一种分子束外延设备上防止光学窗口污染的装置的制作方法

本技术设计分子束外延设备，尤其是一种分子束外延设备上防止光学窗口污染的装置。

背景技术：

1、分子束外延设备是高端的半导体材料生长设备，从束源炉中蒸发出的粒子在超高真空环境下达到衬底，通过控制束源炉的束流和衬底温度，可以在衬底表面外延生长所需要的材料。为了观察腔体中的状态，要在生长腔体的不同外置安装了多个可以观察内部情况的观察窗。此外，为了了解分子束外延的生长过程以及样品的特性，要在分子束外延的生长腔体中安装各种监控仪器。比如，利用高能电子衍射(rheed)来实时监控样品表面的结晶特性；利用四级质谱仪检测腔体的残余气体情况；利用红外成像仪来监控衬底温度；利用光谱椭偏仪来研究样品表面的特性。这些实时或原位的检测手段对于掌握分子束外延工艺，了解样品生长情况意义重大。

2、从分子束外延设备部件的重要程度来讲，衬底和束源炉是关键的部件，它们的控制稳定性是材料生长的基础，但是，腔体上的观察窗和监测用的窗口也是不可缺少的部件，每次生长都要通过这些窗口区观察腔体中的情况，样品的生长状态。尽管腔体中是超高真空环境，束源炉出射的粒子直线式沉积在衬底位置，但有相当一部分的粒子会沿着出射方向达到腔体上，也会有部分粒子反射到其他方向，生长一段时间后，整个腔体内壁覆盖了很多残留下来的材料，而这些无处不在的残留材料一旦在观察窗上覆盖，将会降低观察窗的透明度，影响观察；而对于一些光学测试的窗口，例如当红外窗口受到污染覆盖上其他材料后，窗口的透过率会降低，红外测温仪测得的辐射强度将会下降，导致检测温度失真，严重的情况下，如果窗口污染材料正好落在红外测温仪探测波长范围内，则红外测温仪可能会彻底失去信号，无法工作。同样，对于用来实时检测样品表面生长情况的光谱椭偏仪，其窗口一旦污染，测得的信号变小，而且，偏振光的状态也会改变，得不到样品反射光的真实情况。

3、一旦发生了窗口污染，轻者影响到材料生长的监控，重者则完全失去对生长过程的监控，不得不停止生长。为了避免窗口被材料污染，最简单的方法是在窗口安装挡板来阻止材料沉积在窗口上，这种方式对一般观察窗还是比较有效，但是，对于生长过程中要一直检测的红外测温、椭偏仪窗口等就不适用。另外一种防止窗口污染的方法则是给窗口安装加热装置，使得窗口处于较高的温度，这样，能够降低或减弱材料在窗口的沉积，但是，由于常规的窗口玻璃法兰只能经受200℃左右的烘烤，往往效果不是很好。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题是：红外窗口受到污染覆盖上材料后，窗口的透过率会降低，红外测温仪测得的辐射强度将会下降，导致检测温度失真的问题；及检测样品表面生长情况的光谱椭偏仪窗口污染，使得测得的信号状态改变，得不到样品反射光的真实情况。为克服上述问题，本实用新型设计了一种可加高温的防污染装置，选择合适的石英玻璃材料通过不锈钢薄片制成的支撑架安装在观察窗通道上，并在玻璃上制备出带有加热功能的导电膜，通过腔体上的电极引线法兰接到腔体外的加热电源上，接通电源即可加热通道中的导电玻璃，使其具备加热、防止窗口污染的功能可以有效地防止窗口的污染，延长了腔体的使用时间。

2、本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种分子束外延设备上防止光学窗口污染的装置，这种防止窗口污染的装置由一个电加热玻璃，一个支撑架以及相关引线接口等组成。

4、所述窗口选择合适的玻璃材料，观察窗用高透过率的一般玻璃或石英玻璃；如果是作为红外测温窗口则选择透过红外测温仪探测波段的特殊玻璃，如透短波红外的锗材料或透过长波的mgf玻璃等；而用于可见光波段的光谱椭偏仪则可以用无应力的高透过率石英玻璃。

5、所述玻璃加热部分，将合适的玻璃原材料加工成直径略小于圆形观察通道口径的圆玻璃毛胚，然后将该玻璃毛胚经过严格清洗工艺，去除表面的有机污染物。在玻璃毛胚上固定好预先加工的有一定图形的掩模板，一起放入可蒸镀导电薄膜的设备中，设定好蒸镀条件，蒸镀一定厚度的导电薄膜，从蒸镀设备中取出毛胚并拿掉掩模板，就得到了带有导电膜的、有一定图形的毛胚，然后，在导电膜的电极处连接上供电线，形成一个有加热功能的透明玻璃。

6、所述装置通过支撑架固定在腔室观察窗位置，采用真空用的薄片不锈钢加工而成，支撑架的圆框正好放入加热的玻璃，通过夹具将其固定在支撑架上，支撑架的三个支撑滑片正好与观察通道等孔径匹配，可以方便地插入并牢牢地固定在通道上。将导电膜的引线通过腔体上的电极引线法兰接到腔体外的加热电源上，接通电源即可加热通道中的导电玻璃，使其具备加热、防止窗口污染的功能。

7、本实用新型的工作原理：

8、尽管分子束外延腔体中是超高真空环境，束源炉出射的粒子直线式沉积在衬底位置，但有相当一部分的粒子会沿着出射方向达到腔体上，也会有部分粒子反射到其他方向，生长一段时间后，整个腔体内壁覆盖了很多残留下来的材料，而这些残留材料一旦在观察窗上覆盖，将会降低观察窗的透明度，影响观察结果；而对于一些光学测试的窗口，例如当红外窗口受到污染覆盖上其他材料后，窗口的透过率会降低，红外测温仪测得的辐射强度将会下降，导致检测温度失真，严重的情况下，如果窗口污染材料正好落在红外测温仪探测波长范围内，则红外测温仪可能会彻底失去信号无法工作；对于用来实时检测样品表面生长情况的光谱椭偏仪，其窗口一旦污染，测得的信号变小，而且，偏振光的状态也会改变，得不到样品反射光的真实情况。一旦发生了窗口污染，轻者影响到材料生长的监控，重者则完全失去对生长过程的监控，不得不停止生长。通过以上分析，为了避免窗口被材料沉积污染，需要设计一种可以避免材料沉积的观察窗结构，这样才可以提高测量精度和腔体的使用寿命。

9、本实用新型的有益效果：

10、本实用新型通过加热使得玻璃可以有效防止腔体内部残余材料沉积附着，不会影响测量仪器检测的准确性。

技术特征：

1.一种分子束外延设备上防止光学窗口污染的装置，其特征在于，该装置包括带有电加热玻璃(3)和支撑架；

2.根据权利要求1所述的分子束外延设备上防止光学窗口污染的装置，其特征在于，所述支撑架由下面带三个支撑脚的底环(2)和上面的固定压环(7)两部分组成。

3.根据权利要求2所述的分子束外延设备上防止光学窗口污染的装置，其特征在于，所述底环(2)上设置有三个接触凸起与加热玻璃(3)平面接触。

4.根据权利要求2所述的分子束外延设备上防止光学窗口污染的装置，其特征在于，所述固定压环(7)的外径小于底环(2)侧壁的内径。

5.根据权利要求1所述的分子束外延设备上防止光学窗口污染的装置，其特征在于，所述电加热玻璃作为观察窗时采用高透过率的一般玻璃或石英玻璃。

6.根据权利要求1所述的分子束外延设备上防止光学窗口污染的装置，其特征在于，所述电加热玻璃作为红外测温窗口时采用透过红外测温仪探测波段的锗材料或mgf玻璃。

7.根据权利要求1所述的分子束外延设备上防止光学窗口污染的装置，其特征在于，所述电加热玻璃作为可见光波段的光谱椭偏仪时采用无应力的高透过率石英玻璃。

8.根据权利要求1所述的分子束外延设备上防止光学窗口污染的装置，其特征在于，所述电薄膜的材料为锡氧化物，其厚度为20μm以上，电阻在1-5欧姆。

9.根据权利要求1-8任一项所述的分子束外延设备上防止光学窗口污染的装置，其特征在于，所述供电线通过固定螺丝及接触片连接到u型导线连接块(8)上。

技术总结本技术公开了一种分子束外延设备上防止光学窗口污染的装置，该装置包括带有电加热玻璃和支撑架；所述电加热玻璃朝下的一面设置有导电薄膜，导电膜的电极处连接有供电线；所述装置通过支撑架固定在腔室观察窗位置，支撑架的圆框正好放入电加热玻璃；所述电加热玻璃朝下的一面设置有导电薄膜，导电膜的电极处连接有供电线，所述导电膜通过供电线接到腔体外的加热电源上实现对光学窗口加热。本技术通过加热使得玻璃可以有效防止腔体内部残余材料沉积附着，不会影响测量仪器检测的准确性。技术研发人员：杨春章,王善力,孔金丞,李艳辉,陈卫业,杨晋,赵丽,姬荣斌受保护的技术使用者：昆明物理研究所技术研发日：20230906技术公布日：2024/6/2