专利名称：外延材料层的特性测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及LED技术领域，特别涉及对外延材料层的特性测试装置。
背景技术：
MOCVD是金属有机化合物化学气相沉积(Metal-organic Chemical Vapor Deposition)的英文缩写。MOCVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。它以III族、II族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为晶体生长的源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种III-V族、II-VI 族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。下面对现有的MOCVD工艺的原理进行说明。具体地，请参考图1所示的现有的 MOCVD装置的结构示意图。外延沉积腔室10内形成有相对设置的气体供给单元11和基座12。所述气体供给单元可以为喷淋头(ShoWerhead，SH)，该喷淋头内可以设置多个小孔。所述基座12上通常放置多片衬底121，所述衬底121的材质通常为价格昂贵的蓝宝石。所述基座12的下方还形成有加热单元13，所述加热单元13对所述衬底121进行加热，使得所述衬底121表面的温度达到外延工艺需要的温度。在进行MOCVD工艺时，源气体自气体供给单元11的小孔进入衬底12上方的反应区域(靠近衬底121的表面的位置)，所述衬底121由于加热单元13的热辐射作用而具有一定的温度，从而该温度使得源气体之间进行化学反应，从而在衬底121表面形成外延材料层。所述外延材料层中至少包含一层发光层，所述发光层在电流的驱动下能够发出光。通常，在MOCVD工艺完成后，需要将形成有外延材料层的衬底从MOCVD装置的外延沉积腔室中取出，然后在MOCVD装置的外部对衬底上使得外延材料层的特性参数进行测试，主要是测试外延材料层的发光层的特性参数，例如波长、均勻度等参数。然后，相关的技术人员或操作人员可以利用所述参数对外延沉积腔室的工艺条件进行优化调整，以有利于提高下一批次外延材料层的质量。在实际中，发现现有的MOCVD设备的生产效率低，无法满足应用的要求。
实用新型内容本实用新型实施例解决的问题是提供了一种外延材料层的特性测试装置及其测试方法，节约了衬底上的外延材料层的测试时间，提高了外延材料层的测试精度，从而提高了 MOCVD设备的生产效率，也提高了外延材料层的发光强度、均勻度和良率等工艺参数。为了解决上述问题，本实用新型实施例提供一种外延材料层的特性测试装置，包括探针单元，在测试时能够与所述外延材料层的表面形成导电接触，通过所述探针单元向所述外延材料层提供电信号，所述电信号能够使得所述外延材料层发出光信号；光信号分析单元，用于获得所述光信号，对所述光信号进行分析，获得所述外延材料层的特性参数。可选地，还包括基座，所述基座上放置至少一片所述衬底；所述外延材料层包括至少一个N型导电层和一个P型导电层，以及位于所述两层导电层之间的发光层，所述发光层的材质为氮化镓、铟镓氮、铟铝镓氮、镓铝砷、铟镓砷、铟镓磷、铟镓铝磷中的一种或者其中的组合；测试时，所述探针单元位于所述基座上方，且所述探针单元与位于发光层上方的N 型导电层或P型导电层的表面形成导电接触，通过探针单元向所述外延材料层层提供电信号，所述N型导电层和P型导电层形成的PN结以及发光层在所述电信号的控制下发出光信号。可选地，所述探针单元包括电信号提供单元，用于提供电信号，所述电信号为直流电信号；导电探针对，与所述电信号提供单元电连接，所述导电探针对包括间隔设置的第一探针和第二探针，所述第一探针和第二探针具有探针头，测试时，所述探针头与所述N型导电层或P型导电层的表面形成导电接触。可选地，还包括外延沉积腔室，用于对衬底进行外延沉积工艺，所述外延沉积腔室具有真空传输腔室和/或装载卸载装置，所述装载卸载装置通过真空传输腔室与所述外延沉积腔室相连通，或者所述装载卸载装置直接与所述外延沉积腔室相连通；所述装载卸载装置内设置有衬底存放架，所述衬底存放架用于与外部交换衬底；所述导电探针对设置于所述真空传输腔室或装载卸载装置内；机械传输单元，用于将衬底在所述外延沉积腔室和所述装载卸载装置之间传输或用于将衬底在所述外延沉积腔室、真空传输腔室和装载卸载装置之间传输，所述机械传输单元用于将所述衬底传输至所述导电探针对下方，使得所述导电探针对与位于发光层上方的N型导电层或P型导电层的表面形成导电接触。可选地，所述基座为可移动基座，所述外延材料层的特性测试装置还包括外延沉积腔室，所述外延沉积腔室具有装载卸载装置和/或真空传输腔室，所述装载卸载装置具有中间腔室；所述探针对设置于所述装载卸载装置的中间腔室的内部或设置于所述真空传输腔室的内部，且所述导电探针对与所述中间腔室或真空传输腔室的相对位置固定；在测试时，所述可移动基座从所述外延沉积腔室移动至所述中间腔室或所述传输腔室，且所述可移动基座将其上方放置的衬底及该衬底上方的外延材料层的表面移动至该外延材料层的表面与导电探针对的探针头形成导电接触的位置。可选地，还包括外延沉积腔室，所述外延沉积腔室具有装载卸载装置和/或真空传输腔室，所述装载卸载装置具有中间腔室；所述探针单元还包括探针夹持单元，设置于所述中间腔室的内部或所述真空传输腔室的内部，所述探针夹持单元能够加持所述导电探针对进行移动，使得所述导电探针对移动至所述外延材料层的表面，所述基座为可移动基座，在所述基座移动过程中，所述衬底与所述基座保持相对静止；[0028]在测试时，所述可移动基座从所述外延沉积腔室移动至所述中间腔室或所述传输腔室，所述探针夹持单元将所述导电探针对的探针头移动至所述外延材料层的表面，使得所述探针头与所述外延材料层的表面形成导电接触。可选地，还包括数据分析单元，用于基于所述光信号分析单元获得所述外延材料层的特性参数对所述外延沉积腔室的工艺参数进行优化调整。可选地，还包括控制单元，用于控制所述电信号控制单元，调节所述电信号控制单元提供的电信号，控制所述探针头的运动以及所述基座的运动。可选地，所述直流电信号的电压值范围为3 150伏特，电流值范围为10 300毫安。可选地，所述第一探针和第二探针的探针头的间距固定，所述间距为5 25毫米。可选地，所述探针头与所述N型导电层或P型导电层的导电接触为点接触或面接触。可选地，所述探针头与所述外延材料层表面接触的压强为9800 四4000帕斯卡。可选地，所述探针头的材质为抗氧耐热的材质。可选地，所述探针单元测试所述外延材料层表面多个区域的特性参数。可选地，所述衬底的材质为蓝宝石、ZnO、SiC、Si、GaAs中的一种或者其中的组合。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点本实用新型实施例提供的外延材料层的特性参数测试装置包括探针单元和光信号分析单元，利用所述探针单元与外延材料层的表面形成导电接触，向所述外延材料层提供电信号，所述电信号能够使得所述外延材料层发出光信号，利用所述光信号分析单元获得外延材料层发出的光信号并且对所述光信号进行分析，获得所述外延材料层的特性参数。由于利用外延材料层的电致发光原理进行测试，本实用新型实施例更接近外延材料层实际应用作用在电流驱动下工作的情况，从而获得的测试结果更加准确，从而参考该测试结果对外延沉积工艺的参数进行的调整更准确，也有利于提高下一批次外延材料层的质量；由于探针单元设置在装载卸载装置或真空传输腔室内，因此，本实用新型实施例可以在外延沉积工艺形成后可以直接利用探针单元对外延材料层的特性参数进行分析，无需将形成有外延材料层的衬底传输到洁净室中，因此节约了测试时间，提高了外延沉积工艺的效率和MOCVD设备的效率；可选地，所述探针单元包括探针对，该探针对的探针头的材质选择为抗氧耐热的材质，这可以防止探针头的氧化，也可以防止探针头由于衬底表面的外延材料层的高温的损伤或者探针头与衬底之间的接触电阻引起的探针发热对探头造成的损伤；可选地，所述探针对的探针头上施加的电信号为直流电信号，所述直流电信号的电流值范围为3 150伏特，电压值范围为10 300毫安，上述的数值范围能够驱动探针头之间的局部的外延材料层，并且可以防止探针头由于过电流而烧坏，且更能使得被测试的局部的外延材料层的发光情况接近实际工作时的发光情况，从而获得的外延材料层的特性参数更加准确；可选地，所述第一探针和第二探针的探针头的间距固定，所述间距为0. 5 5毫
6米，在上述距离范围内，可以有效将电流通过所述第一探针头和第二探针头之间的局部外延材料层的表面，更接近局部外延材料层的实际工作时的发光情况，从而获得的外延材料层的特性参数更加准确；可选地，所述探针单元测试所述外延材料层表面多个区域的特性参数，从而获得的测试结果更加准确；可选地，所述外延材料层的特性分析单元还包括数据分析单元，其用于基于所述光信号分析单元获得所述外延材料层的特性参数对所述外延沉积腔室的工艺参数进行优化调整。上述参数可以直接用于对外延沉积腔室的工艺参数的调整，也可以作为相关技术人员调整时的参考依据。相比于现有技术通常是在获得了外延材料层的特性参数后由相关的技术人员依据经验对外延沉积腔室的工艺参数进行调整，不仅耗费人力、时间成本，而且相关人员的经验不足时对外延材料层的特性参数的调整不能够达到工艺的要求，本实用新型实施例不仅能够为技术人员调整外延沉积腔室的工艺参数提供依据，而且还可以自动调整外延沉积腔室的工艺参数。
图1是现有的MOCVD装置的结构示意图；图2是本实用新型第一实施例的外延材料层的特性测试装置的结构示意图；图3是图2所示的特性测试装置的内部结构和工作原理示意图；图4是本实用新型第二实施例的外延材料层的特性测试装置的结构示意图；图5是本实用新型第三实施例的外延材料层的特性测试装置的结构示意图；图6是本实用新型第四实施例的外延材料层的特性测试装置的结构示意图。
具体实施方式
现有的MOCVD的设备的生产效率低，通常一批衬底的外延沉积时间为8 11小时，用于外延材料层的测试时间长达(40 80分钟)。这是因为在位于外延沉积腔室中的衬底进行过外延沉积工艺，现有技术通常会将所述衬底转移至装载卸载装置(Load Lock, LL)，然后由操作人员将装载卸载装置中放置的衬底移至洁净室中，在洁净室中进行外延材料层的特性参数的测试。在获得了该批次外延材料层的特性参数后，相关的技术人员会对外延沉积腔室的工艺参数进行优化和调整，以有利于下一批次的外延材料层的沉积。需要说明的是，本实用新型实施例所述的外延材料层通常包括多层，其中至少一层为发光层(或称为多量子阱有源层)。本实用新型实施例所述的外延材料层的特性参数， 通常是指外延材料层中的发光层的特性参数。所述外延材料层的特性参数，至少包括发光材料层的波长、均勻度、厚度等参数，以上定义适用于全文，特此说明。为了减少外延材料层的特性参数的测试时间以及提高MOCVD设备的效率，发明人考虑在装载卸载装置中设置外延材料层的特性测试装置，从而可以在衬底离开装载卸载装置之前就获得外延材料层的特性参数，这样可以缩短外延材料层的特性参数的测试时间。基于上述构思，本领域技术人员可以对装载卸载装置进行优化设置，使之可以至少可以同时处理两批衬底，一批为从外部洁净室进入装载卸载装置等待工艺的衬底(该衬底即将被传输进入到外延沉积腔室)，一批为从外延沉积腔室中工艺完毕等待传输至装载卸载装置的衬底(即该衬底将经过装载卸载装置进入到外部洁净室)。在所述工艺完毕的衬底从外延沉积腔室中与等待工艺的衬底交换位置或者传输的过程中，可以利用装载卸载装置中设置的外延材料层的特性测试装置对外延材料层的特性参数进行测试，获得其特性参数，从而对外延沉积腔室的工艺参数进行优化和调整。待所述待工艺的衬底进入外延沉积腔室时，该外延腔室的工艺参数已经经过优化、调整或者短时间(3 5分钟)内可以优化调整完毕，从而待工艺衬底无需等待或等待较短时间就可以进行外延沉积工艺。因此，利用上述方法，可以至少节约工艺完毕的衬底从装载卸载装置传输出装载卸载装置、并将衬底从装载卸载装置移动至洁净室中的测试装置的时间(所述时间为40 80分钟)，从而提高MOCVD的外延沉积工艺的效率。具体地，发明人还考虑到，所述外延材料层的特性测试装置可以采用非接触式的测试装置。所述非接触式的测试装置通常利用外延材料层对光信号的反射、折射、吸收等原理对穿过、透过或外延材料层反射的光信号进行分析，获得外延材料层的特性参数。但是上述方法由于无法模拟外延材料层在电流驱动下的实际工作时的发光情况，因此，利用非接触式的测试装置获得的测试结果只能作为参考，而不能为调整外延沉积腔室的依据。基于上述分析，发明人考虑采用接触式的测试装置，即通过导电的探针等与衬底上方的外延材料层的表面形成导电接触，进而向外延材料层提供电信号，该电信号驱动外延材料层中的发光层发光，对所述光信号进行分析，可以获得该外延材料层的特性参数。由于发光层发出的光信号是依据电致发光原理的，因此可以更好的模拟外延材料层的实际工作状况，获得的特性参数更加准确，从而依据上述导电接触提供电信号而发光的原理进行测试可以使获得的外延材料层的特性参数对外延沉积腔室的工艺参数进行优化调整，更有利于提高下一批的衬底上形成的外延材料层的质量。本实用新型实施例所述的衬底的材质可以为半导体或绝缘体，例如所述衬底的材质为蓝宝石、ZnO, SiC、Si, GaAs中的一种或者其中的组合。因此，本实用新型实施例提供一种外延材料层的特性测试装置，包括探针单元，在测试时能够与所述外延材料层的表面形成导电接触，通过所述探针单元向所述外延材料层提供电信号，所述电信号能够使得所述外延材料层发出光信号；光信号分析单元，用于获得所述光信号，对所述光信号进行分析，获得所述外延材料层的特性参数。下面结合实施例对本实用新型的技术方案进行详细的说明。第一实施例为了更好地说明本实用新型的技术方案，请结合图2所示的本实用新型第一实施例的外延材料层的特性测试装置的结构示意图。本实用新型实施例所述的外延材料层的测试装置集成在MOCVD设备中。如图2所示，MOCVD设备包括装载卸载装置20、真空传输腔室21、加热/冷却腔室22和外延沉积腔室23。其中， 本实用新型实施例所述的外延材料层的特性测试装置25的一部分设置于装载卸载装置20 中，图中示意性地绘制了装载卸载装置20与特性测试装置25之间的关系。具体地，所述装载卸载装置20用于MOCVD设备与外部洁净室之间传输衬底，从而可以防止衬底直接由外部的洁净室进入外延沉积腔室23，减少外延沉积腔室23内产生的污染物。所述装载卸载装置20应具有至少具有传输门和腔室门。其中传输门开启时，所述装载卸载装置20能够与外部洁净室进行衬底交换；腔室门开启时，所述装载卸载装置20能够与真空传输腔室21交换衬底。为了保证所述装载卸载装置20能够进行上述的交换衬底的动作，其内部还应设置真空处理装置，使得装载卸载装置20的真空度满足实际的要求， 真空处理装置的结构及其工作过程作为本领域的公知技术，在此不做详细的说明。作为本实用新型的一个可选的实施例，所述装载卸卸载装置20中设置有中间腔室，所述中间腔室内可以至少放置两个基座。其中一个基座可以放置待工艺的衬底，另一个基座可以放置工艺完毕的衬底。所述基座内可以形成多个与衬底的形状和尺寸对应的凹槽，所述凹槽用于放置衬底。所述基座的材质可以为石墨等能够在高温下保持稳定的材质。所述基座为可移动基座，在MOCVD设备内部设置机械传输部件，通过所述机械传输部件使得所述基座能够在MOCVD设备内的真空传输腔室21、加热/冷却腔室22和外延沉积腔室 23之间进行移动，从而实现衬底在所述真空传输腔室21、加热/冷却腔室22和外延沉积腔室23之间传输。所述基座的形状、结构等可以与现有技术相同，本领域技术人员可以参考现有技术进行选择，在此不做详细的说明。所述衬底在真空传输腔室21、加热/冷却腔室22和外延沉积腔室23之间的传输可以通过所述可动的基座进行，当然也可以通过其他的结构实现。作为本实用新型的又一可选的实施例，所述装载卸载装置20的中间腔室内不设置基座，而放置至少两个衬底存放架(cassette)，其中一个衬底存放架可以放置工艺完毕的衬底，另一个衬底存放架可以放置待工艺的衬底。此时，外延沉积腔室23内至少设置用于存放衬底的单元，例如基座或者衬底支撑部件，可以将衬底固定在外延沉积腔室内部。所述衬底存放架内可以设置多个衬底空位(slot)，每一衬底空位可以放置一片衬底。所述衬底存放架的材质可以选择耐热材质，以提高衬底存放架的使用寿命。例如所述衬底存放架的材质可以为石墨等。所述衬底存放架可以作为装载卸载装置20与外部洁净室之间传递衬底的通道，而所述装载卸载装置20与真空传输腔室21、加热/冷却腔室22和外延沉积腔室23之间则可以通过专门的机械传输部件进行衬底的传输。所述机械传输部件可以为机械手等部件，所述衬底的传输可以为单片式，也可以为多片式。所述真空传输腔室21通常用于提供真空传输路径。作为可选的实施例，所述真空传输腔室21还提供了机械传输部件，该机械传输部件可以能够实现衬底或基座在真空传输腔室21、加热/冷却腔室22和外延沉积腔室23之间进行传输。如图2所示，本实施例中，所述真空传输腔室21的形状为多边形。在其他的实施例中，所述真空传输腔室21的形状还可以为其他的图形，例如为线性、三角形、圆形等规则图形或其他不规则图形。利用真空传输腔室21可以实现衬底在外延沉积腔室23、加热/冷却腔室22之间传输的环境为真空环境。本实施例中，由于需要交换装载卸载装置20中的存放有待工艺的衬底的基座和位于外延沉积腔室23中的工艺完毕的衬底，所述真空传输腔室21的体积应能满足至少容纳机械传输装置和至少两个基座在其中进行相应的传输运动。机械传输装置的结构和工作原理与现有技术相同，作为本领域技术人员的公知技术，在此不做详细的说明。在其他的实施例中，也可以不设置真空传输腔室，衬底可以直接从装载卸载装置20进入外延沉积腔室23。所述加热/冷却腔室22用于对待工艺的衬底进行预处理和对处理完毕的衬底进行冷却处理，从而无需占用外延沉积腔室23进行外延沉积工艺的时间，提高外延沉积腔室 23的处理速度。对所述待工艺的衬底进行的预处理包括如下的步骤的一个或多个利用氮气、惰性气体将衬底表面的颗粒等污染物吹走；利用氢气等还原性气体将衬底表面的有机物等污染物去除；利用加热将衬底表面的水蒸气去除；以及使得衬底的温度迅速升温至预定的温度，该预定的温度比外延沉积腔室23进行外延沉积的工艺的温度略低，从而无需在外延沉积腔室23中进行长时间的升温。上述预处理中各个步骤可以交替进行或同时进行。对所述工艺完毕的衬底进行的冷却处理通常使得所述衬底能够快速地从外延沉积腔室23进行外延沉积工艺的温度降低为预定的温度，以使得操作人员能够接触所述基座和衬底。在其他的实施例中，也可以不设置所述加热/冷却腔室22，而在直接在外延沉积腔室23中进行上述对待工艺衬底的预处理和对工艺完毕的衬底的冷却处理，也可以不对所述待工艺衬底进行预处理而直接进行外延沉积工艺。本实施例中，所述外延沉积腔室23的数目为多个，例如图2中所示的2个，分别是第一外延沉积腔室231和第二外延沉积腔室232。当然，在本实用新型的其他实施例中，所述外延沉积腔室23的数目也可以为1个。所述外延沉积腔室23用于沉积外延材料层。所述外延材料层通常包括多层。作为一个实施例，所述外延材料层包括位于衬底上的第一导电类型的导电层、位于所述导电层上方的发光层和位于所述发光层上方的第二导电类型的导电层。所述第一类型的导电层和第二类型的导电层之间形成PN结，在电信号的驱动作用下，该PN结与中间的发光层能够发光。所述第一导电类型与第二导电类型的电性相反。例如，若第一导电类型为P型，则第二导电类型为N型；若第一导电类型为N型，则第二导电类型为P型。所述发光层的材质为氮化镓、铟镓氮、铟铝镓氮、镓铝砷、铟镓砷、铟镓磷、铟镓铝磷中的一种或者其中的组合。每个外延沉积腔室23可以专门进行外延材料层中的某一层的沉积，这样可以避免同样外延沉积腔室进行不同的外延材料层的沉积带来的源物质的切换问题；当然，每个外延沉积腔室23也可以进行外延材料层的所有组成层的沉积，从而利用一个外延沉积腔室23可以形成工艺要求的外延材料层。在本实用新型的其他实施例中，所述外延沉积腔室23的数目也可以为1个。请继续结合图2，本实用新型所述的外延材料层的特性测试装置25局部设置于装载卸载装置20。外延材料层的特性测试装置25的探针单元可以设置在装载卸载装置20内部，光信号分析单元可以设置在装载卸载装置20内。在本实用新型的又一实施例中，光信号分析单元也可以与探针单元一同设置在所述装载卸载装置20的内部，此时，所述外延材料层的特性测试装置25全部设置于装载卸载装置20内部；在本实用新型的再一实施例中， 所述外延材料层的特性测试装置25可以局部或全部设置在真空传输腔室21或加热/冷却装置22内部。下面对本实用新型所述的MOCVD的外延材料层的特性测试装置的内部结构和工作原理进行详细的说明。请参考图3所示的本实用新型的一个实施例的外延材料层的特性测试装置的内部结构和工作原理的结构示意图，外延材料层的特性测试装置25包括探针单元，在测试时能够与所述外延材料层的表面形成接触，通过所述探针单元向所述外延材料层提供电信号，所述电信号能够使得所述外延材料层发出光信号；光信号分析单元，用于获得所述光信号，对所述光信号进行分析，获得所述外延材料层的特性参数。图3中还示意性地绘出了基座201、位于基座201上的衬底2011和位于基座201下方的旋转轴26。该旋转轴沈使得基座201能够进行转动和/或平行移动。所述衬底2011 上形成有外延材料层(未示出)，该外延材料层至少包括N型导电层、P型导电层和位于该两层导电层之间的发光层，所述N型导电层和P型导电层形成PN结，所述发光层位于所述 PN结之间。下面请结合图2并继续参考图3，本实用新型所述的探针单元可以设置在装载卸载装置20的中间腔室的内部，也可以设置在真空传输腔室21的内部，也可以设置在加热/ 冷却腔室22的内部。本实施例中，所述探针单元设置在装载卸载装置20(结合图2)的中间腔室的内部。所述探针单元包括导电探针对，如图3所示，分别是第一探针251和第二探针252。所述第一探针251和第二探针252均具有探针头，测试时，所述探针头与形成在衬底2011上的P型导电层(或N型导电层)形成导电接触，借助所述P型导电层向下方的发光层、N型导电层(或P型的导电层)施加电信号。所述第一探针251和第二探针252的探针头与所述P型导电层(或N型导电层) 之间的导电接触可以为点接触，此时所述探针头的形状类似针尖状，从而利用较小的电信号可以驱动发光层发出较强的光信号；当然，所述导电接触也可以为面接触，即所述探针头的形状类似镊子的头部，该探针头与P型导电层(或N型导电层)之间的接触面积更大，可以防止点接触造成的探针头过热等问题，但是面接触时需要相应增大向所述发光层提供的电信号。作为本实用新型的一个实施例，所述第一探针251和第二探针252的探针头与所述P型导电层(或N型导电层)之间的导电接触为点接触。作为可选的实施例，所述第一探针251和第二探针252的探针头的间距固定，所述间距为0. 5 5毫米，例如所述第一探针251和第二探针252的探针头的间距可以为0. 5 2. 5毫米之间的任意值，例如所述第一探针251和第二探针252的探针头的间距可以为0. 5 毫米、1毫米、2. 5毫米等。由于本实用新型中所述第一探针251和第二探针252通过在所述P型导电层(或N型导电层)的局部表面施加电信号，测试的是对应于位于第一探针252 和第二探针252的探针头能够提供电信号的局部的P型导电层下方的局部的发光层的特性参数。在本实用新型的其他实施例中，也可以使得第一探针251和第二探针252对整个P 型导电层(或N型导电层)的表面施加电信号，从而测试P型导电层(或N型导电层)下方的发光层的整体的特性参数。此时，所述第一探针251和第二探针252的探针头之间的距离可以对应于衬底2011的直径进行具体设置。但是，利用所述第一探针和第二探针向整个发光层施加电信号需要较强的电信号，并且可能会烧坏探针、损伤发光层，因此本领域技术人员还需要对所述第一探针251和第二探针252的探针头的间距、形状以及探针头施加的电信号的强度进行优化设置，以使得测试所述发光层时对第一探针251、第二探针215以
11及发光层的损伤最小。在其他的实施例中，所述第一探针251和第二探针252的探针头在同一衬底和/ 或不同衬底的距离可以不同，比如，在衬底2011的中部和衬底的边缘测试时，所述第一探针和第二探针的探针头的距离可以进行不同；或者所述第一探针和第二探针的探针头的距离可以根据衬底2011的直径以及衬底2011上的外延材料层的厚度进行具体的设置，本领域技术人员可以通过若干有限次的实验获得最佳的距离，在此不做详细的说明。所述第一探针251和第二探针252的探针头上施加的电信号可以为直流信号或交流信号。作为可选的实施例，所述电信号为直流信号。所述直流信号的电压值范围应为 3 150伏特，电流值范围应为10 300毫安。本实施例中，所述直流信号的电流值的范围为10 100毫安，例如所述直流信号的电流值可以为10毫安、30毫安、50毫安、70毫安或 100毫安；所述直流信号的电压值范围为3 100伏特，例如所述直流信号的电压值可以为 3伏特、5伏特、10伏特、50伏特、70伏特和100伏特。为了保证所述第一探针251和第二探针252能够将电信号有效地施加于外延材料层，可以向所述第一探针251和第二探针252的探针头上施加一定的压力。作为一个实施例，所述第一探针251和第二探针252的探针头与所述外延材料层的表面接触的压强范围为9800 297000帕斯卡。由于所述第一探针251和第二探针252的探针头与外延材料层的表面接触时具有接触电阻，所述接触电阻在第一探针251和第二探针252的探针头上流过电流时会发热，并且第一探针251和第二探针252的探针头也应该能够承受衬底2011上的外延材料层的温度。因此，作为可选的实施例，所述第一探针251和第二探针252的探针头除了能够导电之外，还应该能够耐受高温，在高温下能够保持稳定，所述高温的温度应大于第一探针251和第二探针252由于接触电阻发热的温度，并且所述高温的温度也应大于测试时衬底及其上方的外延材料层的温度。需要说明的是，本实用新型所述的第一探针251和第二探针252测试的是衬底上的两个探针头之间的局部外延材料层(该局部外延材料层的发光层)的特性参数，所述局部外延材料层是指第一探针251和第二探针252上提供的电信号能够驱动的外延材料层的范围。所述局部外延材料层占整个外延材料层的比例与第一探针251和第二探针252的探针头之间的距离、探针头上的电信号的强度、被测试的外延材料层的厚度、发光层的材质、 发光层的掺杂浓度有关系。为了保证测试的结果更加准确，所述第一探针251和第二探针 252的探针头需要在外延材料层的表面进行多次测试，每次测试衬底2011上的不同区域的外延材料层，从而获得外延材料层的表面多个区域的外延材料层的特性参数，从而获得的结果更加准确。请结合图2和图3所示，为了使得第一探针251和第二探针252的探针头能够在所述外延材料层的表面进行多次测量，所述第一探针251和第二探针252的探针头应能够与所述外延材料层进行相对运动。具体地，所述第一探针251和第二探针252的探针头可以与所述外延沉积腔室23、装载卸载装置20保持相对静止，而衬底2011相对于第一探针 251和第二探针252的探针头进行运动，所述衬底2011的进行的相对运动可以是随着基座 201进行的运动(此时基座201应为可动基座)，可以是随着真空传输腔室21内的机械传输装置(比如是机械手等)进行的运动；或者所述衬底2011、基座201、外延沉积腔室23、装载卸载装置20保持相对静止，所述第一探针251和第二探针252的探针头相对所述衬底 2011进行运动，此时，探针单元25中还应该设置探针加持单元，该探针加持单元用于加持所述第一探针251和第二探针252在基座201和基座201上方的衬底2011进行相对运动。请继续参考图3，作为本实用新型的一个实施例，所述第一探针251和第二探针 252为导电探针，所述外延材料层的特性测试装置25还包括电信号提供单元253，用于提供电信号。所述电信号提供单元253提供的电信号可以为直流电信号或交流电信号。本实施例中，所述电信号提供单元253提供的电信号为直流电信号。作为可选的实施例，所述外延材料层的特性测试装置25还可以进一步包括数据分析单元255，用于基于所述光信号分析单元2M获得所述外延材料层的特性参数对所述外延沉积腔室的工艺参数进行优化调整。具体地，所述数据分析单元255中存放了外延沉积腔室要形成的外延材料层的目标特性参数，以及与该目标特性参数对应的目标工艺参数。所述数据分析单元255中还存放了多次外延沉积腔室的工艺参数以及对应的形成的外延材料层的特性参数，并且根据上述工艺参数和特性参数，所述数据分析单元 255还存放了与外延沉积腔室对应的工艺曲线。依据该工艺曲线，在获得本次外延材料层的特性参数后，所述数据分析单元255能够结合目标特性参数、目标工艺参数获得下次进行外延沉积工艺时的外延腔室的参数。上述参数可以直接用于对外延沉积腔室的工艺参数的调整，也可以作为相关技术人员调整时的参考依据。相比于现有技术通常是在获得了外延材料层的特性参数后由相关的技术人员依据经验对外延沉积腔室的工艺参数进行调整，不仅耗费人力、时间成本，而且相关人员的经验不足时对外延材料层的特性参数的调整不能够达到工艺的要求。作为本实用新型的一个实施例，所述外延材料层的特性测试装置25还包括控制单元256，用于控制所述电信号控制单元253，调节所述电信号控制单元253提供的电信号， 控制所述第一探针251、第二探针252的运动以及所述基座201的运动。本实用新型所述的光信号分析单元2M用于收集外延材料层发出的光线，对所述光线进行分析，所述分析可以为将所述光线进行波长的展开，从而可以确定所述光线的波长，根据该波长可以而获得该外延材料层的波长、均勻度、厚度、掺杂浓度等特性参数。下面请继续参考图2并结合图3，对本实用新型所述的外延材料层的特性测试装置的工作方法进行说明。首先，所述外延沉积腔室231内放置有基座，该基座上放置有衬底，该外延沉积腔室231内正在进行外延沉积腔室。而装载卸载装置20内放置有另一基座，该基座上放置有待工艺的衬底。外延沉积腔室231内的外延沉积工艺完成后，基座在机械传输装置的作用下直接经过传输装置到达装载卸载装置20，或基座在机械传输装置的作用下进入加热/冷却装置22，在加热/冷却装置22中冷却后经过真空传输腔室21到达装载卸载装置20，或基座在机械传输装置的作用下进入真空传输腔室21到达装载卸载装置 20;此时，在装在卸载装置中，形成有外延材料层的衬底的基座与存放有待工艺的衬底的基座进行交换，并且外延材料层的特性测试装置25进行工作，对形成有外延材料层的衬底进行特性参数测试，与此同时，存放有待工艺的衬底的基座在机械传输装置的作用下直接到达外延工艺腔室231，或者经过真空传输腔室21到达外延沉积腔室23，或者经过真空传输腔室21、加热/冷却腔室22进入外延沉积腔室231或外延沉积腔室232，在基座到达外延沉积腔室中之前或者同时或者之后的较短时间(3 5分钟)内，所述外延材料层的特性测试装置25获得了上一批次的外延材料层的特性参数，依据所述特性参数可以自动地对要进行外延沉积工艺的外延沉积腔室的工艺参数进行优化和调整或者将所述特性参数作为相关技术人员调整外延沉积工艺的外延沉积腔室的工艺参数的依据。需要说明的是，上述过程中，基座在加热/冷却装置22中会进行相关的加热、冷却、清洁中的一项或多项处理，在此没有说明。并且由于设置了多个外延沉积腔室，上述过程中的各个步骤可以交叉进行，以进一步加快MOCVD设备的处理速度。第二实施例请图4是本实用新型第二实施例的外延材料层的特性测试装置的结构示意图。与第一实施例的相同部件的采用的标号相同。MOCVD设备包括装载卸载装置20、真空传输腔室21、加热/冷却腔室22和外延沉积腔室23。本实施例与第一实施例的区别在于，所述外延材料层的特性测试装置25的探针单元安装于真空传输腔室21的内部，所述光信号测试单元也可以设置于真空传输腔室的内部。形成有外延材料层的衬底通过可动的基座或机械传输装置传输至真空传输腔室 21，在真空传输腔室21内进行外延材料层的特性参数的测试。为了加快外延材料层的特性参数的测试速度，外延材料层的特性测试装置25中还可以设置多组探针单元。每一组探针单元可以包括多个探针对。所述多组探针单元可以同时对一个衬底的多个区域进行测试，也可以同时对同一基座的不同衬底进行测试。所述外延材料层的特性测试装置25测试外延材料层的特性参数的方法和原理、 真空传输腔室21的结构和工作原理、加热/冷却装置22的结构和原理、外延沉积腔室23 的结构和原理与第一实施例相同，请参考第一实施例，在此不做详细说明。第三实施例请结合图5所示的本实用新型第三实施例的外延材料层的特性测试装置的结构示意图。其中与第一实施例相同的结构采用与第一实施例相同的标号。MOCVD设备包括: 装载卸载装置20、真空传输腔室21、加热/冷却腔室22和外延沉积腔室23。本实施例与第一实施例的区别在于，真空传输腔室21为线性传输腔室，采用线性传输腔室能够减小MOCVD设备的占地面积，从而提高洁净室的利用率。并且，外延材料层的特性测试装置25的探针单元设置于装载卸载装置20的内部，且外延材料层的特性测试装置25的光信号分析单元也设置于装载卸载装置20的内部。所述外延材料层的特性测试装置25测试外延材料层的特性参数的方法和原理、 真空传输腔室21的结构和工作原理、加热/冷却装置22的结构和原理、外延沉积腔室23 的结构和原理与第一实施例相同，请参考第一实施例，在此不做详细说明。第四实施例请结合图6所示的本实用新型第四实施例的外延材料层的特性测试装置的结构示意图。其中与第一实施例相同的结构采用与第一实施例相同的标号。MOCVD设备包括: 装载卸载装置20、真空传输腔室21、加热/冷却腔室22和外延沉积腔室23。本实施例与第三实施例的区别在于，外延材料层的特性测试装置25的探针单元设置于线性的真空传输腔室21的内部，且外延材料层的特性测试装置25的光信号分析单元也设置于真空传输腔室21的内部。所述外延材料层的特性测试装置25测试外延材料层的特性参数的方法和原理、真空传输腔室21的结构和工作原理、加热/冷却装置22的结构和原理、外延沉积腔室23 的结构和原理与第一实施例相同，请参考第一实施例，在此不做详细说明。综上，本实用新型实施例提供的外延材料层的特性参数测试装置包括探针单元和光信号分析单元，利用所述探针单元与外延材料层的表面形成导电接触，向所述外延材料层提供电信号，所述电信号能够使得所述外延材料层发出光信号，利用所述光信号分析单元，用于获得外延材料层发出的光信号并且对所述光信号进行分析，获得所述外延材料层的特性参数。由于利用外延材料层的电致发光原理进行测试，本实用新型实施例能接近外延材料层实际应用中在电流驱动下工作的情况，从而获得的测试结果更加准确，从而参考该测试结果对外延沉积工艺的参数进行的调整更准确，也有利于提高下一批次外延材料层的质量；由于探针单元设置在装载卸载装置或真空传输腔室内，因此，本实用新型实施例可以在外延沉积工艺形成后可以直接利用探针单元对外延材料层的特性参数进行分析，无需将形成有外延材料层的衬底传输到洁净室中，因此节约了测试时间，提高了外延沉积工艺的效率和MOCVD设备的效率；可选地，所述探针单元包括探针对，该探针对的探针头的材质选择为抗氧耐热的材质，这可以防止探针头的氧化，也可以防止探针头由于衬底表面的外延材料层的高温的损伤或者探针头与衬底之间的接触电阻引起的探针发热对探头造成的损伤；可选地，所述探针对的探针头上施加的电信号为直流电信号，所述直流电信号的电压值范围为3 150伏特，电流值范围为10 300毫安，上述的数值范围能够驱动探针头之间的局部的外延材料层，并且可以防止探针头由于过电流而烧坏，且更能使得被测试的局部的外延材料层的发光情况接近实际工作时的发光情况，从而获得的外延材料层的特性参数更加准确；可选地，所述第一探针和第二探针的探针头的间距固定，所述间距为0. 5 5毫米，在上述距离范围内，可以有效将电流通过所述第一探针头和第二探针头之间的局部外延材料层的表面，更接近局部外延材料层的实际工作时的发光情况，从而获得的外延材料层的特性参数更加准确；可选地，所述探针单元测试所述外延材料层表面多个区域的特性参数，从而获得的测试结果更加准确；可选地，所述外延材料层的特性分析单元还包括数据分析单元，其用于基于所述光信号分析单元获得所述外延材料层的特性参数对所述外延沉积腔室的工艺参数进行优化调整。上述参数可以直接用于对外延沉积腔室的工艺参数的调整，也可以作为相关技术人员调整时的参考依据。相比于现有技术通常是在获得了外延材料层的特性参数后由相关的技术人员依据经验对外延沉积腔室的工艺参数进行调整，不仅耗费人力、时间成本，而且相关人员的经验不足时对外延材料层的特性参数的调整不能够达到工艺的要求，本实用新型实施例不仅能够为技术人员调整外延沉积腔室的工艺参数提供依据，而且还可以自动调整外延沉积腔室的工艺参数。虽然本实用新型己以较佳实施例披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求1.一种外延材料层的特性测试装置，用于对衬底上的外延材料层的特性参数进行测试，其特征在于，包括探针单元，在测试时能够与所述外延材料层的表面形成导电接触，通过所述探针单元向所述外延材料层提供电信号，所述电信号能够使得所述外延材料层发出光信号；光信号分析单元，用于获得所述光信号，对所述光信号进行分析，获得所述外延材料层的特性参数。
2.如权利要求1所述的外延材料层的特性测试装置，其特征在于，还包括基座，所述基座上放置至少一片所述衬底；所述外延材料层包括至少一个N型导电层和一个P型导电层，以及位于所述两层导电层之间的发光层，所述发光层的材质为氮化镓、铟镓氮、铟铝镓氮、镓铝砷、铟镓砷、铟镓磷、 铟镓铝磷中的一种或者其中的组合；测试时，所述探针单元位于所述基座上方，且所述探针单元与位于发光层上方的N型导电层或P型导电层的表面形成导电接触，通过探针单元向所述外延材料层层提供电信号，所述N型导电层和P型导电层形成的PN结以及发光层在所述电信号的控制下发出光信号。
3.如权利要求2所述的外延材料层的特性测试装置，其特征在于，所述探针单元包括 电信号提供单元，用于提供电信号，所述电信号为直流电信号；导电探针对，与所述电信号提供单元电连接，所述导电探针对包括间隔设置的第一探针和第二探针，所述第一探针和第二探针具有探针头，测试时，所述探针头与所述N型导电层或P型导电层的表面形成导电接触。
4.如权利要求3所述的外延材料层的特性测试装置，其特征在于，还包括外延沉积腔室，用于对衬底进行外延沉积工艺，所述外延沉积腔室具有真空传输腔室和/或装载卸载装置，所述装载卸载装置通过真空传输腔室与所述外延沉积腔室相连通，或者所述装载卸载装置直接与所述外延沉积腔室相连通；所述装载卸载装置内设置有衬底存放架，所述衬底存放架用于与外部交换衬底；所述导电探针对设置于所述真空传输腔室或装载卸载装置内；机械传输单元，用于将衬底在所述外延沉积腔室和所述装载卸载装置之间传输或用于将衬底在所述外延沉积腔室、真空传输腔室和装载卸载装置之间传输，所述机械传输单元用于将所述衬底传输至所述导电探针对下方，使得所述导电探针对与位于发光层上方的N 型导电层或P型导电层的表面形成导电接触。
5.如权利要求3所述的外延材料层的特性测试装置，其特征在于，所述基座为可移动基座，所述外延材料层的特性测试装置还包括外延沉积腔室，所述外延沉积腔室具有装载卸载装置和/或真空传输腔室，所述装载卸载装置具有中间腔室；所述探针对设置于所述装载卸载装置的中间腔室的内部或设置于所述真空传输腔室的内部，且所述导电探针对与所述中间腔室或真空传输腔室的相对位置固定；在测试时，所述可移动基座从所述外延沉积腔室移动至所述中间腔室或所述传输腔室，且所述可移动基座将其上方放置的衬底及该衬底上方的外延材料层的表面移动至该外延材料层的表面与导电探针对的探针头形成导电接触的位置。
6.如权利要求3所述的外延材料层的特性测试装置，其特征在于，还包括外延沉积腔室，所述外延沉积腔室具有装载卸载装置和/或真空传输腔室，所述装载卸载装置具有中间腔室；所述探针单元还包括探针夹持单元，设置于所述中间腔室的内部或所述真空传输腔室的内部，所述探针夹持单元能够加持所述导电探针对进行移动，使得所述导电探针对移动至所述外延材料层的表面，所述基座为可移动基座，在所述基座移动过程中，所述衬底与所述基座保持相对静止；在测试时，所述可移动基座从所述外延沉积腔室移动至所述中间腔室或所述传输腔室，所述探针夹持单元将所述导电探针对的探针头移动至所述外延材料层的表面，使得所述探针头与所述外延材料层的表面形成导电接触。
7.如权利要求4 6中任一权利要求所述的外延材料层的特性测试装置，其特征在于， 还包括数据分析单元，用于基于所述光信号分析单元获得所述外延材料层的特性参数对所述外延沉积腔室的工艺参数进行优化调整。
8.如权利要求3所述的外延材料层的特性测试装置，其特征在于，还包括控制单元， 用于控制所述电信号控制单元，调节所述电信号控制单元提供的电信号，控制所述探针头的运动以及所述基座的运动。
9.如权利要求3所述的外延材料层测试装置，其特征在于，所述直流电信号的电压值范围为3 150伏特，电流值范围为10 300毫安。
10.如权利要求3所述的外延材料层的特性测试装置，其特征在于，所述第一探针和第二探针的探针头的间距固定，所述间距为5 25毫米。
11.如权利要求3所述的外延材料层的特性测试装置，其特征在于，所述探针头与所述 N型导电层或P型导电层的导电接触为点接触或面接触。
12.如权利要求3所述的外延材料层的特性测试装置，其特征在于，所述探针头与所述外延材料层表面接触的压强为9800 四4000帕斯卡。
13.如权利要求3所述的外延材料层的特性测试装置，其特征在于，所述探针头的材质为抗氧耐热的材质。
14.如权利要求1所述的外延材料层的特性测试装置，其特征在于，所述探针单元测试所述外延材料层表面多个区域的特性参数。
15.如权利要求1所述的外延材料层的特性测试装置，其特征在于，所述衬底的材质为蓝宝石、ZnO、SiC、Si、GaAs中的一种或者其中的组合。
专利摘要本实用新型实施例提供一种外延材料层的特性测试装置，包括探针单元，在测试时能够与所述外延材料层的表面形成导电接触，通过所述探针单元向所述外延材料层提供电信号，所述电信号能够使得所述外延材料层发出光信号；光信号分析单元，用于获得所述光信号，对所述光信号进行分析，获得所述外延材料层的特性参数。本实用新型节约了衬底上的外延材料层的测试时间，提高了外延材料层的测试精度，从而提高了MOCVD设备的生产效率，也提高了外延材料层的发光强度、均匀度和良率等工艺参数。
文档编号G01N21/66GK202126404SQ20112024100
公开日2012年1月25日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者梁秉文 申请人:光达光电设备科技(嘉兴)有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
