DE102022101806A1 - Verfahren zur emissivitätskorrigierten Pyrometrie - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Substrates, bei dem zur Regelung der Temperatur des Substrates Emissionswerte (UE,n) und Reflektanzwerte (UR,n) mit Pyrometern ermittelt werden. Da sich die Wellenlängen der beiden Pyrometer geringfügig unterscheiden, lässt sich die aus dem Emissionswert (UE,n) ermittelte Rohtemperatur mit dem Reflektanzwert (UR,n) nicht optimal kompensieren. Die Winkelfrequenz ωE, ωR) der über die Zeit t oszillierenden Kurve der beiden Werte (UE,n) und (UR,n) sind geringfügig voneinander verschieden, was zu einer Oszillation des Temperaturistwertes führt. Um dem entgegenzuwirken, schlägt die Erfindung vor, anstelle der gemessenen Werte durch eine numerische Zeittransformation modifizierte Werte zu verwenden.

Description

• Gebiet der Technik
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten eines Substrates mit mindestens einer Schicht, wobei während des Abscheidens der Schicht mit mindestens einer optischen Messeinrichtung an der Schicht mehrfach hintereinander Messwertpaare {U_E,nU_R,n} ermittelt werden, die jeweils einen Emissionswert U_E,n, der der bei einer ersten Lichtwellenlänge gemessenen thermischen Strahlungsleistung entspricht, und einen Reflektanzwert U_R,n, der bei einer zweiten Lichtwellenlänge gemessen wird, die maximal nur gering von der ersten Lichtwellenlänge abweicht, beinhalten, wobei aus den Messwertpaaren {U_E,nU_R,n} Temperaturwerte T_i einer Substrattemperatur berechnet werden, wobei die Emissionswerte U_E,n und die Reflektanzwerte U_R,n jeweils auf einer mit einer Winkelfrequenz ω_E , ω_R über die Zeit t oszillierenden Kurve liegen und ein Quotient der Winkelfrequenzen ω_E , ω_R geringfügig von Eins verschieden ist. Dabei werden die Temperaturwerte T_i bevorzugt als Istwerte T_ist verwendet, mit denen die Substrattemperatur unter Verwendung einer Temperiereinrichtung zum Temperieren des Substrates gegen einen Sollwert T_soll geregelt wird.
• Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung mit einer Recheneinrichtung, die programmierbar ist und derart programmiert ist, dass Korrekturwerte berechnet werden.
• Stand der Technik
• Die US 6,398,406 B1 bildet den technischen Hintergrund der Erfindung. Das dort beschriebene Verfahren der emissivitätskorrigierten Pyrometrie, auch als reflektivitäts- oder reflektanzkorrigiert oder emissivitätskompensiert bezeichnet, ermöglicht die berührungsfreie optische Temperaturmessung während einer Dünnschichtabscheidung bei unbekannten und sich fortlaufend ändernden optischen Eigenschaften des Messobjekts. Bei dem Verfahren der Pyrometrie zur berührungsfreien Temperaturmessung macht man sich den Zusammenhang zwischen der von dem heißen Messobjekt emittierten thermischen Strahlung und der Temperatur des Objekts zu Nutze, der durch die bekannte Planck'sche Strahlungsgleichung beschrieben wird und in der Praxis durch eine entsprechende vorhergehende Kalibration bis auf den Emissionsgrad des Objekts eindeutig erfasst wird. Das Messobjekt kann jede für die Überwachung oder Regelung der Temperatur relevante und optisch zugängliche Oberfläche in der Prozesskammer sein. Für diese Erfindung ist das Messobjekt insbesondere die Oberfläche des Substrats bzw. der Substrate in der Prozesskammer während des Abscheidungsprozesses, bei dem eine Halbleiterschichtstruktur mit unterschiedlichen nahezu stöchiometrischen Verbindungen aus der Gruppe III (Al, Ga, In) und aus Stickstoff erzeugt wird.
• Stand der Technik ist auch folgende Veröffentlichung:
• W. G. Breiland, Technical Report SAND2003-1868, June 2003, öffentlich zugänglich z.B.:
  • https://www.osti.gov/biblio/820889 oder
  • https:/ /prod-ng.sandia.gov/ techlib-noauth/ access-control.cgi/2003/031868.pdf
  • nachfolgend mit Breiland 2003 bezeichnet.
• Zum Stand der Technik gehört auch die DE 10 2018 106 481 A1 , die eine gattungsgemäße Vorrichtung beschreibt.
• Die DE 44 19 476 C2 beschreibt ein Verfahren, mit dem die emittierte und die reflektierte Strahlung von einem Substrat während des Abscheidens einer Schicht gemessen werden kann.
• Die DE 10 2020 111 293 A1 beschreibt die emissivitätskorrigierte Pyrometrie zur Minimierung einer Restoszillation.
• Das bekannte Verfahren der Emissivitätskorrektur beruht darauf, den fehlenden unbekannten Emissionsgrad durch Messung der Reflektanz der Oberfläche des Messobjekts zu bestimmen. Die Emissivität wird mit Hilfe des Kirchhoff'schen Gesetzes für den Fall lichtundurchlässiger Substrate zu ε = 1 - ρ ermittelt. Die Detektionswellenlänge des Pyrometers wird so gewählt, dass das gewählte Substrat (hier Silizium) für die Wellenlänge bei den typischen Betriebstemperaturen (T = 600 - 1200°C) lichtundurchlässig ist, also bei einem Wert in der Spanne 800 nm bis 1000 nm. Die Reflektanz wird bei exakt derselben Wellenlänge wie die thermische Emission gemessen, damit das Verfahren ausreichend genau funktioniert. Das hierzu erforderliche Licht kann von einem Laser bereitgestellt werden. Das hierzu erforderliche Licht kann aber auch von einer Diode erzeugt werden. Dies ist aufgrund einer endlichen Breite des Filters eventuell sogar geeigneter als die Verwendung eines Lasers. In der Praxis haben die Pyrometer keine scharfe Messwellenlänge sondern weisen ein Wellenlängenintervall auf (etwa ± 10 nm, aber auch enger oder weiter). Die Lichtquelle sollte bevorzugt ein der Planck-Verteilung entsprechendes Spektrum aufweisen. Diese Intervallbreite und die Schwerpunktwellenlänge von Emissions- und Reflektanzmessung müssen möglichst gut übereinstimmen. Die Reflektanz wird gemessen, indem Licht der definierten Wellenlänge am Ort des Sensors ausgesandt wird, bei vertikalem Einfall an der Waferoberfläche reflektiert wird und möglichst am selben Ort wie die Pyrometermessung reflektiert wird. Aus der gemessenen Signalintensität des reflektierten Lichts wird mit Hilfe einer vorhergehenden Kalibration die Reflektanz bestimmt. In der Praxis kann die thermische Emission des Objekts und die Reflektanz oftmals nicht gleichzeitig sondern alternierend zeitlich getrennt gemessen werden, damit die Reflektanzmessung nicht die Messung der thermischen Emission stört. Siehe hierzu auch die in der DE 44 19 476 C2 genannte Lock-In-Technik.
• Für die genaue Messung der Temperatur sind zwei unterschiedliche Kalibrierschritte erforderlich; die Durchführung der Kalibrierungen erlaubt die Bestimmung von Kalibrierparametern, welche in die Berechnung der Temperatur aus den Messsignalen einfließen. Es handelt sich dabei um die Kalibrierung der Emissionsmessung unter Verwendung einer Schwarzkörperstrahlungsquelle (Schwarzkörperofen, spezielle Referenzquellen), welche die Verknüpfung von Intensitätssignal und Messtemperatur herstellt. Bei der Messung erlaubt die Verwendung der so ermittelten Kalibrierparameter die Ermittlung der noch nicht um den Effekt der unbekannten Emissivität korrigierten sogenannten Rohtemperatur. Ein davon unabhängiger Kalibrierschritt dient der Ermittlung eines Kalibrierparameters, so dass jedem gemessenen Reflektanzsignal ein Reflektanzwert aus dem Intervall 0...1 zugeordnet wird. Dieser Kalibrierschritt wird auf Substraten gut bekannter Reflektanz (beziehungsweise Emissionsgrad bei opaken Substraten) durchgeführt, etwa Silizium unmittelbar nach dem Prozessschritt der Desorption (native oxide removal) bei bekannter Temperatur und nicht verunreinigter Oberfläche und noch vor dem Beginn der Schichtabscheidung.
• Beim Abscheiden einer dünnen Schicht mit konstanter Wachstumsgeschwindigkeit wird ohne den Einsatz des bekannten Verfahrens der Emissivitätskorrektur eine sinusförmig oszillierende Temperaturmessung beobachtet, die mit den Interferenzeffekten in der durchsichtigen dünnen Schicht zusammenhängen (Fabry-Perot-Oszillationen). Im konkreten Fall der MOCVD Abscheidung von GaN oder AlGaN auf Silizium oder einem anderen Material bei Temperaturen im Bereich von 950 bis 1100°C betragen die Oszillationen bis zu ±30°C. Ziel des Verfahrens ist es, die Temperaturoszillationen auf unter ±2°C, besser noch ±1°C zu reduzieren. Diese Problematik kann nicht nur bei dem zuvor beschriebenen Materialsystem auftreten, sondern auch bei anderen Materialsystemen, bspw. anderen III-V-Verbindungshalbleitern oder II-IV-Verbindungshalbleitern.
• Führt man das im Stand der Technik beschriebene Temperaturmessverfahren wie beschrieben aus, tritt eine Reihe von Fehlern auf, die im Folgenden beschrieben werden. Diese Fehlerquellen führen allesamt dazu, dass die Emissivitätskorrektur unvollständig oder artifiziell überhöht durchgeführt wird. Die fehlerhafte Emissivitätskorrektur äußert sich in verbleibenden Temperaturoszillationen (Restoszillationen), deren Amplitude größer als das gewünschte Fehlermaß ist.
• Es hat sich gezeigt, dass insbesondere das Materialsystem GaN (AlGaN) auf Silizium für die beschriebenen Fehlerquellen besonders anfällig ist, weil aufgrund der Werte der Brechungsindizes für das Schicht- und des Wafermaterial sowie aufgrund des Aufeinandertreffens von lichtdurchlässiger Schicht und opakem Substrat die gemessenen Reflektanzwerte R zwischen Werten von nahe Null und 0.5 oszillieren. Andere Materialsysteme können von dieser Problematik ebenfalls betroffen sein, bspw. das System AlGalnP/GaAs. Hier wird allerdings ein geringerer Effekt beobachtet.
• Bei den beobachteten Fehlerquellen kann es sich um folgende Fehler handeln, die auch in der Praxis auftreten:
• - Unbekannter exakter Wert der Reflektanz des Kalibrierobjekts bei der Reflektanzkalibrierung, so dass der Wert der bei der Kalibrierung verwendeten Reflektanz nicht mit der physikalischen Reflektanz übereinstimmt, und die für die Emissivitätskorrektur verwendeten Reflektanzwerte fehlerhaft sind;
• - Fehler bei der Justage und Einrichtung der Messoptik;
• - Streuung an Schichtgrenzen in der Halbleiterschichtstruktur bei der Messung der Reflektanz, so dass ein Teil des tatsächlich reflektierten Lichts nicht erfasst wird;
• - Streustrahlung von heißen Oberflächen der Prozesskammer, die durch Mehrfachreflexion an Prozesskammerwänden und an der Waferoberfläche in den Messkopf gelangt.
• Bei der Produktion von elektronischen Bauelementen, bei denen die zuvor beschriebenen oder andere Materialpaarungen verwendet werden, etwa Transistoren für Schaltungen zur Leistungswandlung oder Hochfrequenzverstärkung ist die Kontrolle und Wiederholgenauigkeit des Abscheidungsprozesses und die Ausbeute der verwendbaren Bauelemente pro Wafer bei der der Erfindung zugrundeliegenden Ausführungsform des bekannten Verfahren stark beeinträchtigt, weil die gemessene Wafertemperatur für die Temperaturregelung in einem geschlossenen Regelkreis verwendet wird. Die Temperaturregelung regelt eine Heizeinrichtung so, dass die gemessene Temperatur konstant einem bestimmten Sollwert entspricht; die physikalische Temperatur oszilliert dann entsprechend um die verbleibende Amplitude der nicht vollständig korrigierten Temperaturoszillationen, die ein Messartefakt darstellen. Das Bauelement besitzt eine auf ein Substrat abgeschiedene Mehrschichtstruktur, die einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist. Im ersten Abschnitt werden Übergangsschichten, insbesondere AlGaN und Bufferschichten, insbesondere aus GaN abgeschieden. Auf die Bufferschicht aus GaN wird eine AlGaN-Barriereschicht abgeschieden derart, dass sich im Bereich der Schichtgrenze zwischen der GaN-Schicht und der AlGaN-Barriereschicht ein zweidimensionales Elektronengas ausbildet. Die Beeinträchtigung in der Reproduzierbarkeit hängt insbesondere damit zusammen, dass die Bauelementstruktur typischerweise aus einer Abfolge von Funktionsblöcken zusammengesetzt ist, die aus einer dünnen AIN Keimschicht auf dem Si-Substrat, einer Übergangsschichtfolge, einer dicken GaN-Pufferschichtfolge und einer relativ dünnen aber temperaturempfindlichen Barriereschicht aus AlGaN oder AlInN besteht. Am Ende der Pufferschicht wird je nach zufälliger Phasenlage der verbleibenden Messtemperaturoszillation die Abweichung der physikalischen Temperatur vom Sollwert von Run zu Run oder von Wafer zu Wafer unterschiedliche Werte aufweisen, die sich etwa in unterschiedliche Werte der für die Bauelementfunktion kritischen Zusammensetzung der Barriereschicht übertragen.
• Für die Kompensation der oben dargestellten Fehlerquellen wird im Stand der Technik folgende theoretische Korrektur dieses Messverfahrens angeführt, die von einer mathematisch herleitbaren Tatsache ausgeht, dass die Auswirkung einer Reihe von Fehlerquellen durch einen zusätzlichen Korrekturwert γ effektiv kompensiert werden kann, so dass die verbleibenden Oszillationen theoretisch gegen Null reduziert werden können.
• Ein ähnliches Verfahren beschreibt die DE 10 2020 126 597 A1 .
• Ausgangspunkt der Erfindung ist der Zusammenhang zwischen dem im Pyrometer detektierten Messsignal aufgrund der thermischen Emission der Waferoberfläche und der Temperatur der Waferoberfläche, wobei der von eins verschiedene Emissionsgrad der Waferoberfläche aufgrund der sich ändernden physikalischen und optischen Eigenschaften während des Schichtwachstums berücksichtigt wird.
• Dieser Zusammenhang wird durch das plancksche Strahlungsgesetz in der Wienschen Näherung beschrieben und hier folgendermaßen dargestellt: $$U_E=\epsilon \cdot \text{A}\cdot e^{\frac{B}{T}}$$

  

  wobei $$\epsilon =1-\alpha \cdot U_R$$

  
• Die Symbole bezeichnen dabei folgende Größen:
• U_E: Messsignal der thermischen Emission von der Waferoberfläche,
• U_R: Messsignal der Reflektanz der Oberfläche des Wafers,
• ε: Emissionsgrad,
• A,B: Kalibrierparameter, wobei B < 0,
• α: Kalibrierparameter der Reflektanznormierung, der den Zusammenhang zwischen dem Messsignal U_R und der physikalischen Reflektanz R, mit 0 ≤ R ≤ 1 herstellt.
• Die Messsignale für die thermische Emission U_E sowie für die Reflektanz der Waferoberfläche U_R werden in möglichst enger zeitlicher und örtlicher Nachbarschaft erfasst. Bei dem Signal, das der thermischen Emission entspricht, handelt es sich um die Strahlungsintensität, die an einem Detektor im Pyrometer erfasst wird und durch die etwa mit Hilfe einer vor der Inbetriebnahme durchgeführten Schwarzkörperkalibrierung ermittelten Kalibrierparameter A und B in einen Temperaturmesswert übersetzt wird. Das Reflektanzsignal wird durch Messung der Intensität eines Lichtsignals erzeugt, das möglichst dieselbe Wellenlänge wie die Messung der thermischen Emission aufweist, vom Messgerät ausgesandt und an der spiegelnden Waferoberfläche in den Detektor reflektiert wird. Aufgrund von optischen Dünnschichteffekten (Fabry-Perot-Effekt) weist die Reflektanz der Waferoberfläche während der Abscheidung der Dünnschichten eine näherungsweise sinusförmige Schwankung über die Zeit auf. Bei den typischen Wachstumsraten von 0,5 bis 5 µm/h bei GaN-on-Si Prozessen und der verwendeten Wellenlänge bei der Messung von 950 nm liegen die Oszillationsperioden bei bis zu 10 Minuten.
• Aus den Gleichungen (1) und (1a) lässt sich über den nachfolgenden Zusammenhang $$U_E=\text{A}\cdot e^{\frac{B}{T}}\cdot \left(1-\alpha \cdot U_R\right)$$

  

  die Isttemperatur zu jeder Messung der Messwertpaare wie folgt berechnen: $$T_i=\frac{B}{\text{ln}\left(U_{E,i}\right)-\text{ln}\left(\text{A}\cdot \left(1-\mathrm{\alpha }\cdot U_{R,i}\right)\right)}$$

  
• In der spezifischen Ausführung des Verfahrens für einen Planetenreaktor mit mehreren einzelnen Wafer ist das Pyrometer ortsfest an der Oberseite der Prozesskammer auf einem optischen Fenster mit Sichtverbindung zu einem Ort auf der Oberfläche des Substratträgers angebracht. Die Substrate werden aus Gründen der thermischen Mittelung bei der Beschichtung langsam um die Reaktormitte rotiert. Eine typische Rotationsperiode beträgt etwa 12 Sekunden, was fünf Umdrehungen pro Minute entspricht. Die Rotationsrate kann aber auch größer oder geringer sein. An einem bestimmten Ort auf dem Wafer, der für die Messung von Interesse ist, wird somit alle 12 Sekunden ein Messsignalpaar U_E und U_R erfasst. 1 und 2 zeigen die verwendete Konfiguration. Der Ort der Messung 13 kann auch eine Messzone sein, über die mehrere Messungen erfolgen. Das Messsignalpaar U_E und U_R kann den gemittelten Werten über diese Zone entsprechen. Der Ort 13 oder die Messzone kann auf jedem Wafer 7 liegen und sich in der Wafermitte, am Waferrand oder dazwischen befinden.
• Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren ist nur eine grobe Korrektur des Emissionswertes möglich. Es ist technisch nämlich nicht möglich, das Reflektanzsignal und das Signal der Messung der Emission bei exakt derselben Wellenlänge zu ermitteln. Die Wellenlängen weichen bspw. aufgrund Fertigkeitsgenauigkeiten oder -toleranzen der verwendeten Filter um wenige Nanometer oder Bruchteile eines Nanometers voneinander ab. Insbesondere ist die Wellenlänge der Kurve der Emissionswerte temperaturabhängig. Die Periodenlänge der oszillierenden Kurven der Emissionswerte einerseits und der Reflektanzwerte andererseits beträgt etwa 300 Sekunden. Der Unterschied zwischen den Periodenlängen liegt bei etwa 0,1 Sekunde. Aufgrund dieses Gangunterschiedes oszilliert die nach der Gleichung 3 bestimmte Temperatur mit einer Restoszillation, wie sie die 3 schematisch darstellt.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel anzugeben, mit denen diese Restoszillation vermindert bzw. unterdrückt werden kann.
• Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der in den nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Erfindung, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen.
• Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass bei der Berechnung des Istwertes der Temperatur der Substratoberfläche nicht die Emissionswerte und die Reflektanzwerte als solche verwendet werden, sondern dass entweder von den Emissionswerten U_E,i oder den Reflektanzwerten U_R,i transformierte Werte $U_i^{*}$

  

  gebildet werden. Diese transformierten Werte werden dann anstelle der Emissionswerte oder Reflektanzwerte bei der Berechnung der Istwerte verwendet. Die Transformation kann eine Modifikation des Emissionswertes oder des Reflektanzwertes sein. Mit der Transformation kann die Kurve der Emissionswerte oder der Reflektanzwerte auf eine Kurve abgebildet werden, die mit einer anderen Winkelfrequenz über die Zeit oszilliert. Die Transformation kann derart durchgeführt werden, dass nach der Transformation zwei Kurven, entweder eine transformierte Emissionskurve und die Reflektanzkurve oder eine transformierte Reflektanzkurve und die Emissionskurve zur Verfügung stehen, deren Winkelfrequenz identisch ist. Die zu transformierende Kurve der Messwerte wird somit gewissermaßen zeitlich gestreckt oder gestaucht, so dass man hier von einer Zeittransformation der Messwerte sprechen kann. Im Detail werden die Messwerte als solche transformiert. Dabei können zur Ermittlung des transformierten Wertes $U_i^{*}$

  

  Messwerte verwendet werden, die zu verschiedenen Zeiten hintereinander gemessen werden, bspw. Messwerte, die unmittelbar hintereinander gemessen werden. Bevorzugt werden der aktuelle Messwert und der unmittelbar zuvor gemessene Messwert verwendet. Es kann aber auch neben dem aktuellen Messwert ein vorletzter Messwert verwendet werden. Es können auch mehrere vor dem aktuellen Messwert gemessenen Messwerte verwendet werden. Es kann vorgesehen sein, dass bei der Transformation ein Transformationsfaktor verwendet wird. Der Transformationsfaktor kann in Vorversuchen ermittelt werden. Bei dem Transformationsfaktor kann es sich um den Quotienten der Winkelfrequenzen der über die Zeit oszillierenden Kurven der Reflektanzwerte bzw. der Emissionswerte handeln. Es kann vorgesehen sein, dass der Transformationsfaktor > 1 ist, aber im Wesentlichen nur geringfügig größer als 1 ist. Je nach Ansatz der Transformation kann der Transformationsfaktor aber auch kleiner als Eins sein, aber im Wesentlichen nur geringfügig kleiner als Eins. Der Wert Quotienten kann bspw. in den Bereichen 1 - 10^{-2 und} 1 - 10^-6 oder 1 + 10^-6 und 1 + 10^-2 liegen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden anstelle der Emissionswerte oder der Reflektanzwerte zeittransformierte Emissionswerte oder Reflektanzwerte zur Berechnung der Isttemperatur verwendet. Es ist ferner bevorzugt, dass bei der Zeittransformation eine transformierte Zeit gebildet wird, die aus der nicht transformierten Zeit und dem Transformationsfaktor a sowie ggf. einen Phasenfaktor b wie folgt $$t_i^{*}=a\cdot t_i+b$$

  

  gebildet wird. Die Messwerte werden dabei wie folgt $$U_i\left(t\right)\to U_i^{*}\left(t_i^{*}\right)$$

  

  in transformierte Werte umgerechnet. Die Transformation erfolgt bevorzugt mit der folgenden Gleichung $$U_i^{*}=U_i-\left(1-\frac{1}{a}\right)\cdot t_i\cdot U_i^{\text{'}}$$

  

  wobei U'i die zeitliche Ableitung der Steigung der über die Zeit abgetragene Kurve entweder der Emissionswerte oder der Reflektanzwerte ist. die sich bevorzugt über einen Differenzenquotient berechnen lässt. Werden bspw. die Messwerte der Reflektanz U_R,i transformiert, so wird die Isttemperatur gemäß der folgenden Gleichung berechnet $$T_i=\frac{B}{\text{ln}\left(U_{E,i}\right)-\text{ln}\left(\text{A}\cdot \left(1-\mathrm{\alpha }\cdot U_{R,i}^{*}\right)\right)}$$

  
• Durch die Wahl des Transformationsfaktors a als Quotient der Kreisfrequenzen der beiden über die Zeit abgetragenen Kurven $$a=\frac{{\omega }_E}{{\omega }_R}$$

  

  wird die vorlaufende Kurve des Messwertes, bspw. des Reflektanzmesswertes derart gestreckt, dass die Periodenlänge der Kurve der transformierten Werte dieselbe ist wie die Periodenlänge der nachlaufenden Kurve. Bei der Transformation wird bevorzugt ein zeittransformiertes Steigungsdreieck gebildet. Dabei werden die Steigung der nicht transformierten Kurve und die die transformierte Zeit zur Zeit der Aufnahme des Messwertes bestimmt. Der transformierte Messwert ergibt sich aus einer Multiplikation der Steigung der nicht transformierten Kurve mit dem reziproken Transformationsfaktor und der transformierten Zeit. Bevorzugt wird bei der Transformation immer die vorlaufende Kurve derart transformiert, dass die Periodenlänge der transformierten Kurve der Periodenlänge der nachlaufenden Kurve entspricht.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich mit einem bspw. in Vorversuchen ermittelten Transformationsfaktor a schrittweise jeweils unter Verwendung der aktuellen Messwerte und zumindest eines in der Vergangenheit aufgenommenen Messwertes eine Isttemperatur berechnen, die eine geringere Restoszillation aufweist.
• Zur Ermittlung des Transformationsfaktors wird ein Vorversuch oder werden mehrere Vorversuche durchgeführt. In diesen Vorversuchen wird mit denselben oder ähnlichen Prozessparametern, mit denen das Verfahren mit den obigen Merkmalen durchgeführt wird, eine Schicht auf einem Substrat abgeschieden. Die dabei gewonnenen Messwertpaare jeweils eines Emissionswertes und eines Reflektanzwertes werden gespeichert. Anschließend wird eine Optimierung durchgeführt, bei der ein Versuchswert eines Transformationsfaktors a unter Verwendung der gespeicherten Messwerte und der oben genannten Gleichungen solange variiert wird, bis die Restoszillation der über die Zeit abgetragenen Kurve der Temperatur minimal ist, also bspw. das Flächenintegral unter der Kurve der Restoszillation ein Minimum erreicht.
• Die Ermittlung des Transformationsfaktors kann aber auch während desselben „Runs“ erfolgen, bspw. wenn vor dem Abscheiden der Schicht anderweitige Schichten, insbesondere Bufferschichten abgeschieden werden.
• Es ist ferner möglich, den Transformationsfaktor stetig anzupassen. Die stetige Anpassung kann insbesondere erfolgen, wenn auf einem Substrat mehrere Schichten übereinander abgeschieden werden.
• Die Transformation verwendet bevorzugt eine zeitliche Ableitung der über die Zeit abgetragenen Messkurve, die durch Differenzenquotienten gebildet wird. $$U_i^{\text{'}}=\frac{U_i-U_{i-n}}{t_i-t_{i-n}}$$

  
• Mit Hilfe des Transformationsfaktors kann aus der Steigung der nicht transformierten Messkurve die Steigung der transformierten Messkurve berechnet werden. Der Differenzenquotient kann mit Hilfe von unmittelbar aufeinander folgend gemessenen Messwerten berechnet werden. Der Differenzenquotient wird bevorzugt mit aufeinander folgenden Messpunkten berechnet. Diese müssen aber nicht die beiden letzten sein. Insbesondere wenn der zu messende Zeitpunkt aus dem transformierten Intervall herausläuft, können andere Messpunkte verwendet werden. Bei der Berechnung des Differenzenquotienten können aber auch Messwerte verwendet werden, die nicht unmittelbar aufeinander folgend gemessen worden sind, sondern die aus zeitlich weiter voneinander entfernten Messungen stammen. Letzteres wird insbesondere dann angewendet, wenn der transformierte Messwert außerhalb eines Intervalls zwischen den beiden zur Bestimmung des Differenzenquotienten verwendeten Messwerten liegt. Das Messintervall kann dann so lange zeitlich nach hinten gestreckt werden, bis der transformierte Messwert in das Messintervall fällt, dessen Messwerte zur Bestimmung des Differenzenquotienten verwendet werden.
• Die mit dem zuvor beschriebenen Verfahren berechneten Temperaturwerte verkörpern die Oberflächentemperaturen der Substrate. Die Temperatur der Substrate wird bevorzugt mit einer Temperiereinrichtung geregelt, wobei der hierzu verwendete Regelkreis einen Sollwert vorgegeben bekommt, gegen den ein Istwert geregelt wird. Bevorzugt wird als Istwert der nach dem oben beschriebenen Verfahren berechnete Temperaturwert verwendet, der unter Verwendung der Transformation berechnet worden ist.
• Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens, wobei die Vorrichtung zwei optische Messeinrichtungen aufweist, mit denen der Emissionswert und der Reflektanzwert gemessen werden kann. Es handelt sich dabei bevorzugt um eine funktionell zwei optische Messeinrichtungen verkörpernde einzige Messeinrichtung, die abwechselnd den Emissionswert oder den Reflektanzwert misst. Die Vorrichtung besitzt eine Recheneinrichtung zur Berechnung des Istwertes einer Temperatur einer Oberfläche eines Substrates bzw. der auf dem Substrat abgeschiedenen Schicht. Die Recheneinrichtung ist eingerichtet, mittels einer Transformation in der zuvor beschriebenen Weise entweder von den Emissionswerten oder von den Reflektanzwerten transformierte Werte zu bilden und diese anstelle der Emissionswerte oder der Reflektanzwerte bei der Berechnung der Istwerte zu verwenden.
• Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen CVD-Reaktor mit einer Temperiereinrichtung zum Temperieren eines Substrates, bspw. einer Heizeinrichtung und einer Vorrichtung zur Bestimmung des Istwertes der Substrattemperatur, wie sie zuvor beschrieben worden ist. Der CVD-Reaktor kann ein Gaseinlassorgan aufweisen, mit dem Prozessgase in einer Prozesskammer eingespeist werden können. Die Prozessgase, bei denen es sich um metallorganische Verbindungen der III-Hauptgruppe handeln kann und bei denen es sich um Hydride der V-Hauptgruppe handeln kann, können zusammen mit einem Inertgas, bspw. einem Edelgas oder Wasserstoff, in die Prozesskammer eingespeist werden. Es können aber auch Prozessgase verwendet werden, die Verbindungen der II- und der VI-Hauptgruppe oder Verbindungen der IV-Hauptgruppe aufweisen. Ein oder mehrere Substrate liegen auf einem Suszeptor, der den Boden der Prozesskammer ausbildet. Die Temperierung des Substrates erfolgt durch eine Beheizung des Suszeptors. Hierzu ist eine Heizeinrichtung vorgesehen, die bevorzugt unterhalb des Suszeptors angeordnet sein kann. Die Regelung der Heizeinrichtung erfolgt mit der Recheneinrichtung, und zwar gegen einen Istwert, der in der oben beschriebenen Weise aus Reflektanzwerten und Emissionswerten ermittelt wird.
• Das zuvor beschriebene Verfahren kann auch dahingehend modifiziert werden, dass die Zeittransformation wahlweise für die Reflektanzwerte oder die Emissionswerte durchgeführt wird, wobei das Vorzeichen des Transformationsfaktors sowohl positiv als auch negativ sein kann. Bei der Zeittransformation kann sowohl eine lineare Interpolation als auch eine nichtlineare Interpolation verwendet werden. Die lineare Interpolation hat den Vorteil, dass lediglich zwei Messpunkte zur Ermittlung eines dazwischen liegenden Wertes erforderlich sind. Interpolationen höherer Ordnung benötigen mehr Messpunkte. Das Verfahren betrifft insbesondere eine Temperaturbestimmung unter Verwendung einer Transformation. Besonders bevorzugt betrifft die Erfindung aber die Ermittlung einer Temperatur, die in einem Regelkreis als Istwert verwendet werden soll.
• Figurenliste
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
• 1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens;
• 2 schematisch den Schnitt gemäß der Linie II - II in 1 auf einem Suszeptor 4, auf dem Substrate 7 angeordnet sind und Messstellen 13, mit denen mittels einer Reflektanz-Messeinrichtung 11 und einer Emissivitäts-Messeinrichtung 10 Emissionswerte U_E,i und Reflektanzwerte U_R,i gemessen werden können;
• 3 schematisch den zeitlichen Verlauf einer über die Zeit aufgenommenen Messkurve U_R einer Vielzahl von Reflektanzmesswerten und einer über die Zeit aufgenommenen Messkurve U_E einer Vielzahl von Emissionsmesswerten, wobei die Kurven der Übersicht halber normiert sind. Die Kreisfrequenz ω_E der Messkurve der Emissionswerte ist dabei geringfügig größer als die Kreisfrequenz ω_R der Messkurve der Reflektanzwerte. Dies hat eine Oszillation der Summe der beiden normierten Kurven zur Folge, die gepunktet dargestellt ist und die den Verlauf der berechneten Temperatur charakterisiert;
• 4 den Ausschnitt IV in 3, wobei jedoch zur Verdeutlichung ein etwas größerer Quotient der beiden Kreisfrequenzen verwendet worden ist und mit der gepunkteten Linie nicht die Summe der beiden Kurven, sondern eine transformierte Kurve der Reflektanzwerte dargestellt ist und
• 5 den Ausschnitt V in 4.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• Der in den 1 und 2 dargestellte CVD-Reaktor besitzt ein Reaktorgehäuse 1, eine darin angeordnete Heizeinrichtung 5, einen oberhalb der Heizeinrichtung 5 angeordneten Suszeptor 4 und ein Gaseinlassorgan 2 zum Einleiten von beispielsweise TMGa, TMA1, NH₃, AsH₃, PH₃ und H₂. Der Suszeptor 4 wird mit Hilfe einer Drehantriebseinrichtung 14 um eine vertikale Drehachse a drehangetrieben. Eine Antriebswelle 9 ist hierzu einerseits mit der Drehantriebseinrichtung 14 und andererseits mit der Unterseite des Suszeptors 5 verbunden.
• Auf der von der Heizeinrichtung 5 wegweisenden horizontalen Oberfläche des Suszeptors 5 liegen Substrate 7. Es sind Substrathalter 6 vorgesehen, auf denen die Substrate 7 liegen. Die Substrate 7 liegen radial außerhalb der Drehachse a und werden von Substrataufnahmen in Position gehalten.
• Es können zwei Messeinrichtungen vorgesehen sein. Eine Emissivitäts-Messeinrichtung 12 kann von einem Pyrometer gebildet sein. Eine Reflektanz-Messeinrichtung 11 kann ebenfalls von einem Pyrometer ausgebildet sein. Es kann einen Strahlteiler 10 vorgesehen sein, mit dem ein Eingangsstrahl auf die beiden Messeinrichtungen 12, 11 aufgeteilt werden kann. Der Strahlengang tritt an einer Messstelle 13 auf das Substrat 7. Die 2 deutet an, dass die Messstelle 13 während einer Drehung des Suszeptors 4 über sämtliche der Substrate 7 wandert.
• Die beiden Messeinrichtungen 11, 12 können aber auch in einer Messeinrichtung zusammengefasst sein.
• Die 3 zeigt in der durchgezogenen Linie eine interpolierte Messkurve durch eine Vielzahl von nicht einzeln dargestellten Messwerten der mit einer Messeinrichtung 11 gemessenen Reflektanzmesswerte U_R,i. Die Oszillation ist auf Reflektionen an den Grenzflächenschichten zurückzuführen. Die gestrichelte Linie entspricht einer durch eine Vielzahl von Messwerten interpolierten Kurve der mit der Messeinrichtung 12 gemessenen Emissivität U_E,i. Die Oszillation ist auch hier auf Reflektionen an den Grenzflächen der Schicht zurückzuführen. Aufgrund bspw. von Toleranzen in den verwendeten Filtern haben die beiden Kurven einen Gangunterschied, so dass ihre Kreisfrequenzen ω_R und ω_E geringfügig voneinander abweichen. Als Folge dieser Abweichung oszilliert die Summe der beiden Kurven. Dies ist durch die gepunktete Linie dargestellt, die qualitativ dem Verlauf einer berechneten Temperatur entspricht.
• Die Temperatur T kann mit Hilfe der oben angegebenen Gleichungen 1 bis 2 nach der oben angegebenen Gleichung 3 berechnet werden.
• Die 4 zeigt, dass aufgrund der größeren Kreisfrequenz ω_R der über die Zeit t abgetragenen Messkurve der Reflektanzwerte U_R,i diese Kurve der Messkurve der Emissionswerte U_E,i vorläuft. Erfindungsgemäß wird mittels einer geeigneten Transformation aus den Reflektanzmesswerten U_R,i eine transformierte Kurve gebildet, die mit der gepunkteten Linie dargestellt ist. Für die Berechnung der Temperatur werden transformierte Messwerte $U_{R,i}^{*}$

  

  verwendet, die zu den Messzeiten t_i auf der transformierten Kurve liegen. In der 4 sind zwei derartige Messwertpaare und ein daraus berechneter transformierter Messwert $U_{R,i}^{*}$

  

  dargestellt, bei denen der Index _i die Werte 1 und 2 einnimmt. Die Kreisfrequenz ${\omega }_R^{*}$

  

  der transformierten Kurve $U_R^{*}$

  

  hat dabei denselben Wert oder nahezu denselben Wert wie die Kreisfrequenz ω_E der Kurve der Emissionswerte U_E,i.
• Anhand der 5 wird das Verfahren zur Ermittlung der transformierten Messwerte $U_{R,i}^{*}$

  

  im Detail erläutert. In der Realität entsprechen die in den 3 und 4 dargestellten Kurven keinen exakten Sinuskurven. Sie sind in den 3, 4 und 5 nur zur Verdeutlichung als Sinuskurven angedeutet. Gleichwohl besitzen die Kurven aber eine Periodizität, so dass in Vorversuchen durch Abscheiden einer Schicht die Kreisfrequenzen ω_R und ω_E ermittelbar sind. Aus diesen beiden Kreisfrequenzen wird der folgende Quotient $$a=\frac{{\omega }_E}{{\omega }_R}$$

  

  gebildet. Der Wert a wird bei der Transformation als Transformationsfaktor verwendet. Die Transformation ist eine Zeittransformation, wobei eine transformierte Zeit $t_i^{*}$

  

  $$t_i^{*}=a\cdot t_i$$

  

  gebildet wird. Mit dieser Zeittransformation wird die durchgezogenen Kurve U_R, die den zeitlichen Verlauf der Messwerte der Reflektanz U_R,i wiedergibt, derart gestreckt, dass ihre Periodenlänge derjenigen der gestrichelt dargestellten Kurve U_E, die den zeitlichen Verlauf der Messwerte der Emissivität U_E,i wiedergibt. Die zeittransformierte Kurve UR ist gepunktet dargestellt. Zur Berechnung der Temperatur T werden die transformierten Messwerte $U_{R,i}^{*}$

  

  verwendet, die den Werten entsprechen, die die transformierte Kurve zu den nicht transformierten Zeiten ti besitzt.
• Die Berechnung eines transformierten Messwertes $U_{R,i}^{*}$

  

  erfolgt anhand des in der 5 dargestellten Beispiels mit den beiden zu den Zeiten t₁ und t₂ aufgenommenen Reflektanzmesswerten U_R,1 und U_R,2 in der Art einer Taylor-Entwicklung, die nach dem ersten Glied abgebrochen wird. Von dem Reflektanzmesswert U_R,2 wird ein Betrag abgezogen, der sich aus der Steigung $U_{R\mathrm{,2}}^{*\text{'}}$

  

  der transformierten Reflektanzkurve und der Differenz von transformierter Zeit und nicht transformierter Zeit at₂ - t_-2 ergibt. $$U_{R\mathrm{,2}}^{*}=U_{R\mathrm{,2}}-\left(a\ast t_2-t_2\right)\cdot U_{R\mathrm{,2}}^{*\text{'}}$$

  
• Die Steigung $U_{R\mathrm{,2}}^{*}$

  

  kann mit Hilfe des Transformationsfaktors a aus der Steigung der nicht transformierten Kurve der Reflektanzmesswerte U_R,i gewonnen werden. $${\text{U}}_{\text{R}\text{,2}}^{\text{*'}}=\frac{1}{\text{a}}{\text{U}}_{\text{R}\text{,2}}^{\text{'}}.$$

  

  so dass der transformierte Messwert $U_{R\mathrm{,2}}^{*}$

  

  wie folgt direkt aus dem Messwert U_R,2 und dessen zeitliche Ableitung $U_{R\mathrm{,2}}^{\text{'}}$

  

  berechnet werden kann. $$U_{R\mathrm{,2}}^{*}=U_{R\mathrm{,2}}-\left(1-\frac{1}{a}\right)\cdot t_2\cdot U_{R\mathrm{,2}}^{\text{'}}$$

  
• Die zeitliche Ableitung U_R,2 wird dabei durch einen Differenzenquotienten unter Verwendung zumindest eines vorher aufgenommenen Messwertes U_R,1 berechnet. $$U_{R\mathrm{,2}}^{\text{'}}=\frac{U_{R\mathrm{,2}}-U_{R\mathrm{,1}}}{t_2-t_1}$$

  
• Der mit der Gleichung 10 berechnete Wert kann dann unmittelbar zur Berechnung des Istwertes $$T_i=\frac{B}{\text{ln}\left(U_{E,i}\right)-\text{ln}\left(\text{A}\cdot \left(1-\mathrm{\alpha }\cdot U_{R,i}^{*}\right)\right)}$$

  

  wobei i im Ausführungsbeispiel den Wert 2 erhält und der transformierte Messwert $U_{R\mathrm{,2}}^{*}$

  

  unter Verwendung zweier Messwerte, die zu unterschiedlichen Zeiten t_i gemessen worden sind, berechnet wird.
• Beim Ausführungsbeispiel (siehe 5) liegt der transformierte Messwert U_R,2 zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgend zu den Zeiten t₁ und t₂ aufgenommenen Messwerten U_R,1 und U_R,2 unten. Bei anderen Bedingungen, bei denen der transformierte Messwert U_R,2 unterhalb des zur Zeit t₁ gemessenen Messwertes U_R,1 unten liegen würde, wird bevorzugt ein Messwert verwendet, der vor der Zeit t₁ (bspw. zu einer Zeit t₀) aufgenommen worden ist, um zusammen mit dem zur Zeit t₂ gemessenen Messwert U_R,2 den Differenzenquotienten zu bilden, mit dem das Steigungsdreieck berechnet wird, mit dem der transformierte Messwert gebildet wird.
• Der Transformationsfaktor a kann schwach temperaturabhängig sein.
• Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:
• Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass von den Emissionswerten U_E,i und/oder von den Reflektanzwerten U_R,i transformierte Werte $U_i^{\text{'}}$

  

  gebildet werden, die anstelle der Emissionswerte U_E,i oder der Reflektanzwerte U_R,i bei der Berechnung der Temperaturwerte T_i verwendet werden.
• Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die transformierten Werte $U_i^{\text{'}}$

  

  durch eine numerische Zeittransformation entweder der Emissionswerte U_E,i oder der Reflektanzwerte U_R,i gebildet werden.
• Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei der Berechnung der transformierten Werte $U_i^{*}$

  

  jeweils zumindest zwei zu verschiedenen Zeiten ermittelten Messwerten des Emissionswertes U_E,i oder des Reflektanzwertes U_R,i verwendet werden.
• Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein bei der Transformation $U_i=\left(t\right)\to U_i^{\text{'}}\left(t_i^{*}\right)$

  

  verwendeter Transformationsfaktor a in Vorversuchen ermittelt wird und/ oder dass der Transformationsfaktor a dem Quotienten der Winkelfrequenzen ω_E, ω_R entspricht.
• Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass, während des Abscheidens der Schicht zu jedem der Messwertpaare {U_E,nU_R,n} gemäß der Beziehung $U_i^{*}=U_i-\left(1-\frac{1}{a}\right)\cdot t_i\cdot U_i^{\text{'}}$

  

  ein Wert $U_i^{*}$

  

  ermittelt wird, wobei t_i die gegebenenfalls um einen Phasenoffset korrigierte Zeit t seit Beginn des Abscheidens der Schicht ist, U_i der Messwert entweder des Emissionswerts U_E,i oder des Reflektanzwertes U_R,i zur Zeit t_i ist, a der Transformationsfaktor ist und $U_i^{\text{'}}$

  

  die Steigung der Kurve durch die gemessenen Emissionswerte U_E,i oder Reflektanzwerte U_R,i zur Zeit t_i ist, und der Wert $U_i^{*}$

  

  anstelle des Messwertes U_E,i, U_R,i zur Temperaturberechnung verwendet wird.
• Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steigung $U_i^{\text{'}}$

  

  durch Bildung eines Differenzquotienten $\frac{U_i-U_{i-n}}{t_i-t_{i-n}})$

  

  zweier zeitlich nacheinander gemessenen Messwerten berechnet wird.
• Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Temperaturwert T_i gemäß folgender Beziehung $T_i=\frac{B}{\text{ln}\left(U_{E,i}\right)-\text{ln}\left(\text{A}\cdot \left(1-\alpha \cdot U_{R,i}\right)\right)}$

  

  berechnet wird, wobei A, B und α Kalibrierparameter sind und einer der Messwerte U_E,i, U_R,i durch den zeittransformierten Wert $U_i^{*}$

  

  ersetzt wird.
• Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Emissionswerte U_E,i zeittransformiert werden, wenn die Winkelfrequenz ω_E ihres Kurvenverlaufs größer ist, als die Winkelfrequenz ω_R des Kurvenverlaufs der Reflektanzwerte U_R,i und umgekehrt.
• Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Temperaturwert Ti als Ist-Wert T_ist eines Regelkreises einer Temperiereinrichtung zum Temperieren des Substrates verwendet wird, mit dem die Substrattemperatur gegen einen Sollwert T_soll geregelt wird.
• Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Transformationsfaktor a während eines zuvor durchgeführten Abscheidens einer Schicht auf einem Substrat ermittelt wird, wobei während des Abscheidens mehrfach hintereinander Messwertpaare {U_E,nU_R,n}, die jeweils einen Emissionswert U_E,i und einen Reflektanzwert U_R,i beinhalten, aufgenommen werden und durch diese danach periodische Ausgleichskurven gelegt werden.
• Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Bestimmung des Transformationsfaktors a mit ersten Wachstumsparametern eine Schicht auf einem Substrat abgeschieden wird, während des Abscheidens der Schicht Messwertpaare {U_E,nU_R,n} gemessen und gespeichert werden und daran anschließend mittels der Transformation entweder von den gespeicherten Emissionswerten U_E,i oder von den gespeicherten Reflektanzwerten U_R,i mit einem schrittweise variierten Versuchswert des Transformationsfaktors a transformierte Werte $U_i^{*}$

  

  gebildet werden, die anstelle der Emissionswerte U_E,i oder der Reflektanzwerte U_R,i bei einer Berechnung eines Temperaturwertes T verwendet werden, wobei der Versuchswert solange variiert wird, bis die Amplitude einer Restoszillation einer über die Zeit abgetragenen Kurve der gemäß eines der Ansprüche 1 bis 9 berechneten Temperaturwertes T minimal ist.
• Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Recheneinrichtung eingerichtet ist mittels einer Transformation gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 entweder von den Emissionswerten U_E,i oder von den Reflektanzwerten U_R,i transformierte Werte $U_i^{*}$

  

  U_i zu bilden und diese anstelle der Emissionswerte U_E,i oder der Reflektanzwerte U_R,i bei der Berechnung des Temperaturwertes T_i zu verwenden.
• Ein CVD-Reaktor, der gekennzeichnet ist durch eine Vorrichtung zur Bestimmung des Temperaturwertes T_i der Substrattemperatur gemäß Anspruch 12
• Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) 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. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/ oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden können.
• Bezugszeichenliste

1

Reaktorgehäuse

2

Gaseinlassorgan

3

Gaszuleitung

4

Suszeptor

5

Heizeinrichtung

6

Substrathalter

6'

Gaskissen

7

Substrat

8

Prozesskammer

9

Drehachse

10

Strahlteiler

11

Reflektanzwert-Messeinrichtung

12

Emissionswert-Messeinrichtung

13

Messteile

14

Drehantriebseinrichtung

15

Recheneinrichtung

21

Mehrschichtstruktur

22

Substrat

30

Barrierenschicht

31

Deckschicht

α

Kalibrierparameter

γ

Korrekturwert

γi

Korrekturwert eines Messintervalls

λ

Wellenlänge

A

Drehachse

A

Kalibierparameter

B

Kalibrierparameter

UE

Emissionswert

UR

Reflektanzwert

UE,n

Emissionswert

UR,n

Reflektanzmesswert

TM

Messtemperatur

ti

Zeitpunkt

i

Index einer Messung

(UE,n, UR,n}

Messwertepaar

Tist

Istwert

ωE , ωR

Winkelfrequenz

UR,i

Reflektanzwert

UE,i

Emissionswert

transformierter Wert

zeitliche Ableitung

transformierter Wert

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 6398406 B1 [0003]
• DE 102018106481 A1 [0005]
• DE 4419476 C2 [0006, 0008]
• DE 102020111293 A1 [0007]
• DE 102020126597 A1 [0016]

Claims (14)

1. Verfahren zum Beschichten eines Substrates mit mindestens einer Schicht, wobei während des Abscheidens der Schicht mit mindestens einer optischen Messeinrichtung an der Schicht mehrfach hintereinander Messwertpaare ({U_E,n U_R,n}) ermittelt werden, die jeweils einen Emissionswert (U_E,n), der der bei einer ersten Lichtwellenlänge gemessenen thermischen Strahlungsleistung entspricht, und einen Reflektanzwert (U_R,n) der bei einer zweiten Lichtwellenlänge gemessen wird, die maximal nur gering von der ersten Lichtwellenlänge abweicht, beinhalten, wobei aus den Messwertpaaren ({U_E,nU_R,n) Temperaturwerte (T_i) einer Substrattemperatur berechnet werden, wobei die Emissionswerte (U_E,n) und die Reflektanzwerte (U_R,n) jeweils auf einer mit einer Winkelfrequenz (ω_E , ω_R) über die Zeit (t) oszillierenden Kurve liegen und ein Quotient der Winkelfrequenzen (ω_E , ω_R ) insbesondere geringfügig von Eins verschieden ist, dadurch gekennzeichnet, dass von den Emissionswerten (U_E,i) und/oder von den Reflektanzwerten (U_R,i) transformierte Werte $\left(U_i^{\text{'}}\right)$

   

   gebildet werden, die anstelle der Emissionswerte (U_E,i) oder der Reflektanzwerte (U_R,i) bei der Berechnung der Temperaturwerte (T_i) verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die transformierten Werte $\left(U_i^{\text{'}}\right)$

   

   durch eine numerische Zeittransformation entweder der Emissionswerte(U_E,i) oder der Reflektanzwerte (U_R,i) gebildet werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der transformierten Werte (Ut) jeweils zumindest zwei zu verschiedenen Zeiten ermittelten Messwerten des Emissionswertes (U_E,i) oder des Reflektanzwertes (U_R,i) verwendet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei der Transformation $\left(U_i\left(t\right)\to U_i^{*}\left(t_i^{*}\right)\right)$

   

   verwendeter Transformationsfaktor (a) in Vorversuchen ermittelt wird und/oder dass der Transformationsfaktor (a) dem Quotienten der Winkelfrequenzen ω_E, ω_R) entspricht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, während des Abscheidens der Schicht zu jedem der Messwertpaare ({U_E,nU_R,n}) gemäß der Beziehung $$U_i^{*}=U_i-\left(1-\frac{1}{a}\right)\cdot t_i\cdot U_i^{\text{'}}$$

   

   ein Wert $\left(U_i^{*}\right)$

   

   ermittelt wird, wobei t_i die gegebenenfalls um einen Phasenoffset korrigierte Zeit (t) seit Beginn des Abscheidens der Schicht ist, U_i der Messwert entweder des Emissionswerts (U_E,i) oder des Reflektanzwertes (U_R,i) zur Zeit (t_i) ist, a der Transformationsfaktor ist und Ui die Steigung der Kurve durch die gemessenen Emissionswerte (U_E,i) oder Reflektanzwerte (U_R,i) zur Zeit (t_i) ist, und der Wert $\left(U_i^{*}\right)$

   

   anstelle des Messwertes (U_E,i, U_R,i) zur Temperaturberechnung verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung $\left(U_i^{\text{'}}\right)$

   

   durch Bildung eines Differenzquotienten $\left(\frac{U_i-U_{i-n}}{t_i-t_{i-n}}\right)$

   

   zweier zeitlich nacheinander gemessenen Messwerten berechnet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturwert (T_i) gemäß folgender Beziehung $$T_i=\frac{B}{\text{ln}\left(U_{E,i}\right)-\text{ln}\left(\text{A}\cdot \left(1-\mathrm{\alpha }\cdot U_{R,i}\right)\right)}$$

   

   berechnet wird, wobei (A, B) und (α) Kalibrierparameter sind und einer der Messwerte (U_E,i, U_R,i) durch den zeittransformierten Wert $\left(U_i^{*}\right)$

   

   ersetzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionswerte (U_E,i) zeittransformiert werden, wenn die Winkelfrequenz (ω_E) ihres Kurvenverlaufs größer ist, als die Winkelfrequenz (ω_R) des Kurvenverlaufs der Reflektanzwerte (U_R,i) und umgekehrt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturwert (T_i) als Ist-Wert (T_ist) eines Regelkreises einer Temperiereinrichtung zum Temperieren des Substrates verwendet wird, mit dem die Substrattemperatur gegen einen Sollwert (T_soll) geregelt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformationsfaktor (a) während eines zuvor durchgeführten Abscheidens einer Schicht auf einem Substrat ermittelt wird, wobei während des Abscheidens mehrfach hintereinander Messwertpaare ({U_E,nU_R,n}), die jeweils einen Emissionswert (U_E,i) und einen Reflektanzwert (U_R,i) beinhalten, aufgenommen werden und durch diese danach periodische Ausgleichskurven gelegt werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Transformationsfaktors (a) mit ersten Wachstumsparametern eine Schicht auf einem Substrat abgeschieden wird, während des Abscheidens der Schicht Messwertpaare ({U_E,nU_R,n}) gemessen und gespeichert werden und daran anschließend mittels der Transformation entweder von den gespeicherten Emissionswerten (U_E,i) oder von den gespeicherten Reflektanzwerten (U_R,i) mit einem schrittweise variierten Versuchswert des Transformationsfaktors (a) transformierte Werte $\left(U_i^{*}\right)$

    

    gebildet werden, die anstelle der Emissionswerte (U_E,i) oder der Reflektanzwerte (U_R,i) bei einer Berechnung eines Temperaturwertes (T) verwendet werden, wobei der Versuchswert solange variiert wird, bis die Amplitude einer Restoszillation einer über die Zeit abgetragenen Kurve der gemäß eines der Ansprüche 1 bis 9 berechneten Temperaturwertes (T) minimal ist.
12. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer ersten optischen Messeinrichtung zur Messung des Emissionswertes (U_E,i), einer zweiten optischen Messeinrichtung zur Messung des Reflektanzwertes (U_R,i) und einer Recheneinrichtung zur Berechnung eines Temperaturwertes (T_i), dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung eingerichtet ist mittels einer Transformation gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 entweder von den Emissionswerten (U_E,i) oder von den Reflektanzwerten (U_R,i) transformierte Werte $\left(U_i^{*}\right)$

    

    zu bilden und diese anstelle der Emissionswerte (U_E,i) oder der Reflektanzwerte (U_R,i) bei der Berechnung des Temperaturwertes (T_i) zu verwenden.
13. CVD-Reaktor mit einer Temperiereinrichtung zum Temperieren eines Substrates, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Bestimmung des Temperaturwertes (T_i) der Substrattemperatur gemäß Anspruch 12.
14. Verfahren, Vorrichtung oder CVD-Reaktor, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.

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