DE10151259A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Korrelations-Werten aus Prozessparametern und Schichteigenschaften in einem CVD-Prozess - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Substrates (4) mit ein oder mehreren Schichten in einer Prozesskammer (1) insbesondere einer CVD-Anlage, wobei Ausgangsstoffe insbesondere in Form von metallorganischen Reaktionsgasen massenflussgeregelt in die Prozesskammer (1) eingeleitet werden, wo die Ausgangsstoffe oder Reaktionsprodukte derselben auf dem von einem temperaturgeregelten Substrathalter (2) getragenen Substrat (4) schichtbildend abgeschieden werden, wo während eines Beschichtungszyklusses, der mit dem Beladen der Prozesskammer (1) mit den ein oder mehreren Substraten beginnt und mit der Entnahme derselben endet, entsprechend einer vorgegebenen Rezeptur, die Soll-Werte der Prozessparameter (18) wie Massenflüsse der Ausgangsstoffe und Temperatur des Substrathalters eingestellt werden, wobei während des Beschichtungszyklusses in Intervallen die zu den Soll-Werten der Prozessparameter zugehörigen Ist-Werte zu jedem Substrat individualisiert ermittelt und in einem Speicher abgelegt werden, wobei während des Beschichtungszyklusses oder nach jedem Beschichtungszyklus oder nach ein oder mehreren darauffolgenden Bearbeitungsschritten an der Schicht oder an einem aus mehreren Schichten bestehenden Schichtsystem charakteristische Schichteigenschaften (21) wie Schichtdicke, Schichtzusammensetzung ermittelt werden und den individualisierten Daten des zugehörigen Substrates zugeordnet abgespeichert werden, wobei die gewonnenen Ist-Werte und die ermittelten ...

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Substrates mit ein oder mehreren Schichten in einer Prozesskammer. Die Prozesskammer kann insbesondere einer CVD-Anlage zugehörig sein. In diese Prozesskammer werden Ausgangsstoffe insbesondere in Form von metallorganischen Reaktionsgasen eingeleitet. Die Reaktionsgase entstammen üblicherweise einer flüssigen Quelle, welche von einem Trägergas durchströmt wird, welches sich mit der dampfförmigen metallorganischen Verbindung sättigt. Mittels eines Massenflussreglers wird der Massenstrom des Trägergases durch die Quelle und somit in die Prozesskammer geregelt. Die Masse des in die Prozesskammer eingeleiteten Reaktionsgases ist abhängig vom Dampfdruck der flüssigen Quelle. Die Prozesskammer beinhaltet einen Substrathalter. Bei einem MOCVD-Prozess wird dieser Substrathalter mittels einer Heizung auf einer Temperatur gehalten. Die Temperatur wird entsprechend einem vorgegebenen Sollwert geregelt. Auf dem Substrathalter liegen ein oder mehrere Substrate, worauf die Ausgangsstoffe oder Reaktionsprodukte der Ausgangsstoffe, bspw. pyrolytische Zerlegungsprodukte abgeschieden werden. Bei anderen CVD-Prozesse kann der Substrathalter auch gekühlt werden.
• Jeder Beschichtungszyklus erfolgt nach einer vorgegebenen Rezeptur, welche in einer elektronischen Steuereinrichtung hinterlegt ist. Die Rezeptur beinhaltet die Soll-Werte der Prozessparameter wie die Massenflüsse der Ausgangsstoffe und die Temperatur des Substrathalters. Die elektronische Steuereinrichtung ist in der Lage, durch Schalten von Ventilen in einem Gasversorgungssystem die Reaktionsgase in die Prozesskammer zu leiten, den Substrathalter bzw. die Prozesskammer auf die Prozesstemperatur zu bringen, den Totaldruck in der Prozesskammer auf einen Soll-Wert einzuregeln und den gesamten Prozess zu steuern. Der Prozess, der in der Regel mit dem Beladen der Prozesskammer mit ein oder mehreren Substraten beginnt und der mit der Herausnahme der Substrate aus der Prozesskammer endet wird im Folgenden als Beschichtungszyklus bezeichnet. Jeder Beschichtungszyklus kann aus einer Vielzahl von Abschnitten bestehen, in denen unterschiedliche Gaszusammensetzungen in die Prozesskammer eingeleitet werden. Während der einzelnen Abschnitte kann die Temperatur des Substrathalters unterschiedliche Werte annehmen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass während eines Zyklusabschnittes Temperaturrampen gefahren werden. Zur Herstellung einer Vielzahl von gleich aufgebauten Schichten oder Schichtsystemen werden eine Vielzahl von Beschichtungszyklen mit ein und derselben Rezeptur durchgeführt. Dabei können statistische oder systematische Abweichungen der Ist-Werte der Prozessparameter von den Soll-Werten auftreten. Diese Ist-Werte werden während jedes Beschichtungszyklusses in zeitlichen Intervallen ermittelt. Es werden also die tatsächlich in die Prozesskammer hineinfließenden Massen der Reaktionsgase bzw. die tatsächlich erreichten Temperaturen gemessen und in einer Speichereinrichtung abgespeichert. In Prozessen, bei denen mehrere Substrate auf einem Substrathalter liegen werden die Temperaturen der einzelnen Substrate separat ermittelt. Die einzelnen Temperaturen werden substrat-individualisiert abgespeichert. Nach Beendigung des Beschichtungszyklusses oder nach ein oder mehreren darauffolgenden Bearbeitungsschritten, in welchen das Substrat zerteilt und/oder Bauelemente aus den beschichteten Substraten gefertigt werden, werden an der Schicht oder an dem Schichtsystem Messungen durchgeführt um charakteristische Schichteigenschaften wie bspw. Schichtdicke, Schichtzusammensetzung oder elektronische Eigenschaften der Schichten zu ermitteln. Diese Schichteigenschaften, die auch während des Beschichtungszyklusses ermittelt werden können, werden ebenfalls substrat-individualisiert in der Speichereinrichtung gespeichert.
• Aus den gewonnenen Ist-Werten und den ermittelten Schichteigenschaften einer Vielzahl von mit der gleichen Rezeptur abgeschiedener Schichten können statistische Untersuchungen durchgeführt werden. Hierzu werden die gewonnenen Ist-Werte mit den ermittelten Schichteigenschaften in Korrelation gebracht. Die dabei erzeugten Korrelations-Werte werden angezeigt oder von einer Analyseeinrichtung weiterverarbeitet um systematische oder statistische Abweichungen zu ermitteln. Bevorzugt werden alle verfügbaren Prozessparameter substrat-individualisiert abgespeichert und von der Analyseeinrichtung mit den Eigenschaften der Schichten bzw. der daraus hergestellten Bauelemente korreliert. Diese Art der Analyse ermöglicht es, bestimmte, systematische Abweichungen der Schichteigenschaften von statistischen Mittel-Werten oder von zu erzielenden Soll-Werten in unmittelbare Korrelation zu bringen zu bestimmten Prozessparametern. Hierdurch ist es möglich, die Ursachen von Abweichungen der Schichteigenschaften bei bestimmten Substraten zu ermitteln. Hierzu werden von der Vielzahl der zu jedem Beschichtungszyklus gewonnenen individuellen Soll-Werte bspw. Mittel-Werte gebildet. Diese Mittel-Werte werden in Korrelation gebracht zu den Werten der Schichteigenschaften. Es wird dann bspw. untersucht, welcher der Soll-Werte einen ähnlichen Verlauf über die Vielzahl der Beschichtungszyklen besitzt, wie eine Schichteigenschaft. Auf diese Weise kann derjenige Prozessparameter ermittelt werden, der für eine Abweichung einer Schichteigenschaft bei einem bestimmten Substrat verantwortlich ist. Als Prozessparameter kommen alle zur Verfügung stehenden, insbesondere sich zeitlich ändernden Daten in Betracht, also insbesondere die Massenflüsse aller in die Prozesskammer eingeleiteten Prozessgase, die Temperaturen die innerhalb der Prozesskammer gemessen werden und insbesondere die Temperaturen der einzelnen Substrate. Ferner kommen Umgebungsparameter in Betracht wie die Temperatur, die Feuchtigkeit und die Reinheit der Umgebungsluft. Auch die Ventilstellungen des Gasversorgungssystemes werden mit umfasst. Mittels in der Prozesskammer während der Beschichtung erfolgenden Messungen kann die Oberflächentemperatur der Substrate, die Rotationsgeschwindigkeit von auf einem rotierenden Substrathalter rotierend angeordneter Substrate ermittelt werden. Auch kann mittels geeigneter Methoden substrat-individuell die Wachstumsrate der Schicht während des Beschichtungsprozesses ermittelt werden. Mittels optischer Untersuchungen können auch die Schichteigenschaften während des Wachstums ermittelt werden. Alle Daten werden substratspezifisch in der Speichereinrichtung abgespeichert.
• Insbesondere können unterschiedlichste Meßgrößen (z. B. Wachstumsraten, Temperatur, Reflektivität usw.) während des Schichtwachstums orts- und zeitaufgelöst für jeden Wafer aufgezeichnet werden. D. h., die Meßgrößen werden für jeden Wafer in jedem Wachstumsschritt mehrmals an einer Serie verschiedener Punkte der Waferoberfläche aufgenommen und gespeichert. Daraus werden für jeden Wafer eine oder mehrere Gütezahlen noch während des Wachstumsprozesses ermittelt (z. B. Variation der Schichtdicke über den Wafer). Diese Gütezahlen sind Korrelationswerte aus den ermittelten Rohdaten der Meßgrößen. Die Gütezahlen können dafür herangezogen werden die weiteren Prozess-Schritte für jeden Wafer individuell und automatisch zu bestimmen. Sie können unter Einbeziehung bereits zu diesem Prozess verfügbarer statistischer Daten automatisch die Prozessparameter (Temperaturen, Druck, Gaszusammensetzung, usw.) des folgenden, gleichen Beschichtungsprozesses parametrieren, mit dem Ziel die Gütezahl zu verbessern. Sie können aber auch dazu verwendet werden während des Beschichtungszyklusses die Anpassung noch abzuarbeitender Wachstumsschritte auslösen, um die Güte der gerade im Wachstumsprozess befindlichen Wafer zu sichern und zu verbessern.
• Die Messung auf den einzelnen Substraten erfolgt bevorzugt an mindestens drei verschiedenen Stellen, so dass auch Abweichungen der Schichtdicke bzw. der Depositionstemperatur während des Wachstums auf einer Schicht, dass heißt deren Homogenität ermittelbar sind.
• Die Analyseeinrichtung ist in der Lage, die erzeugten Korrelations-Werte grafisch darzustellen. Dies kann bspw. als Diagramm erfolgen. So ist bspw. vorgesehen, die Temperaturverläufe in Form eines Temperatur/Zeit-Diagrammes aufzutragen und in dasselbe Diagramm den zeitlichen Verlauf der Wachstumsrate oder eine andere Schichteigenschaft anzugeben.
• Die charakteristischen Schichteigenschaften, die mit den gewonnenen Ist- Werten in Korrelation gebracht werden können insbesondere auch während des Beschichtungszyklusses gewonnen werden. Dann kann der unmittelbare Einfluss eines Prozessparameters auf eine Schichteigenschaft ermittelt und grafisch angezeigt werden.
• Insbesondere werden die qualitäts-relevanten Eigenschaften der Schichten in Korrelation zu den Prozessparametern gebracht. Soll das Schichtsystem bspw. zur Herstellung von Quantenwell-Lasern geeignet sein, so wird man die Substrattemperatur als Prozessparameter in Verknüpfung bringen zu den elektronischen Eigenschaften oder der Wachstumsrate der den Quantenwell bestimmenden Schichten.
• Bei einer PIN-Diode wird man als charakteristische Schichteigenschaft das V-III-Verhältnis in Korrelation setzen zu der Gastemperatur in der Prozesskammer bzw. zu den Massenflüssen der V-Komponente und der III-Komponente (Arsin, Phosphin oder TMG, TMI).
• Aus den erzeugten Korrelations-Werten können mittels eines Korrekturwertrechners Korrektur-Werte für einzelne Prozessparameter ermittelt werden. Diese Korrektur-Werte berücksichtigen die zeitliche Drift von Schichteigenschaften, die bspw. dadurch zustande kommt, dass sich Ausgangsstoffe in Vorratsbehältern mit der Zeit verändern oder dass sich der Umsatz in den metallorganischen Quellen zufolge des Verbrauchs ändert. Es werden auch die Verbräuche und die Laufzeiten der einzelnen Komponenten auf addiert. Hierdurch ist es möglich, rechtsseitig auf eine Ergänzung der Quellen hinzuweisen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Trends und Drifts im Prozess frühzeitig zu erkennen und durch automatische Gegenmaßnahme das Prozessergebnis im gewünschten Toleranzbereich zu halten. Die Trends und Drifts werden von Beschichtungszyklus zu Beschichtungszyklus ausgewertet. Die automatisch eingeleiteten Gegenmaßnahmen können die Trends und Drifts von Beschichtungszyklus zu Beschichtungszyklus kompensieren. Dies erfolgt durch die Bildung von Korrektur-Werten, mit denen die Ist-Werte der Rezeptur beaufschlagt werden. Die Rezeptur braucht nicht geändert zu werden. Die von der Rezeptur vorgesehenen Ist-Werte werden lediglich korrigiert und die korrigierten Werte werden von den Massenflussreglern bzw. den Temperaturreglern eingestellt. Auf diese Weise können auch Belegungen der Prozesskammerwände hingenommen werden. Die Einflüsse der Belegung auf das Prozessergebnis werden automatisch berücksichtigt.
• Eine derartige Korrekturwertbildung kann auch während eines Prozesszyklusses erfolgen. Beispielsweise wird während eines Prozesszyklusses das momentane Schichtwachstum ermittelt. Auf sich ändernde Wachstumsgeschwindigkeiten kann dann durch eine Verkürzung oder durch eine Verlängerung eines Prozess-Schrittes reagiert werden. Bei einem MOCVD-Prozess ist auch vorgesehen, dass jeweilige V-III-Verhältnis zu messen und auf zeitliche Abweichungen vom Soll-Wert während eines Prozess-Schrittes zu reagieren, indem bspw. die V-Komponente oder die III-Komponente in der Gasphase dadurch reduziert oder erhöht wird, dass der zugehörige Gasfluss geändert wird.
• Ausführungsbeispiele des Verfahrens bzw. der Vorrichtung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 in grobschematisierter Darstellung die Prozesskammer einer CVD- Anlage und das zugehörige Gasmischsystem und
• Fig. 2 grobschematisch einen Prozessrechner mit Steuereinheit und Speichereinheit und zugehöriger Anzeigevorrichtung.
• Fig. 3 in grobschematischer Darstellung die Hardware einer erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung,
• Fig. 4 die einzelnen Komponenten der zugehörigen Software und
• Fig. 5 eine Blockdarstellung des Programmablaufs.
• In einer Prozesskammer 1 befindet sich ein Substrathalter 2, welcher eine Kreisscheibenform besitzt und um seine Achse drehangetrieben wird. Planetenartig sind auf der Oberseite des Substrathalters 2 eine Vielzahl von Substraten 4 um das Zentrum des Substrathalters 2 angeordnet. Diese Substrate 4 sind ebenfalls drehangetrieben. Sie können hierzu auf entsprechenden sich drehenden Abschnitten des Substrathalters 2 angeordnet sein. Unterhalb des Substrathalters 2 befindet sich eine Heizung 3 bspw. in Form einer Hochfrequenz-Quelle. Die Temperatur des Substrathalters 2 wird mittels eines Thermoelementes 10 gemessen. Die Rotation des Substrathalters 2 bzw. die Rotation der Substrate 4 wird mit einem Rotationsgeschwindigkeitsmesser 12 gemessen. Mittels einer optischen Temperaturmess-Vorrichtung 11 kann die Temperatur der Substratoberfläche gemessen werden. Durch in Korrelation setzen der vom Temperaturmess-Sensor 11 gelieferten Werte und der von einem mit dargestelltem zusätzlichen Drehgeber gelieferten Daten kann die von dem Temperaturmess-Sensor 11 gemessene Temperatur jedem einzelnen Substrat 4 individuell zugeordnet werden. Diese Messwerte werden in vorgegebenen Zeitintervallen ermittelt und in einen Ist/Soll-Wertspeicher 18 einer Speichereinrichtung 16 des Prozessrechners 14 gespeichert.
• Die Prozessgase werden von einem Gasmischsystem 6 bereitgestellt. Grobschematisch ist in der Fig. 1 der Aufbau eines solchen Gasmischsystemes 6 dargestellt. Die einzelnen Reaktionsgase wie bspw. Arsin, Phosphin oder dergleichen und auch Trägergase wie Edelgase oder Wasserstoff oder Stickstoff werden mittels Ventilen 9 geschaltet. Die Gase, die durch die Zuleitung 13 in den Gaseinlass 5 der Prozesskammer 1 eingeleitet werden, werden mittels Massenflussregler 7 geregelt. Die metallorganischen Komponenten entstammen Verdampfungs-Quellen 8, durch welche ein Trägergas geleitet wird, welches ebenfalls von Ventilen 9 geschaltet und dessen Fluss über Massenflussregler 7 geregelt wird. An die Massenflussregler 7 werden von der Steuereinrichtung 15 Soll-Werte geliefert. Die Massenflussregler 7 geben ebenso wie die bereits zuvor beschriebenen Sensoren 10 bis 12 Ist-Werte zurück. Die Soll-Werte und die Ist- Werte werden substratspezifisch gespeichert in dem Ist/Soll-Wertspeicher 18.
• Die Steuerung des Prozesses erfolgt von der Steuereinrichtung 15 nach einer Rezeptur, die in einem Rezepturspeicher 17 abgelegt ist. Dort sind die Prozessparameter in Form von Soll-Werten abgelegt, die zu bestimmten Zeiten eingestellt werden.
• An der abgeschiedenen Schicht werden bspw. mit in der Zeichnung nicht dargestellten optischen oder anderweitigen Sensoren während des Beschichtungsprozesses charakteristische Schichteigenschaften 21 ermittelt. Diese werden dann in einem entsprechenden Speicher 21 gespeichert. Es ist aber auch vorgesehen, dass die charakteristischen Schichteigenschaften wie Schichtdicke, V-III- Verhältnis oder elektronische Eigenschaften der Schicht später gemessen werden. Auch diese Daten werden substratbezogen in den Speicher 21 abgelegt.
• Mit diesen Daten, also mit den Ist/Soll-Werten 18 der Prozessparameter und den Schichteigenschaften 21 werden dann Korrelations-Werte 19 gebildet. Dies erfolgt bspw. dadurch, dass der historische Verlauf der Ist-Werte 18 dem historischen Verlauf der Schichteigenschaften 21 gegenübergestellt wird. Die einzelnen so gebildeten Kurven bzw. Funktionen werden miteinander verglichen um charakteristische Abweichungen bzw. Übereinstimmungen aufzufinden.
• Beispielsweise kann eine Schichteigenschaft eines Substrates, welches in einem ganz bestimmten Beschichtungszyklus mit einer Schicht beschichtet worden ist eine bestimmte Abweichung vom Mittelwert aufweisen. Dies kann wie in den Figuren dargestellt ist grafisch dargestellt werden. Es können dann die Ist- Wertverläufe daraufhin untersucht werden, ob zu dem entsprechenden Beschichtungszyklus eine Abweichung vom Mittel-Wert vorliegt. Hierdurch kann die Ursache einer Qualitätsabweichung ermittelt werden.
• Der Prozessrechner 14 ist auch in der Lage, einen Beschichtungszyklus zu simulieren. Dies erfolgt mittels virtueller Stellglieder wie Ventile, Massenflussregler oder Heizungen. Die Stellglieder werden entsprechend der Rezeptur gestellt und geben virtuelle Ist-Werte zurück. Es wird dabei eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt nach vorgegebenen Regeln, die in dem Prozessrechner abgespeichert sind. Diese Regeln besagen bspw., dass ein bestimmtes Ventil nicht vor einem anderen Ventil geöffnet werden darf oder dass ein Ventil erst dann öffnen darf, wenn in der Prozesskammer ein bestimmter Totaldruck oder eine bestimmte Temperatur herrscht.
• In die Plausibilitätsprüfung können auch andere sicherheitsrelevante Daten der Umgebung der CVD-Anlage mit einbezogen werden. Beispielsweise kann die Umgebungsluft auf Anwesenheit von Reaktionsgasen überprüft werden. Befindet sich in der Umgebungsluft ein Reaktionsgas, so deutet dies auf ein Leck in der CVD-Anlage oder auf eine defekte Gasentsorgung hin.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, durch eine nachträgliche Analyse anhand am Substrat entweder nach dem Beschichtungszyklus oder während des Beschichtungszyklusses ermittelter charakteristischer Schichteigenschaften und während des Beschichtungszyklusses abgespeicherter Prozessparameter Qualitätsfehler zu ermitteln oder Voraussagen darüber zu treffen, wie sich bei einer Änderung eines oder mehrerer Prozessparameter bestimmte Schichteigenschaften ändern.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Lage, auf kurzfristige und langfristige Abweichungen der Ist-Parameter von den Soll-Parametern zu reagieren. Das Verfahren ist aber auch in der Lage, Trends oder Drifts in den Schichteigenschaften sowohl während eines Beschichtungszyklusses als auch über die Historie einer Vielzahl von Beschichtungszyklen zu erkennen. Es ist in der Lage, aus den Abweichungen der Ist-Werte der Schichteigenschaften von den Soll- Werten und über die gewonnenen Korrelations-Werte Korrektur-Werte zu ermitteln, mit welchen die Prozessparameter variiert werden können, um die erkannten Trends und Drifts im Prozess frühzeitig zu kompensieren. Die Beeinflussung erfolgt dabei nicht innerhalb der Rezeptur, sondern auf die Soll-Werte, die den Massenflussreglern oder Temperaturreglern zugeleitet werden.
• Von eigenständiger Bedeutung ist dabei die Möglichkeit, innerhalb der Rezeptur nicht die Zeiten einzelner Prozess-Schritte vorzugeben, sondern deren Ergebnis auf eine Schichteigenschaft wie bspw. die Schichtdicke. Rezepturgemäß soll innerhalb eines bestimmten Prozess-Schrittes eine Schicht mit einer bestimmten Zusammensetzung und einer bestimmten Schichtdicke abgeschieden werden. Während des Prozesses wird in situ mittels optischer Sensoren das Schichtwachstum beobachtet. Dabei wird die Wachstumsrate oder die momentane Schichtdicke gemessen. Erreicht die Schichtdicke ihren Soll-Wert, so wird der Beschichtungsschritt beendet und mit dem nächsten fortgefahren. Auch durch diese Methode können Trends und Drifts verhindert werden.
• In den Fig. 3 bis 5 sind grobschematisch die Software-Komponenten und die Hardware-Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt.
• Die Fig. 3 deutet eine Steuer- und Speichereinrichtung 14 an, in welcher die Editierung der Rezeptur, die Überprüfung der Plausibilität der Rezeptur und die Übersetzung der Rezeptur in einem Compiler in Prozess-Steuersignale. Diese Prozess-Steuersignale werden über eine Datenleitung der Beschichtungseinheit 22 zugeführt. Diese Beschichtungseinheit kann räumlich getrennt zur Steuer- und Speichereinrichtung 14 sein. Bei der Beschichtungseinheit 22 kann es sich um eine MOCVD-Anlage, um eine Vorrichtung zum Abscheiden von Oxyden oder um eine Vorrichtung zum Abscheiden organischer Substanzen handeln. Die Steuer- und Speichereinrichtung 14 kann auch mit mehreren, insbesondere verschiedenen Beschichtungseinheiten 22 zusammenwirken. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Steuer- und Speichereinrichtung 14 mit einer Mehrzahl von Beschichtungseinheiten 22 zusammenwirken, die an eine gemeinsame Transferkammer angeschlossen sind.
• Die Prozess-Steuersignale werden in der Beschichtungseinheit 22 von einer Prozess-Steuerungseinrichtung 23 weiterverarbeitet. Mit diesen Signalen werden die einzelnen Massenflussregler des Gasversorgungssystems 6 bzw. die Heizung 3 angesteuert. Ebenfalls wird eine Totaldruckregelung 24 von der Prozess-Steuerungseinrichtung 23 mit Steuerungsdaten versorgt. Die Massenflussregler des Gasversorgungssystems 6 bzw. die Heizung des Substrates 3 und der Totaldruckregler 24 geben Ist-Werte an die Prozess-Steuerungseinrichtung 23 zurück. Über die Datenleitung werden diese Ist-Werte der Steuer- und Speichereinrichtung 14 zugeleitet.
• Die Beschichtungseinheit 22 weist weiterhin eine Sicherheitslogig 25 auf. Die Sicherheitslogig verarbeitet eine Vielzahl von Eingangsdaten. Die Eingangsdaten können die Ventilstände, die Massenflüsse, die Temperaturen, also jegliche Prozessparameter sein. Eingangsdaten der Sicherheitslogig sind aber auch Daten, die von Sensoren 11 der Beschichtungseinheit ermittelt werden, also bspw. Drucke, Außentemperaturen oder dergleichen. Der Sicherheitslogig werden auch von externen Sensoren 26 ermittelte Daten zugeleitet, bspw. Daten darüber, ob die Zuluft oder die Abluft ordnungsgemäß funktioniert. Die Sicherheitslogig ist in der Lage selbsttätig die Beschichtungseinheit in einen sicheren Betriebszustand zu überführen, falls von den Sensoren 11, 26 Fehler ermittelt werden. Die diesbezügliche Logik ist fest verdrahtet und damit gegen Programmierfehler gesichert.
• Die in Fig. 4 dargestellte Steuer- und Speichereinrichtung besitzt ein Modul, welches einen Rezeptur-Editor aufweist. Mit diesem Modul kann die abzuscheidende Schichtenfolge vorgewählt werden. Dies erfolgt mittels bspw. mittels eines Menüs, aus welchem aus einer Vielzahl von Standard-Rezepturen eine Kombination ausgewählt werden kann, um die gewünschte Schichtenfolge abzuscheiden. In dem Rezeptur-Editor kann aber auch mittels einer speziellen Syntax die Schichtenfolge editiert werden. Es ist auch vorgesehen, mit dem Rezeptur-Editor unmittelbar auf die einzelnen Massenflussregler bzw. Ventile zuzugreifen. Die Steuer- und Speichereinrichtung 14 weist darüber hinaus noch ein Modul auf, mit welchem eine statistische Prozesskontrolle möglich ist. Dieses Modul ist insbesondere in der Lage, die über eine Schnittstelle von der Beschichtungseinheit übernommenen Soll-Werte auszuwerten. Die Verteilung der an die Schnittstelle gelieferten Daten erfolgt über eine Zentraleinheit. Die Analyseeinheit, die der statistischen Prozesskontrolle zugeordnet ist, ist darüber hinaus in der Lage, die oben erwähnten Korrekturwerte zu ermitteln. Dies erfolgt in einer der Analyseeinheit nachgeschalteten Korrektureinheit. In einer Protokolleinheit werden alle Ist- und Soll-Werte abgespeichert. Die von der Korrektureinheit ermittelten Werte werden dem Modul des Rezeptur-Editors zugeleitet. Die Korrekturwerte werden entweder direkt dem Compiler zugeleitet oder in den Rezeptur-Editor, wo sie bei der Editierung der Prozess-Schritte berücksichtigt werden können.
• Die Fig. 5 zeigt grobschematisch den Ablauf eines Beschichtungszyklusses. Nach der Rezepturvorgabe bzw. der Auswahl des abzuscheidenden Schichtensystems berechnet der Compiler unter Benutzung des Simulators die Prozessparameter. Dabei können gegebenenfalls auch Korrekturdaten verwendet werden. Bei der Berechnung der Prozessparameter werden ebenfalls sicherheitsrelevante Größen mit berücksichtigt.
• Während der Steuerung und Regelung des Prozesses werden Ist-Werte ermittelt, die zusammen mit den zugehörigen Soll-Werten abgespeichert werden.
• Mittels der statistischen Prozesskontrolle der wesentlichen Prozessparameter können im Falle eines Abdriftens bestimmter Schichteigenschaften von den Soll-Werten sofort Gegenmaßnahmen erzielt werden.
• Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.

Claims (13)

1. Verfahren zum Beschichten mindestens eines Substrates (4) mit ein oder mehreren Schichten in einer Prozesskammer (1) insbesondere einer CVD- Anlage, wobei Ausgangsstoffe insbesondere in Form von metallorganischen Reaktionsgasen massenflussgeregelt in die Prozesskammer (1) eingeleitet werden, wo die Ausgangsstoffe oder Reaktionsprodukte derselben auf dem von einem temperaturgeregelten Substrathalter (2) getragenen Substrat (4) schichtbildend abgeschieden werden, wo während eines Beschichtungszyklusses, der mit dem Beladen der Prozesskammer (1) mit den ein oder mehreren Substraten beginnt und mit der Entnahme derselben endet, entsprechend einer vorgegebenen Rezeptur, die Soll-Werte der Prozessparameter (18) wie Massenflüsse der Ausgangsstoffe und Temperatur des Substrathalters eingestellt werden, wobei während des Beschichtungszyklusses in Intervallen die zu den Soll-Werten der Prozessparameter zugehörigen Ist-Werte zu jedem Substrat individualisiert ermittelt und in einem Speicher abgelegt werden, wobei während des Beschichtungszyklusses oder nach jedem Beschichtungszyklus oder nach ein oder mehreren darauffolgenden Bearbeitungsschritten an der Schicht oder an einem aus mehreren Schichten bestehenden Schichtsystem charakteristische Schichteigenschaften (21) wie Schichtdicke, Schichtzusammensetzung ermittelt werden und den individualisierten Daten des zugehörigen Substrates zugeordnet abgespeichert werden, wobei die gewonnen Ist-Werte und die ermittelten Schichteigenschaften einer Vielzahl von mit der gleichen Rezeptur abgeschiedener Schichten in Korrelation gebracht und Korrelations-Werte erzeugt werden.

2. Vorrichtung zum Beschichten mindestens eines Substrates mit ein oder mehreren Schichten in einer Prozesskammer insbesondere einer CVD- Anlage, mit Zuleitungen (13) für Ausgangsstoffe insbesondere in Form von metallorganischen Reaktionsgasen, welche massenflussgeregelt (7) in die Prozesskammer (1) eingeleitet werden, wo die Ausgangsstoffe oder Reaktionsprodukte derselben auf dem von einem temperaturgeregelten Substrathalter (2) getragenen Substrat (4) schichtbildend abgeschieden werden, und mit einer Steuer- und Speichereinrichtung (14), wobei in einem Beschichtungszyklus, der mit dem Beladen der Prozesskammer (1) mit den ein oder mehreren Substraten beginnt und mit der Entnahme derselben endet, von der Steuereinrichtung (15) entsprechend einer vorgegebenen, in der Speichereinrichtung (16) gespeicherten Rezeptur, welche die Soll-Werte der Prozessparameter wie Massenflüsse der Ausgangsstoffe und Temperatur des Substrathalters umfasst, letztere eingestellt werden, wobei während des Beschichtungszyklusses in Intervallen die zu den Sollwerten der Prozessparameter (18) zugehörigen Ist-Werte zu jedem Substrat individualisiert ermittelt und in einem Speicher der Speichereinrichtung abgelegt werden, wobei während oder nach jedem Beschichtungszyklus oder nach ein oder mehreren darauffolgenden Bearbeitungsschritten an der Schicht oder an einem aus mehreren Schichten bestehenden Schichtsystem ermittelbare charakteristische Schichteigenschaften (21) wie Schichtdicke, Schichtzusammensetzung individualisiert dem zugehörigen Substrat zugeordnet in einem Schichteigenschaftsspeicher der Speichereinrichtung abspeicherbar sind, mit einer Analyseeinrichtung zur Verknüpfung der gewonnenen Ist-Werte und der ermittelten Schichteigenschaften (21) einer Vielzahl von mit der gleichen Rezeptur abgeschiedener Schichten zur Erzeugung von Korrelations-Werten und mit einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Korrelations-Werte (19).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder insbesondere danach oder Vorrichtung nach Anspruch 2 oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Korrelations-Werte (19) systematische oder statistische Abweichungen der Soll-Werte von einem mittleren Soll-Wert oder den zugehörigen Ist-Werten gebildet werden.

4. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Korrelations-Werte (19) von den Ist-Werten (18) jedes Beschichtungszyklusses Mittel-Werte und Abweichungen von den Mittel- Werten erzeugt werden.

5. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Korrelations-Werten Korrektur-Werte ermittelt werden, mit welchen die Ist-Werte der Rezeptur beaufschlagt werden.

6. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Rezeptur Vorgaben über bestimmte Schichteigenschaften, bspw. Schichtdicke enthält und während eines Prozess-Schrittes diese Schichteigenschaft in situ gemessen wird und bei Erreichen eines in der Rezeptur für diese Schichteigenschaft vorgesehenen Soll-Wert der Schritt beendet wird.

7. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die erzeugten Korrelations-Werte grafische Darstellungen (20) der zeitlichen Verläufe der Ist-Werte (18) sind, welche in Beziehung gesetzt werden mit den charakteristischen Schichteigenschaften (21).

8. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Werte der Prozessparameter von einer elektronischen Steuereinrichtung an dezentrale Regler wie Massenflussregler (7) oder Temperaturregler (10) gegeben werden und die Ist-Werte von den Reglern zugeordneten Ist-Wertgebern an die elektronische Steuereinrichtung (15) zurückgegeben werden.

9. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessparameter auch die Ventilstellungen der Ventile (9) eines Gasversorgungssystems (6), die Temperatur von flüssigen metallorganischen Quellen (8), die Rotationsgeschwindigkeit und die Temperatur eines mehrere Substrate (4) tragenden Substrathalters (2) und jede Substrate individuell zuordenbare Substrattemperaturen sind.

10. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Ist-Werten der Prozessparameter auch während des Beschichtungszyklusses in Intervallen ermittelte Prozesseigenschaften wie Substrattemperatur, Rotationsgeschwindigkeit des Substrates, Wachstumsrate der Schicht und/ oder Oberflächeneigenschaften der Schicht abgespeichert werden und mit den Schichteigenschaften in Korrelation gebracht werden.

11. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Rezeptur (17) abgespeicherte Abfolge der Soll-Werte vor einem Beschichtungszyklus auf Plausibilität geprüft werden.

12. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilitäts-Prüfung als in der Steuereinrichtung simulierter Beschichtungszyklus durchgeführt wird, während dessen die Sollwerte an virtuelle Regel- und Stellorgane gegeben werden, welche virtuell erzeugte Ist-Werte zurückgeben.

13. Verfahren oder Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche oder insbesondere danach, dadurch gekennzeichnet, dass individualisiert zu jedem Substrat umgebungsbezogene Eigenschaften wie Umgebungsluft-Feuchte, Umgebungsluft-Temperatur und Umgebungsluft-Reinheit in Intervallen abgespeichert werden und in Korrelation gebracht werden mit den Schichteigenschaften.