱连续，波长至少覆盖200-1050nm，其中波长在250nm-400nm范围内的紫外波段光通量＞10mw/mm2srnm；且光源准直性强，0.5m距离内光斑可聚焦至直径1mm的圆内。
9、本申请的第二个目的在于提供一种基于吸收光谱的cvd在线原位表征方法，该方法基于上述系统实现，所述方法包括：
10、步骤1，光路校准，利用光谱移动与光路校准装置对吸收光谱检测装置中的光源发射装置和光源接收装置进行光路对准；
11、步骤2，利用吸收光谱检测装置获取沉积过程中沉积样品的吸收光谱；
12、步骤3，根据获取得到的沉积样品的吸收光谱对沉积样品进行原位检测。
13、可选的，所述步骤2包括：
14、步骤2.1，利用吸收光谱检测装置获取管式cvd设备中不放置样品时不同间隔温度下的红光补偿光谱；
15、步骤2.2，获取沉积过程中的实时吸收光谱；
16、步骤2.3，将实时吸收光谱减去对应温度下的红光补偿光谱作为沉积样品的最终光谱。
17、可选的，所述步骤2.1包括：
18、不放置样品，室温条件下，使得光路通过石英管和石英舟到达光源接收装置获得一条光谱，记为初始光谱；
19、将温度逐渐升温，从100℃开始每隔摄氏度取一次光谱，并和初始光谱做差，获得在不同温度梯度下的红光补偿光谱。
20、可选的，所述步骤1包括：利用第一横向步进电机和第一纵向步进电机通过遍历的方式搜寻光源接收装置的位置，随后通过第二横向步进电机和第二纵向步进电机，以微调角度的方式实现入射光强度最大化。
21、本申请的第三个目的在于提供一种确定沉积样品生长窗口的方法，所述方法基于上述系统实现，所述方法包括：
22、步骤s1，光路校准，利用光谱移动与光路校准装置对吸收光谱检测装置中的光源发射装置和光源接收装置进行光路对准；
23、步骤s2，控制光源发射装置和光源接收装置沿移动轨道移动，实时获取沉积过程中各位置处沉积样品对应的吸收光谱；
24、步骤s3，根据沉积过程中各位置处沉积样品对应的吸收光谱确定所述沉积样品的生长窗口。
25、可选的，所述步骤s3包括：
26、根据沉积过程中各位置处沉积样品对本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于吸收光谱的CVD在线原位表征系统，其特征在于，所述系统包括：吸收光谱检测装置、光谱移动与光路校准装置和管式CVD设备；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光谱移动与光路校准装置还包括四个步进电机，且配置有四轴光路自动校准系统，所述四个步进电机分别记为第一横向步进电机、第一纵向步进电机、第二横向步进电机和第二纵向步进电机；其中，第一横向步进电机和第一纵向步进电机通过带通滚珠丝杆和移动轨道实现光源发射装置在水平面内的定位，第二横向步进电机和第二纵向步进电机用于控制光源发射装置在水平面和垂直面内的旋转。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述四轴光路自动校准系统采用单片机或PLC控制器实现对于步进电机的控制。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源为白光光源，且光谱连续，波长至少覆盖200-1050nm，其中波长在250nm-400nm范围内的紫外波段信号光通量＞10mW/mm2srnm。
5.一种基于吸收光谱的CVD在线原位表征方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-4任一项所述的系统实现，
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤2.1包括：
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：利用第一横向步进电机和第一纵向步进电机通过遍历的方式搜寻光源接收装置的位置，随后通过第二横向步进电机和第二纵向步进电机，以微调角度的方式实现入射光强度最大化。
9.一种确定沉积样品生长窗口的方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-4任一项所述的系统实现，所述方法包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于吸收光谱的cvd在线原位表征系统，其特征在于，所述系统包括：吸收光谱检测装置、光谱移动与光路校准装置和管式cvd设备；
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光谱移动与光路校准装置还包括四个步进电机，且配置有四轴光路自动校准系统，所述四个步进电机分别记为第一横向步进电机、第一纵向步进电机、第二横向步进电机和第二纵向步进电机；其中，第一横向步进电机和第一纵向步进电机通过带通滚珠丝杆和移动轨道实现光源发射装置在水平面内的定位，第二横向步进电机和第二纵向步进电机用于控制光源发射装置在水平面和垂直面内的旋转。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述四轴光路自动校准系统采用单片机或plc控制器实现对于步进电机的控制。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源为白光光源，且光谱连续，波长至少覆盖200-1050nm，其中波...
【专利技术属性】
技术研发人员：项荣，马亦诚，王凌峰，郑一格，张俊涵，董会旭，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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