CN111684104A - 用于获得关于以cvd法沉积的层的信息的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于获得关于由多个依次进行的步骤构成的过程的信息的方法，该过程用于在反应器(14)的过程腔(15)中的衬底(18)上沉积至少一个层、尤其半导体层，其中，以时间序列将用于致动器(2、4、6、9、11、23)的调节数据(SD)、传感器(3、4、24、25)的测量值(MW)作为原始数据(RD)和其时间基准一起存储在日志文件(40)中。通过使用原始数据(RD)应该获得关于沉积的层的品质的认识。为此，借助计算装置通过原始数据(RD)的关系建立(41)从原始数据(RD)获得过程参数(PP)，通过分析(42)过程参数(PP)的时间变化曲线识别过程步骤(P1至Pn)的开始和结束以及过程步骤的类型；针对过程步骤(P1至Pn)的至少一些，从测量值(MW)形成对应于过程步骤的相应类型的、特征性的过程步骤参量(PG)；并且将因此获得的过程步骤参量(PG)与存储在过程数据存储器(44)中的、配属于至少类似的过程步骤的比较参量(VG)进行比较(45)。

Description

用于获得关于以CVD法沉积的层的信息的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于获得关于由多个依次进行的步骤构成的过程的信息的方法，该过程用于在反应器的过程腔中的衬底上沉积至少一个层、尤其半导体层，其中，使用至少包含用于致动器的调节数据的时间序列的原始数据。
本发明此外还涉及一种设备，其设定用于利用电子控制装置、尤其利用控制计算机实施根据本发明的方法。
背景技术
在机械制造中已知，在与过程相关的或与机器结构相关的部位上给机器装备传感器，利用传感器确定测量值、例如温度测量值或振动测量值。测量值被存储，并且由计算装置评估。在此，这些测量值在数学上建立关系。这通过将测量值添加到数学公式中来进行，数学公式以数字方式反映了机器的功能和设计结构。在文献中，对机器的功能原理的这种监视是指存储在计算设备中的“数字双胞胎(或者说数字孪生)”。
US 2015/0039117 A1公开了一种半导体制造装置，其中，利用多个传感器收集测量值。测量值在电子计算单元中被处理，其中，从多个测量值形成子群。
US 2008/0275586 A1描述了一种用于制造被涂层的晶片的方法，其中，数据被评估，从而可以对涂层过程的结果做出预测。
US 2009/0276077 A1描述了用于获得关于CVD过程的信息的方法，其中，借助数字模型来处理测量数据。
发明内容
本发明涉及一种用于确定关于由多个依次进行的步骤构成的用于尤其沉积半导体层的过程的信息的方法，其中，半导体层尤其是一种层序列的层。本发明此外还涉及一种用于实施该方法的设备。设备具有布置在反应器壳体内的过程腔，反应器壳体气密性地相对于环境被屏蔽。在反应器壳体内存在基座，基座可以借助加热装置被加热到过程温度。利用基座将至少一个衬底加热到过程温度。一个或多个衬底可以位于基座的指向过程腔的宽侧面上。基座的宽侧面与过程腔的盖对置。过程腔盖可以被加热或冷却。设置了传感器，以便确定多个测量值，尤其以便测量过程腔盖的温度，并且以便确定基座的表面的温度以及过程腔内的压力。此外可以设置光学测量装置、例如IR或UV高温计，以便确定衬底的表面的特性或沉积在衬底表面上的层的特性。从光学传感器的测量值可以确定衬底表面的温度或当前的层厚，并且因此确定生长速率。此外设置了传感器，以便在气体混合系统中确定压力值或质量流量值。另外的传感器确定调温槽或冷却水回路的温度。设置了进气器件，一个或多个过程气体通过进气器件馈入过程腔中。气体混合系统具有多个致动器和传感器。利用致动器可以调节气体流量，其中，借助阀在气体混合系统中混合过程气体，并且过程气体在通入进气器件中的运行线路与直接通入排气装置中的排气线路(Vent-Leitung)之间来回切换。致动器可以是质量流量控制器，利用质量流量控制器可以调节质量流量。致动器此外也可以是加热装置或冷却装置的温度调节器，以便将液态或固态的源保持到源温度。液态的或固态的源是金属有机原料的源、例如三甲基镓或三甲基铟或三甲基铝，其被调温至源温度。固态的或液态的金属有机原料储备在源容器、例如鼓泡器(Bubbler)内，运载气体流过源容器。由促动器、例如阀或质量流量调节器调节运载气体的质量流量。此外设置压力传感器或压力调节元件，利用压力传感器或压力调节元件可以测量或调节金属有机源内的压力。此外，根据本发明的设备具有气态的源、例如混合源。借助致动器和/或传感器可以调节混合物(其可以是NH3、AsH3、PH3或SiH4)到排气线路或运行线路中的质量流量。此外，在气体混合系统中设置了另外的致动器，以便稀释和/或转移流量。致动器可以是质量流量调节器(MFC)、压力调节器和多路阀。气体混合系统此外具有多个传感器，利用传感器一方面可以确定与过程相关的测量值。但也可以设置提供与相应的过程步骤不相关的测量值的传感器。尤其设置了利用其测量温度、压力或质量流量的传感器。利用总压力传感器可以确定过程腔内的总压力。根据预设的、存储在配方文件中的配方实施过程，并且该过程通常由多个在时间上依次连续的配方步骤构成，其中，这些步骤至少可以是冲洗步骤、加热步骤、回火步骤、冷却步骤和/或生长步骤。在冲洗步骤中，利用惰性气体冲洗过程腔。没有原料、即尤其没有III前体(尤其气态的具有V主族元素的化合物)、IV前体(尤其气态的具有IV主族元素的化合物)或V前体(尤其气态的具有V主族元素的化合物)馈入过程腔中。在加热步骤中，过程腔可以被加热到额定温度。在加热步骤中，IV前体或V前体可以被馈入过程腔中。设置了回火步骤，在回火步骤中，衬底被回火至回火温度，并且尤其在一定的时间内保持在该温度上。在回火步骤中，可以仅将惰性气体，或也附加地将其中一个前体馈入过程腔中。在生长步骤中，原料(前体)被馈入过程腔中，从而在衬底的表面上或在先前已经沉积的层的表面上沉积一层。前体可以在不同的生长温度和不同的过程腔压力中被馈入过程腔中。配方通常利用适当的编程语言来编写，所述编程语言作为高级语言是机器可读的。可以规定，配方以机器指令编译。配方或由此编译的数据可以形成原始数据池。根据本发明的设备可以具有通信计算机，通过通信计算机，经由接口如按键、屏幕或数据传递装置可以输入配方。配方存储在数据存储器中，数据存储器可以配属于通信计算机。配方的数据通过形成通信接口的通信计算机传递至控制计算机，控制计算机控制涂层设施的致动器，即预设额定值。控制计算机同样能够接收来自致动器或传感器的实际值。控制计算机对过程进行实时控制。控制计算机可以将来自致动器或传感器的实际值进一步传导至通信计算机。根据本发明的设备具有例如配属于通信计算机的日志文件，利用该日志文件在过程期间以定义的时间间隔、例如以一秒的间隔存储至少一些、优选所有传感器的数据(作为测量值)以及时间戳。此外，致动器的至少一些、优选所有调节值(作为调节数据)也存储在日志文件中。测量值和调节值因此同样可以形成原始数据池。利用根据本发明的方法或根据本发明的设备，从来自配方数据和/或日志文件的原始数据形成一个精简表格、其例如具有仅相关的参数和步骤的平均值。因此产生压缩的数据，所述数据使用户更容易解释尤其用于沉积一个或多个半导体层的过程及其后续步骤。时间瞬变的为此所需的确定可以要么从配方(尤其是已编译的配方)要么从日志文件确定。原始数据可以不仅包含用于致动器的调节数据。原始数据此外也可以包含传感器的测量值。所述测量值从日志文件提取。压缩的数据例如可以从通信计算机通过评估配方、从控制计算机通过评估配方和/或实际值或通过评估日志文件获得。为了对层系统进行沉积用以制造发光二极管或HEMT，依次实施多个生长步骤，在生长步骤中分别相叠地沉积薄的III-V层。属于个体化半导体结构元件制造的每个过程均由定义的数量的步骤构成，其中，在一个步骤中，不必将所有、但将至少一些特征性的调节数据在一定的时间、尤其生长时间或回火时间内保持在固定的值上。特征性额定值例如可以是必须由用于加热过程腔盖或加热基座的加热装置实现的额定温度。但特征性额定值也可以在一个步骤期间发生改变；例如当设置多个冗余的源时，可以在一个步骤期间从一个源切换为冗余的第二源。根据本发明的设备此外也可以具有固态的或液态的源。这种源例如具有源容器，固态或液态的原料储备在源容器中。运载气体被引导穿过该容器。这通过沉入固态或液态的原料中的沉浸管进行。固态的原料通常是粉末。运载气体以鼓泡器(清洗瓶)的方式流过固态或液态的原料。借助热力学的关系，可以通过了解源容器中的温度来确定液态或固态的原料的蒸气压力。借助蒸气压力可以确定源的运输功率，其中除了源温度以外还考虑到源的气压以及流过源的运载气体的质量流量。可以在使用相关的物理定律的情况下计算出源的运输功率、即来自源的原料的质量流量。调节数据是配方的内容。
利用根据本发明的方法，可以在正运行着的过程中或在实施到最后的过程之后首先确定步骤的顺序及其类型。这不是在使用配方指令来采集统计数据的情况下，而是仅通过使用原始数据、尤其仅使用调节数据来进行。但为此备选地，也可以通过一种模拟或编译从配方获得步骤。这优选总是自动化地进行，从而不需要由工艺工程师来定义用于数据采集的特定的过程步骤。但也规定了，使用日志数据，并且尤其使用测量值来确定过程步骤。为此，首先从原始数据并且尤其从调节数据获得过程参数。过程参数是从原始数据、尤其调节数据计算出的参数。为此，原始数据借助计算装置相互建立关系。在根据本发明的设备中可以设置原料的多个冗余的源。原料可以选择性地从多个类似的原料源中的一个原料源馈入过程腔中。通过质量流量调节器和多个阀的位置确定原料从其源到过程腔的质量流量。为了表征过程步骤不需要详细了解打开哪个阀和/或调节哪个流量。相反地，调节相关的阀或质量流量控制器的结果、即一个或多个原料的流入过程腔内的质量流量是重要的。另外的与表征过程步骤相关的值可以是过程腔内的温度和/或过程腔内的压力。所述值是表征过程步骤的。借助数学关系处理调节数据，从而从调节数据例如确定混合物或金属有机化合物到过程腔中的质量流量。过程参数因此例如是同时馈入过程腔中的前体的质量流量值。过程参数此外也是用于基座、过程腔盖和衬底表面的温度调节值。在另外的步骤中分析过程参数，以用于确定过程步骤。在与在制定配方时类似的计算中，从液态或固态的源的温度、从流过源的运载气体的质量流量并且从源中的气压、在使用热力学的关系的情况下以及从配属于源的阀的位置确定金属有机前体的质量流量。在此，质量流来自哪个物理源是不重要的。重要的是基于调节数据产生的进入过程腔内的质量流量。另外的过程参数可以是过程腔中的温度额定值和压力额定值。随后，借助从原始数据获得的过程参数确定过程步骤的开始和结束。为此观察过程参数的时间变化曲线。例如可以以如下方式定义过程步骤，即过程参数在一定的时间内不改变。当过程参数的变化曲线在限制时间、例如5秒以上的时间内不改变，那么计算装置将这一点识别为单独的过程步骤。过程步骤的持续时间和其类型被存储，所述类型例如通过相应的流入过程腔内的前体或压力或温度被确定，其中通过过程参数的个体化的组合定义所述类型。相同类型的过程步骤因此包含一致或至少类似的过程参数。如果所述类型通过多个不同的过程参数定义，那么当过程参数位于由各个过程参数展开的多维坐标系的受限的超空间时，两个过程步骤的类型可以被视为一致的。在该过程期间，除了调节数据以外还处理测量值。优选在每个过程步骤中处理测量值。但也可以仅在个别过程步骤中进行处理。在处理测量值时确定特征性的过程步骤参量。过程步骤参量例如可以是过程腔内的实际温度、过程腔内的实际压力、基座的实际表面温度、衬底的实际表面温度、衬底的光学特性或层的生长速率，以及沉积设施对过程参数如调节阀位置、加热或冷却功率等的其他的以传感器测得的响应。描述设备的机组、尤其外围机组的状态的每个物理参量原则上均被视为过程步骤参量。与在处理调节值中(在那里例如从调节值的子群确定过程参数)类似地，可以在处理测量值时将测量值的子群用作过程参量。在处理测量值时，启动效应可以在过程步骤开始时被隐藏。这以如下方式进行，即只有当瞬态振荡过程结束时，即测量值稳定时，才开始使用测量值来获得过程步骤参量。随后在预设的特别的过程步骤个体化的时间内确定测量值。从多个按时间顺序获得的测量值可以形成平均值和与平均值的平均偏差。所述过程步骤参量和/或另外的过程步骤参量被存储。如果第一次实施具有个体化的过程步骤顺序的过程，那么在该过程后分析沉积的层或层序列的品质。如果层或层序列的品质与预设相对应，那么将过程参数和从中分析的过程步骤以及特定于过程步骤的过程参量存储在过程数据存储器中。借助数学/物理模型计算过程参数，其中，模型以数字方式反映了气体混合系统或反应器的设计结构。模型包含调节数据的物理关系，以便使特定于设备的特征性调节值相互关联。过程数据存储器因此包含过程数据的池，所述过程数据属于已沉积满足品质规定的层或层序列的过程。从多个类似的过程的过程步骤参量形成比较参量。比较参量因此是尤其包含平均值和分散值(Streuwert)的历史过程步骤参量。如果在该最初数据收集之后，为了建立历史过程步骤参量、即比较参量而实施已经存储在过程数据存储器中的过程，并且如果该过程以上述方式通过识别其过程步骤被找到，那么在当前的过程中获得的单个过程步骤的过程参量可以与来自过程数据存储器的历史比较参量进行比较。如果过程数据处于通过在平均值附近的分散范围定义的值范围内，则该过程步骤被视为品质正常。尤其规定，仅当该过程的所有过程步骤的过程步骤参量都与历史比较参量一致，使得所述过程步骤参量处于通过分散范围预设的范围内时，才将过程总体上视为正常。尤其有利的是，在确定过程参数时仅使用调节数据，其中，过程参数尤其仅从如下致动器的调节数据获得，所述致动器可以在过程步骤期间通过改变致动器的调节值来影响特征性测量值。尤其规定，仅从如下致动器的调节数据获得过程数据，所述致动器的调节值影响过程腔中的温度、从包含液体或固体的源利用运载气体传输至过程腔中的金属有机原料的质量流量、尤其利用运载气体传输至过程腔中的混合物的质量流量和/或过程腔中的总压力。调节数据尤其是二位二通阀、二位五通阀、二位四通阀的阀位置以及压力或加热调节器的额定值。但用于形成过程参量的测量值也可以涉及设备的外围机组的冷却水流量的参数。用于形成过程参量的测量值可以是冷却回路的特征性测量值。利用根据本发明的方法能够实现，在不知道配方及其步骤的情况下，根据其技术上相同或技术上类似的过程来识别过程，其方法是通过原始数据的关系建立来从原始数据、尤其是调节数据获得过程参数。这优选借助数学模型、例如设备、尤其气体混合系统和反应器的数字图像进行。数学模型尤其包含致动器之间的物理关系。在数据处理时确定的过程步骤不必与存储在配方中的步骤相同。在处理原始数据用以确定过程参数时，进行第一数据压缩。从数百兆字节的、在个别情况下还包括千兆字节大的日志文件中提取出几千字节大的数据量，所述数据量通过过程参数表示。借助包含对过程参数的时间变化曲线的观察的数据分析，识别所述过程步骤的开始和结束。由于调节数据此外还可辨认出哪个前体或前体的哪种组合流入过程腔，因此通过分析处理参数的时间变化曲线不仅可以确定每个处理步骤的开始和结束。此外也可以确定过程步骤的类型(第一III-V层的生长步骤、第二III-V层的生长步骤、回火层等)，或甚至根据单独的过程参数组合明确地识别过程步骤。过程参数组合可以包含压力值。压力值在此可以是过程腔内的总压力。但压力值也可以是外围机组中的压力。过程参数组合的过程参数也可以是至少一个确定温度的参数。例如，不仅通过承载衬底的基座的温度确定衬底的温度。而且还通过反应器盖、可将衬底载体置于旋转中的冲洗流的温度和冲洗流的类型来影响衬底的温度。氢气具有与氮气不同的热传输特性。为了确定过程步骤，尤其选择向过程步骤提供定义明确的指纹的过程参数。可以直接在过程结束之后实施确定。但也可以在过程期间已经实施了数据分析。通过处理测量值进行数据的第二压缩。测量值受到随时间的波动，因为测量值是由传感器记录的实际值。测量值例如是温度测量值。温度测量值可以不仅是过程腔内的区域的上述的温度测量值。温度测量值也可以是在其中调温金属有机源的源容器的槽的温度。此外，温度测量值也可以是冷却水温度。从测量值确定特定于过程步骤的或非常常见的过程步骤参量。在确定过程步骤参量时，针对每个传感器值优选存储每个测量步骤的仅一个数据。但也可以存储两个数据、例如平均值和分散值。但仅存储平均值也可以是足够的。平均值形成优选没有在过程步骤的整个长度上被实施，而是如上面实施的那样仅在时间上受限的范围内、即在瞬态振荡过程结束之后直到例如过程步骤结束时被实施。过程步骤参量表征与过程相关的参数的实际值。通过比较过程步骤参量、例如沉积的层的实际温度或实际压力或实际生长速率与历史数据，可以在过程结束之后输出包含对层品质的期待的说明。如果过程步骤参量处于历史比较参量的范围内，那么这指出了沉积的层或层序列是无缺陷的，从而其在随后的制造过程中可以被进一步处理，其方法是从被涂层的晶片制成半导体结构元件。但如果过程步骤参量在至少一个过程步骤中与历史过程的相同的过程步骤的比较参量有明显偏差，那么这可以表明沉积的层或层序列的品质不足以用于特定的应用情况。因此在该过程中制成的、被涂层的晶片可以被归类为次品或次等品。因此可能的是，直接在该过程之后决定，在该过程中制成的哪些晶片进一步被加工或哪些晶片被视为次品。可以在使用配方数据或由此编译的数据时，在实施该过程之前已经实现过程参数的获得和随后的用于识别过程步骤的分析。如果附加地使用传感器的测量值，那么可以在过程期间或在过程之后进行参数的获得或对过程参数的时间变化曲线的分析。同样可以在过程期间或在过程之后已经形成特征性的过程步骤参量。同样可以在过程期间或在过程之后已经实施过程步骤参量与存储在过程数据存储器中的比较参量的比较。如果对沉积的层的品质的评估不应该在MOCVD设施本身中进行，而是应该由外部的生产管理系统进行，那么根据如下过程步骤指示的如下过程步骤参量成为用于外部的数据分析“Big-Data”的理想的起点，所述过程步骤此外能够通过确定的过程参数被定义明确地识别，所述过程步骤参量已经考虑到设施中的物理关系。如果存在对沉积的层的品质的外部评估，那么被压缩的数据组因此可以形成用于在外部确定相关性的基础。此外规定了，利用对过程进行分析，尤其对过程步骤进行识别来触发对通常的原位测量系统的自动的、更复杂的分析。因此例如可能的是，基于被识别的过程步骤来接通或切断测量装置。如果在过程分析时例如确定了特定的过程步骤是对层进行沉积的生长步骤，那么可以自动接通并且在过程步骤结束时又切断层厚测量装置。如果反射率测量装置、例如干涉仪用作层厚测量装置，那么例如可以对干涉测量值的周期进行计数。此外可以规定，向测量装置传送关于要在相应的过程步骤中沉积的层的化学和/或物理特性的信息，从而测量装置在一定程度上自动选择测量范围。
附图说明
随后根据附图阐述本发明的实施例。其中：
图1示意性示出了根据本发明的设备的气体混合系统的实施例；
图2示出了气体选择开关1；
图3示出了混合源5；
图4示出了运行/排气转换开关8；
图5示出了金属有机源10；
图6示意性示出了反应器14；
图7示意性作为框图示出了根据本发明的方法的元件。
具体实施方式
图6示出了一种CVD反应器。该反应器具有气密性的反应器壳体14，反应器壳体可以由未示出的真空泵抽真空。在反应器壳体14中存在可以是红外线或RF加热装置的加热装置22，利用加热装置可以将布置在加热装置上方的例如由石墨构成的基座17加热到过程温度。借助加热装置控制器23对加热装置22进行调节。利用温度传感器24、例如热电偶确定基座17的温度。热电偶24也可以用于调节。设置有压力传感器3，利用压力传感器确定反应器壳体或过程腔中的总压力。利用“蝶形阀”进行压力调节，该阀布置在未示出的抽吸线路中，利用该阀使反应器壳体与真空泵连接。压力调节器产生用于该阀的调节参量。利用压力传感器3确定额定值。一个或多个衬底18位于基座17的上方的宽侧面上，衬底在涂层过程中被涂层有一个或多个层。衬底可以是硅衬底、III-V衬底、蓝宝石衬底或其他的衬底。III-V层序列沉积到衬底上，例如用于发光二极管。
在基座17与过程腔盖15’之间存在过程腔15。例如当进气器件是喷头时，过程腔盖15’可以构造为进气器件。但在实施例中，进气器件具有在基座17上方的中心位置和两个相互分离的输入线路16、16’，输入线路彼此分离地通入过程腔15中。多种不同的过程气体可以通过输入线路16’、16”馈入过程腔15中。
利用附图标记25表示温度传感器。温度传感器25可以是光学温度传感器，例如IR高温计或UV高温计。利用温度传感器25可以测量衬底18的表面温度。此外也可以利用光学传感器25确定衬底18上的层的层厚或生长速率或层的层成分。
馈入进气器件16的输送线路16’、16”中的原料在气体混合系统中混合在一起，如在图1至4中示出的那样。在图1中，元件、即气体选择开关1、运行/排气转换开关8、混合源5和MO源10仅示出为方框。在图2至4中更详细地示出它们。
气体混合系统包含两个气体输入线路19、19’，通过气体输入线路馈入N2或H2。借助多个气体选择开关1可以在氮气与氢气之间进行选择。为此，气体选择开关1具有两个分别由二通阀2构造的致动器。气体选择开关1此外具有质量流量调节器/传感器4，其同样可以具有致动器的功能。此外可以设置压力传感器，其分别提供线路系统的该区段中的压力测量值。质量流量调节器4也可以提供质量流量测量值。设置了多个尤其冗余的混合源5。NH3、AsH3、PH3或SiH4尤其用作混合物。在图3中示出的混合源5具有二位三通阀、多个质量流量调节器4和包含相应的混合物的气罐7。仅象征性地示出气罐7。通常由中间的气体供应装置构造气罐。
图5示出了用于金属有机原料的源。在实施例中设置了两个源容器(鼓泡器)12，其分别包含相同的金属有机原料。但替代两个源容器12地，也可以设置唯一的源容器。源10具有多个质量流量调节器4和二位四通阀11作为促动器。浓度测量装置47可以设置为传感器，利用浓度测量装置可以确定气体流中的金属有机化合物的浓度。可以通过两个质量流量调节器4预设浓度。也可以设置附加的压力调节器4’。利用温度调节器26将源容器12的温度调节为额定温度。图1示出了用于TMGa的两个源和用于TMAI的两个源。
由混合源5或Mo源10提供的原料可以借助图4所示的运行/排气转换开关8要么馈入排气线路21中，其直接通向排气装置并且设置用于使流量稳定。运行线路、确切地说运行线路RUN I和RUN II与输入线路16’、16”连接。运行/排气转换开关8具有二位五通阀。
可以设置另外的机组、例如以附图标记13表示的蚀刻气体源。
在一个配方中设置了调节值、例如阀位置或用于温度或压力的额定值预设。借助该配方实施一个过程，在该过程中，一个或多个层沉积在一个或多个布置在过程腔15中的衬底上。过程包含多个步骤。步骤在时间上连续实施，并且具有个体化的特性。重要的致动器、即阀或质量流量调节器可以在一定的时间内得到不变的额定值。重要的致动器是如下致动器，其运行位置对过程步骤的品质产生影响。
所有阀位置、温度预设、压力预设、质量流量预设等作为调节值SD存储在作为原始数据RD的日志文件40中。此外，在日志文件40中存储了传感器、即尤其温度传感器、压力传感器或质量流量传感器的所有测量值MW。在持续几个小时的过程中并且在一秒的数据采集周期中，产生非常大的数据量。在第一步骤中，在不知道配方的情况下从该数据量识别出过程步骤P1至Pn。为此，首先从原始数据RD和尤其从用于致动器2、4、6、9、11、23的调节数据SD获得过程参数PP。过程参数PP是借助计算装置从原始数据RD获得的数据，所述数据做出了特定于过程步骤的说明。为此，原始数据RD、尤其仅调节数据SD在数学上相互关联，其中，利用数学关联实施过程参数计算41。在图7右边说明了，例如可以从调节数据SD1和SD2的数学关联获得过程参数PP1。可以从调节数据SD2和SD4的关联中获得第二过程参数PP2。可以在计算装置中通过程序来设置用于从调节数据SD确定过程参数PP的数学关联。因此涉及调节数据SD的预设的数学关联，借助数学关联确定过程参数PP。数学关联在此反映了调节数据SD的物理关系，过程参数PP2例如可以是金属有机原料的质量流量，其中，调节值SD6是源容器12的温度。因此，利用数学关联可以从温度额定值和运载气体通过源容器12的质量流量(调节值SD5)计算出来自源10的质量流量。
借助调节数据SD相互的在过程参数计算41(图7)中进行的关系建立，例如可以在考虑到多个混合源5或多个MO源10的冗余的布置的情况下，仅从阀调节和源容器12中的压力、温度确定金属有机化合物或混合物通过运行线路20、20’或通过排气线路21的质量流量。在该计算中考虑到源温度和运载气体通过MO源10的源容器12的质量流量之间的物理关系，以便确定构成过程参数的MO前体的质量流量。
在确定41尤其存储在过程数据存储器44中的过程参数PP时，进行原始数据RD的第一数据压缩。
在随后的步骤中，在过程步骤确定42时识别多个连续的过程步骤P1至Pn的每个。在过程步骤确定42时识别的过程步骤P1至Pn不必与配方的步骤一致。过程步骤限制在此可以完全不同。过程步骤限制基本上依赖于对调节数据SD的数学关联的选择。由此，如关于图7右边的过程步骤确定42所示的那样，观察过程参数PP1至PP3的时间变化曲线。过程参数PP1至PP3在预设的时间、例如至少5秒内不改变的区域被识别为过程步骤Pi。以该方式，整个过程可以被拆分为多个过程步骤，其中，所述多个过程步骤可以与在配方中说明的步骤不同。然而可以在具有相同的配方的过程中可重复地识别过程步骤P1至Pn。
随后，借助测量值MW进行测量值评估43，其中，鉴于平均值和平均值的分散值(Streuung)分析测量值MW和尤其与相应的过程步骤相关的测量值。为此考虑到瞬态振荡过程。例如，仅在相应的过程步骤Pi开始后的定义的时间后采集测量值MW以形成过程步骤参量PG。从该时间点到例如过程步骤结束时，从一个测量值或借助适当的、考虑设施情况的数学关联从多个测量值MW形成平均值，平均值作为过程步骤参量PG使用在另外的方法中，并且也可以存储在过程数据存储器44中。也规定，除了纯的平均值形成以外，还可以针对被识别的生长步骤实施或触发对外部原位测量系统的更复杂的分析。其结果用作过程步骤参量、例如由反射率信号的周期性的分析导出的生长速率。一个或多个干涉仪可以用于层厚测量，干涉仪提供在时间上周期性地改变的测量值。从周期性可以确定层厚或生长速率。根据本发明建议，借助按照根据本发明的方法获得的信息触发、即接通或切断测量装置。如果例如确定可以配属于对层进行沉积的过程步骤的过程参数PP，那么可以在过程步骤开始时接通并且在过程步骤结束时又切断测量装置。层厚测量装置、例如干涉仪需要关于在过程步骤中要沉积的层的光学特性的说明，用以量化生长速率或层厚。可以从过程参数PP确定这些特性。
如果第一次实施过程，那么将过程步骤P1至Pn和在其中获得的过程步骤变量PG作为比较变量VG存储在过程数据存储器44中。但仅当在一个沉积的层或多个沉积的层上的品质分析具有层满足品质要求的结果时，才进行这一点。如果层不满足在其上设定的品质要求，那么丢弃计算出的值。以该方式，在开始时利用多个相同的过程产生历史数据池，其针对每个过程步骤P1至Pn具有一个或多个比较参量VG，其中，每个比较参量VG对应于过程步骤参量PG、例如温度或总压力，其中可以预期过程步骤成功进行。
根据本发明，借助历史数据池可以预测，随后利用该过程处理的层序列是否满足品质要求。为此，在数据比较45中，当前的过程的过程步骤P1至Pn的过程参量PG与过程数据存储器44中的比较参量VG比较。如果所有过程参量PG在由比较参量VG的平均值和分散范围定义的有效范围内，那么沉积在衬底上的层或层序列被视为是正常的。数据比较45导致响应信号A的输出，其说明了是否有希望可以进一步观察到层或层序列。在被评估为不正常的层序列的情况下，涉及哪个子层和哪个测量值的第一线索可以使故障查找变得异常容易。
用附图标记46表示数据更新。除了已经存储的历史数据以外，还可以在过程数据存储器44中存储提供足够品质的层的过程的过程参量PG，以便因此更新那里的数据库。由此可以拦截长期的漂移效果。
之前的实施方案用于阐述整个申请所涵盖的发明，所述发明至少通过随后的特征组合分别也独立地扩展现有技术，其中，两个、更多个或所有特征组合也可以被组合，即
一种方法，其特征在于，借助计算装置通过原始数据RD的关系建立41从原始数据RD获得过程参数PP，通过分析42过程参数PP的时间变化曲线识别过程步骤P1至Pn的开始和结束。
一种方法，其特征在于，从过程参数PP确定找到的步骤的类型，或识别所述步骤。
一种方法，其特征在于，针对过程步骤P1至Pn的至少一些，从传感器3、4、4’、24、25、47的测量值MW形成对应于过程步骤的相应类型的、特征性的过程步骤参量PG。
一种方法，其特征在于，针对被识别的过程步骤触发对通常的原位测量系统的自动的更复杂的分析、尤其反射率测量，并且利用分析结果形成对应的过程步骤参量、例如生长速率。
一种方法，其特征在于，将因此获得的过程步骤参量PG与存储在过程数据存储器44中的、配属于至少类似的过程步骤的比较参量VG进行比较45。
一种方法，其特征在于，从日志文件40提取原始数据RD，在日志文件中存储调节数据SD和传感器3、4、4’、24、25、47的测量值MW的时间序列，和/或从设施过程流程控制器提取原始数据RD，和/或从配方数据提取原始数据RD。
一种方法，其特征在于，从在一个或多个之前实施的过程中已确定的测量值MW形成比较参量VG。
一种方法，其特征在于，仅当过程的所有过程步骤P1至Pn至少在顺序和/或类型和/或时间段中与之前实施的过程的过程步骤P1至Pn在预设的限制内一致时，过程步骤参量PG才与比较参量VG比较。
一种方法，其特征在于，比较参量VG分别包含关于多个之前的过程的测量值MW在时间上被平均的平均值和分散范围的值，其中，如果过程步骤参量PG在比较参量VG的平均值附近的分散范围内，那么过程参量PG被视为在预设的限制内与比较参量VG一致，并且如果过程步骤参量PG在分散范围外，那么过程参量PG被视为在预设的限制内与比较参量不一致。
一种方法，其特征在于，在确定过程步骤参量PG或比较参量VG时，启动效应被隐藏和/或从测量值形成平均值和/或形成与平均值的平均偏差。
一种方法，其特征在于，在获得过程参数PP时仅使用调节数据SD，其中，尤其仅从在过程步骤Pi期间通过改变致动器的调节值影响测量值MW的致动器2、4、6、9、11、23的调节数据SD获得过程参数PP。
一种方法，其特征在于，从仅如下致动器2、4、6、9、11、23的调节数据SD获得过程参数PP，所述致动器的调节值影响过程腔15中的温度、从包含液体或固体的源12利用运载气体传输至过程腔15中的金属有机原料的质量流量、尤其利用运载气体传输至过程腔15中的混合物的质量流量和/或过程腔15中的总压力。
一种方法，其特征在于，调节数据SD是用于调节阀6、9的调节值，和/或用于质量流量调节器4、压力调节器4’、尤其用于源压力和/或用于调节过程腔压力和/或温度调节器23的额定值预设。
一种方法，其特征在于，测量值MW是温度传感器24、25的温度测量值、压力传感器或光学传感器的压力测量值，其中尤其规定，测量值MW是衬底18的表面温度、基座17的表面温度、衬底18的光学特性和/或沉积在衬底18上的层的层厚。
一种方法，其特征在于，过程参数PP是通过选择的阀6、9、质量流量调节器4、压力调节器4’和必要时温度调节器26的调节值SD计算出的气态原料向过程腔15中的质量流量。
一种方法，其特征在于，从固态或液态的源10的温度调节器26的温度调节值、从流过源容器12的运载气体的质量流量并且在使用源容器的热力学关联的情况下从源容器12中的气压以及从配属于源10的阀的位置计算出过程参数PP。
一种设备，其特征在于，计算装置被编程和设定为，从原始数据RD获得过程参数PP，通过分析42过程参数PP的时间变化曲线识别过程步骤P1至Pn的开始和结束和/或过程步骤的类型。
一种设备，其特征在于，针对过程步骤P1至Pn的至少一些，从测量值MW形成对应于过程步骤的相应类型的、特征性的过程步骤参量PG，并且将因此获得的过程步骤参量PG与存储在过程数据存储器44中的、配属于至少类似的过程步骤的比较参量VG进行比较45。
一种设备，其特征在于，计算装置根据权利要求2至16的其中一个特征部分被编程。
所有公开的特征(单独、但也相互组合地)是对于本发明来说重要的。对此，还将相关的/附属的优先权文件的公开内容(在先申请的副本)也完全包括在本申请的公开内容中，这也为了将这些文件的特征包括在本申请的权利要求中。从属权利要求即使在没有被引用的权利要求的特征的情况下也利用其特征表征对现有技术的独立的创造性扩展，尤其以便基于这些权利要求进行分案申请。在每个权利要求中说明的本发明可以附加地具有一个或多个在上述的描述中尤其设有附图标记的和/或在附图标记清单中说明的特征。本发明还涉及其中没有实现在前述的描述中提到的各个特征的设计形式，尤其只要它们对于相应的使用目的明显是不必要的或者可以由其他的在技术上相同作用的装置代替。
附图标记清单
1 气体选择开关
2 二通阀、致动器
3 压力传感器
4 质量流量调节器、传感器、致动器
4’ 压力调节器
5 混合源
6 阀、致动器
7 气罐
8 运行/排气转换开关
9 阀、致动器
10 Mo源
11 致动器
12 鼓泡器
13 蚀刻气体源
14 反应器
15 过程腔
15’ 过程腔盖
16 进气器件
16’ 输入线路
16” 输入线路
17 基座
18 衬底
19 气体输入线路
19’ 气体输入线路
20 气体输入线路
21 气体输入线路
22 加热装置
23 加热装置控制器、致动器
24 传感器
25 温度传感器
26 温度调节器
40 日志文件
41 过程参数计算
42 分析
43 测量值评估
44 过程数据存储器
45 数据比较
46 数据更新
47 气体浓度测量装置
MW 测量值
PG 过程步骤参量
PP 过程参数
PP1 过程参数
PP2 过程参数
PP3 过程参数
PP4 过程参数
P1 过程步骤
P2 过程步骤
P3 过程步骤
P4 过程步骤
P5 过程步骤
P6 过程步骤
P7 过程步骤
Pi 过程步骤
Pn 过程步骤
RD 原始数据
SD 调节数据
VG 比较参量

Claims (19)

1.一种用于获得关于由多个依次进行的步骤构成的过程的信息的方法，所述过程用于在反应器(14)的过程腔(15)中的衬底(18)上沉积至少一个层、尤其半导体层，其中，使用至少包含用于致动器(2、4、6、9、11、23)的调节数据(SD)的时间序列的原始数据(RD)，其特征在于，借助计算装置通过原始数据(RD)的关系建立(41)从原始数据(RD)获得过程参数(PP)，通过分析(42)过程参数(PP)的时间变化曲线识别过程步骤(P1至Pn)的开始和结束。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，从过程参数(PP)确定所找到的步骤的类型，或对所述步骤进行识别。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，针对过程步骤(P1至Pn)的至少一些，由传感器(3、4、4’、24、25、47)的测量值(MW)形成对应于所述过程步骤的相应类型的、特征性的过程步骤参量(PG)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，针对被识别的过程步骤触发对通常的原位测量系统的自动的更复杂的分析、尤其反射率测量，并且利用分析结果形成对应的过程步骤参量、例如生长速率，和/或在使用过程参数(PP)、被识别的过程步骤(P1至Pn)和/或所找到的步骤的类型的情况下接通或切断传感器或对传感器产生影响。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，将因此获得的过程步骤参量(PG)与存储在过程数据存储器(44)中的、配属于至少类似的过程步骤的比较参量(VG)进行比较(45)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，从日志文件(40)提取原始数据(RD)，在所述日志文件中存储调节数据(SD)和传感器(3、4、4’、24、25、47)的测量值(MW)的时间序列，和/或从设施过程流程控制器提取原始数据(RD)，和/或从配方数据提取原始数据(RD)。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，由在一个或多个之前实施的过程中已确定的测量值(MW)形成比较参量(VG)。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，仅当所述过程的所有过程步骤(P1至Pn)至少在顺序和/或类型和/或时间段中与之前实施的过程的过程步骤(P1至Pn)在预设的限制内一致时，所述过程步骤参量(PG)才与比较参量(VG)比较。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述比较参量(VG)分别包含关于多个之前的过程的测量值(MW)在时间上被平均的平均值和分散范围的值，其中，如果所述过程步骤参量(PG)在比较参量(VG)的平均值附近的分散范围内，那么所述过程参量(PG)被视为在预设的限制内与比较参量(VG)一致，并且如果所述过程步骤参量(PG)在分散范围外，那么所述过程参量(PG)被视为在预设的限制内与比较参量不一致。
10.根据权利要求3至9中任一项所述的方法，其特征在于，在确定过程步骤参量(PG)或比较参量(VG)时，启动效应被隐藏和/或由测量值形成平均值和/或形成与平均值的平均偏差。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在获得过程参数(PP)时仅使用调节数据(SD)，其中，尤其仅从在过程步骤(Pi)期间通过改变致动器的调节值影响测量值(MW)的致动器(2、4、6、9、11、23)的调节数据(SD)获得过程参数(PP)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，从仅如下致动器(2、4、6、9、11、23)的调节数据(SD)获得过程参数(PP)，所述致动器的调节值影响过程腔(15)中的温度、从包含液体或固体的源(12)利用运载气体传输至过程腔(15)中的金属有机原料的质量流量、尤其利用运载气体传输至过程腔(15)中的混合物的质量流量和/或过程腔(15)中的总压力。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述调节数据(SD)是用于调节阀(6、9)的调节值，和/或用于质量流量调节器(4)、压力调节器(4’)、尤其用于源压力和/或用于调节过程腔压力和/或温度调节器(23)的额定值预设。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述测量值(MW)是温度传感器(24、25)的温度测量值、压力传感器(3)或光学传感器的压力测量值，其中尤其规定，测量值(MW)是衬底(18)的表面温度、基座(17)的表面温度、衬底(18)的光学特性和/或沉积在衬底(18)上的层的层厚。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述过程参数(PP)是通过选择的阀(6、9)、质量流量调节器(4)、压力调节器(4’)和必要时温度调节器(26)的调节值(SD)计算出的气态原料向过程腔(15)中的质量流量。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，从固态或液态的源(10)的温度调节器(26)的温度调节值、从流过源容器(12)的运载气体的质量流量并且在使用源容器的热力学关联的情况下从源容器(12)中的气压以及从配属于源(10)的阀的位置计算出过程参数(PP)。
17.一种用于实施所述方法的设备，其具有形成过程腔(15)的反应器(14)和多路阀(2、9)、包括质量流量调节器(4)和压力调节器(4’)的气体混合系统，以便将由源(5、10)提供的气态的原料馈入过程腔(15)中；具有可编程的计算装置，所述计算装置具有存储器，在所述存储器中，在配方文件和/或日志文件(40)中，用于致动器(2、4、6、9、11、23)的调节数据(SD)和尤其传感器(3、4、24、25)的测量值(MW)作为原始数据(RD)和其时间基准一起以时间序列存储在日志文件(40)中，其特征在于，所述计算装置被编程和设定为，从原始数据(RD)获得过程参数(PP)，通过分析(42)过程参数(PP)的时间变化曲线识别过程步骤(P1至Pn)的开始和结束和/或过程步骤的类型。
18.根据权利要求17所述的设备，其特征在于，针对过程步骤(P1至Pn)的至少一些，由测量值(MW)形成对应于过程步骤的相应类型的、特征性的过程步骤参量(PG)，并且因此获得的过程步骤参量(PG)与存储在过程数据存储器(44)中的、配属于至少类似的过程步骤的比较参量(VG)进行比较(45)。
19.根据权利要求17或18所述的设备，其特征在于，所述计算装置根据权利要求2至16中任一项来设定和编程。
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