[發(fā)明專利]用于外延生長的原位應(yīng)力光學(xué)監(jiān)控方法及系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710023556.2
• 申請日: 2007-06-08
• 公開（公告）號: CN101092738A
• 公開（公告）日: 2007-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建峰;徐科;朱建軍;楊輝
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號: C30B25/16
• 分類號: C30B25/16
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及晶體生長的原位監(jiān)控領(lǐng)域，特別涉及一種在鹵化物氣相外延生長法過程中進(jìn)行應(yīng)力的實(shí)時(shí)自動化監(jiān)測的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

鹵化物氣相外延生長法(HVPE)是利用HCl氣體進(jìn)行氣相外延的方法，其過程為氣體HCl流經(jīng)金屬源，形成金屬鹵化物，然后與另一種氣體反應(yīng)生成所需的產(chǎn)物。一個典型的例子是用于III族氮化物的HVPE系統(tǒng)，氣體HCl流經(jīng)金屬(Ga，Al，In)，形成金屬鹵化物(GaCl，AlCl，InCl)，然后與V族源NH₃反應(yīng)生成GaN、AlN、InN。HVPE設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于反應(yīng)速度快，可以達(dá)到250μm/hr，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于材料生長領(lǐng)域。由于獲得的氮化物外延膜通常被作為襯底使用，因而也被稱為氮化物襯底。

在異質(zhì)外延過程中，如果外延層的水平晶格參數(shù)大于襯底的水平晶格參數(shù)，那么外延層在生長過程中將會處于壓應(yīng)變狀態(tài)；如果外延層的熱膨脹系數(shù)小于襯底的熱膨脹系數(shù)，從生長溫度降到室溫的過程中，外延層中也會產(chǎn)生壓應(yīng)變。與之相反的過程就會產(chǎn)生張應(yīng)變。這些應(yīng)變對材料生長以及器件性能都有很大的影響，科學(xué)研究以及生產(chǎn)加工都需要及時(shí)的了解應(yīng)變信息。

現(xiàn)有技術(shù)中，測量應(yīng)力的方法主要是：將多束平行的激光束入射到樣品表面，通過測試出射激光束之間的距離，得到樣品曲率半徑的信息，根據(jù)曲率半徑和應(yīng)變之間的關(guān)系就可以計(jì)算出應(yīng)變的大小。其中，采用的激光器是半導(dǎo)體或氣體激光器，其波長一般大于400納米，常見的是650納米的激光器。

在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，由于GaN材料的帶寬為365納米，因此在GaN材料體系的測量過程中會有比較大的噪音，影響了應(yīng)力監(jiān)測的準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種用于外延生長的原位應(yīng)力光學(xué)監(jiān)控方法，降低應(yīng)力監(jiān)控中的噪音，提高應(yīng)力監(jiān)控的準(zhǔn)確性；

本發(fā)明的另一個目的是提供一種運(yùn)用該方法進(jìn)行原位應(yīng)力光學(xué)監(jiān)控的裝置。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種用于外延生長的原位應(yīng)力光學(xué)監(jiān)控方法，將激光束經(jīng)分束后形成至少2束平行的激光束，入射到外延生長片的表面，反射的激光束經(jīng)光學(xué)元件出射，在圖像收集設(shè)備上成像，經(jīng)過圖像處理后獲得表面應(yīng)力信息，所述激光束的波長小于待測外延生長片材料的帶寬對應(yīng)的波長。

上述技術(shù)方案中，所述圖像處理可以通過軟件來完成，主要包括圖像獲取、閾值分析、光斑識別、數(shù)據(jù)處理及信息輸出等過程。

其中，通常的數(shù)據(jù)處理方式可以是：通過攝像頭采集得到的圖像，以灰度數(shù)據(jù)的形式存入一個二維數(shù)組a[i][j]，其中i、j分別表示圖像的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，對于分辨率為1024×768像素的CCD攝像頭而言，0≤i＜1024，0≤j＜768。

采用大津法(OSTU算法)對二維灰度圖像a[i][j]進(jìn)行閾值化處理，得到一個閾值ThresholdValue。

如果a[i][j]≥ThresholdValue，這些像素點(diǎn)被視為光斑；如果a[i][j]＜ThresholdValue，這些像素點(diǎn)被視為背景。這樣我們就得到兩個光斑的像素點(diǎn)的位置信息。如果一個光斑在橫坐標(biāo)方向上覆蓋了N個像素點(diǎn)，我們以變量x來表示其橫坐標(biāo)(i0≤x＜i0+N，i0表示橫坐標(biāo)方向上覆蓋的第一個像素點(diǎn)的橫坐標(biāo))。對于每個橫坐標(biāo)而言，光斑在縱坐標(biāo)方向上的上限和下限我們用數(shù)組變量V[x].up和V[x].low來表示。這樣，左右兩個光斑的位置信息就被記錄下來了。

采用光強(qiáng)“加權(quán)求重心”的方法，求出兩個光斑的中心位置同時(shí)還可以計(jì)算出每個光斑的積分光強(qiáng)I：