DE102022130987A1

DE102022130987A1 - Verfahren zum Einrichten eines CVD-Reaktors

Info

Publication number: DE102022130987A1
Application number: DE102022130987.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Sebald Lauffer; Hassan Larhrib; Ilio Miccoli
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2022-11-23
Filing date: 2022-11-23
Publication date: 2024-05-23
Also published as: WO2024110279A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage der Änderung von Werten (λi) einer Schichteigenschaft oder einer lokalen Größe an einem Lagerplatz (5'), an dem eine Schicht auf einem Substrat (7) abgeschieden wird. Wird ein individueller Behandlungsparameter (qi) an einem Lagerplatz (5') geändert, so ändern sich nicht nur auf den individuellen Parameter (qi) am Lagerplatz (5') zurückzuführende Werte, sondern auch die Werte (λi) an anderen Lagerplätzen (5'). Das Verfahren schlägt das Abscheiden von Startschichten mit individuellen Startparametern(qiS)vor und das Abscheiden von Testschichten mit davon verschiedenen Testparametern(qiS).Aus ermittelten Startwerten(λiS)und Testwerten(λiT)kann eine Empfindlichkeitsmatrix (Si, j) gebildet werden, deren Elemente jeweils den Einfluss einer Änderung eines jeden der individuellen Parameter (qi) auf jeden der Werte (λi) der Schichteigenschaft oder lokalen Größe angeben. Durch Invertieren der Empfindlichkeitsmatrix (Si, j) können auch Korrekturparameter (Δqi) berechnet werden, um individuelle Parameter (qi) voreinzustellen, mit denen vorgegebene Zielwerte(λiZ)erreicht werden können.

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage der Änderung von Zielwerten einer Schichteigenschaft von auf mehreren an örtlich verschiedenen Lagerplätzen in einer Prozesskammer angeordneten Substraten abgeschiedenen Schichten oder Schichtenfolgen oder einer das Schichtwachstum beeinflussenden lokalen Größe am Lagerplatz. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Einrichten einer Vorrichtung zum gleichzeitigen Abscheiden jeweils einer Schicht oder Schichtfolge auf mehreren Substraten in einer Prozesskammer, wobei nach vorgegebenen Behandlungsparametern in die Prozesskammer Gase eingespeist und/ oder in der Prozesskammer Temperaturen eingestellt werden, wobei die Behandlungsparameter den verschiedenen der Substrate individuell zugeordnete individuelle Parameter enthalten, die individuell veränderbar sind.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung mit einer Steuereinrichtung zum gleichzeitigen Abscheiden jeweils einer Schicht oder Schichtenfolge auf mehreren Substraten sowie ein Verfahren zum gleichzeitigen Abscheiden jeweils einer Schicht oder Schichtenfolge auf mehreren Substraten.
Stand der Technik
Die DE 10 2019104 433 A1 und DE 10 2020 107 517 A1 beschreiben einen derartigen CVD-Reaktor. Ein den Boden einer Prozesskammer bildender Suszeptor trägt in einer symmetrischen Anordnung um sein Zentrum eine Vielzahl von Substraten, die durch Einspeisen von Prozessgasen durch ein Gaseinlassorgan, das im Zentrum der Prozesskammer angeordnet ist, beschichtet werden. Hierzu wird der Suszeptor von unten her mit einer Heizeinrichtung aufgeheizt. Die Heizeinrichtung ist eine gekühlte RF-Spule. Zwischen der RF-Spule und der Unterseite des Suszeptors kann ein Temperiergas eingespeist werden, wobei die Einspeisung des Temperiergases derart erfolgt, dass es den Nettowärmetransport von der Heizeinrichtung zum Substrat individuell beeinflusst. Der Wärmefluss zu den einzelnen Substraten kann somit individuell mittels eines individuellen Parameters geändert werden.
Einen derartigen CVD-Reaktor beschreibt auch die DE 10 2018 124 957 A1 . Ein den Boden einer Prozesskammer bildender Suszeptor trägt in einer symmetrischen Anordnung um sein Zentrum eine Vielzahl von Substrathaltern, die auf Gaspolstern ruhen und ein oder mehrere Substrate tragen. Das Gaspolster wird von einem Temperiergas erzeugt, das in eine den Substrathalter aufnehmende Tasche des Suszeptors eingespeist wird. Durch die Höhe des Gaspolsters oder die thermische Leitfähigkeit des Temperiergases wird der Wärmetransport von der Heizeinrichtung zum Substrat individuell beeinflusst. Hierzu können die Temperiergasflüsse individuell durch individuelle Parameter eingestellt und geändert werden.
Die DE 10 2014 104 218 A1 und 10 2020 123 326 A1 beschreiben einen CVD-Reaktor, bei dem in eine Vorlaufzone vor einem Substrat individuell ein Spülgas eingespeist werden kann, dessen Fluss durch individuelle Parameter einstellbar ist.
Es wurde beobachtet, dass eine Änderung eines dieser individuellen Parameter nicht nur eine Änderung eines Wertes einer Schichteigenschaft der mit dem geänderten individuellen Parameter abgeschiedenen Schicht oder Schichtenfolge verursacht, sondern auch eine Änderung eines Wertes der Schichteigenschaft einer auf einem anderen Substrat abgeschiedenen Schicht oder Schichtenfolge zur Folge hat. Unter Schichteigenschaften werden jegliche Eigenschaften einer auf einem Substrat abgeschiedenen Schicht oder Schichtenfolge verstanden. Eine Schichteigenschaft kann beispielsweise eine durch die Wachstumsrate der Schicht vorgegebene Schichtdicke sein, die an der abgeschiedenen Schicht gemessen werden kann. Eine andere Schichteigenschaft kann eine Schichtzusammensetzung sein. Eine Schicht kann beispielsweise dotiert sein oder aus mehr als zwei Bestandteilen bestehen, sodass die Schichtzusammensetzung durch die Menge des in die Schicht eingebauten Dotierstoffs oder durch das Verhältnis von die Schicht bildenden Elementen charakterisiert sein kann. Die Schicht kann eine einkristalline Schicht eines Verbindungshalbleiters sein, der mehr als zwei Komponenten aufweist, beispielsweise eine GaAlN-Schicht, bei der das Verhältnis von A1 zu Ga von den individuellen Parametern abhängen kann. Eine Schichteigenschaft kann aber auch eine Eigenschaft einer Schichtenfolge sein, beispielsweise wenn Vertikal-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL-Dioden) hergestellt werden. Dabei werden jeweils aus einer Vielzahl von Schichten bestehende Bragg-Reflektoren abgeschieden, bei denen die Schichtdicke und die Schichtzusammensetzung einen erheblichen Einfluss auf die Wellenlänge der VCSEL-Dioden hat. Es wurde beobachtet, dass bereits geringste Temperaturunterschiede an in der Prozesskammer benachbart angeordneten Substraten oder geringste Unterschiede in den Wachstumsraten zu nicht tolerablen Abweichungen der Wellenlängen von einer Sollwellenlänge führen. Eine Änderung eines Kühlgasflusses beziehungsweise eines einen Substrathalter tragenden Gaspolsterfluss hat Einflüsse auf das Wachstum von Schichten auf benachbarten Substraten, weil der individuelle geänderte Gasfluss zu Druck-Inhomogenitäten in der Prozesskammer führen kann beziehungsweise weil Verdünnungseffekte wirksam werden. Diese Kreuzabhängigkeiten werden als nachteilhaft angesehen.
Mit den den Lagerplätzen individuell zugeordneten individuellen Parametern können aber auch lokale Größen am Lagerplatz beeinflusst werden, wobei unter derartigen lokalen Größen technologisch relevante Umgebungsgrö-ßen, wie beispielsweise eine Temperatur, insbesondere eine Substrattemperatur, eine Strömungsgeschwindigkeit eines Gases oder ein Partialdruck eines Prozessgases verstanden wird. Wird mit dem individuellen Parameter gezielt die lokale Größe an einem Lagerplatz geändert, so führt dies auch zu Änderungen der lokalen Größe an einem anderen Lagerplatz. Die lokale Größe beeinflusst jeweils das Abscheiden der Schicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, mit denen diese Kreuzabhängigkeiten vermindert werden. Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einrichten eines CVD-Reaktors anzugeben, mit dem die Abweichungen von Werten der Schichteigenschaften, die auf benachbarten Substraten abgeschieden werden, zu minimieren. Selbiges gilt für Abweichungen von lokalen Größen untereinander. Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Vorhersage gemacht werden kann, wie sich Zielwerte einer Schichteigenschaft oder einer lokalen Größe am Lagerplatz ändern, wenn ein oder mehrere individuelle Parameter verändert werden. Der Erfindung liegt insbesondere weiter die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein CVD-Reaktor betrieben werden kann und einen CVD-Reaktor, der hinsichtlich der Toleranzen der Schichteigenschaften der verschiedenen Substrate optimiert ist.
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 sind.
Ausgangspunkt der Erfindung ist die Erkenntnis, dass eine Änderung eines individuellen Parameters nicht nur eine Änderung eines Wertes einer Schichteigenschaft der mit dem geänderten individuellen Parameter abgeschiedenen Schicht oder Schichtenfolge ist, sondern dass diese Änderung auch den Wert der Schichteigenschaft einer auf einem anderen Substrat abgeschiedenen Schicht oder Schichtenfolge zur Folge hat beziehungsweise die Erkenntnis, dass eine Änderung einer lokalen Größe durch eine lokale Änderung eines individuellen Parameters auch die lokalen Größen an anderen Lagerplätzen zur Folge hat. Der individuelle Parameter kann dabei jeglicher Behandlungsparameter sein, mit dem individuell ein Wert einer Schichteigenschaft eines Substrates beeinflussen kann. Der individuelle Parameter kann der Wert eines Spülgasflusses sein, der Wert eines Temperiergasflusses, die mechanische Position eines die Temperatur in der Prozesskammer beeinflussenden Körpers, der Massenfluss eines Precursors, sofern dieser Behandlungsparameter für zumindest einige der Substrate oder für einige jeweils mindestens ein Substrat tragende Substrathalter individuell geändert werden kann. Mit dem Massenfluss des Precursors kann die Schichtzusammensetzung und insbesondere ein Dotierstoffeinbau beeinflusst werden. Der individuelle Parameter kann insbesondere jeglicher Massenfluss oder Energiefluss, wie beispielsweise eine Heizleistung, sein. Bei dem Wert der Schichteigenschaft kann es sich um die oben genannte, von der Wachstumsrate und der Wachstumsdauer abhängige Schichtdicke, eine Schichtzusammensetzung oder um eine von der Schichtdicke und der Schichtzusammensetzung abhängige Wellenlänge handeln. Ziel des Verfahrens ist zunächst eine Vorhersage machen zu können, inwieweit eine Änderung eines vorrangig nur lokal wirksamen individuellen Parameters den Zielwert einer Schichteigenschaft oder einer lokalen Größe auch an anderen Lagerplätzen beeinflusst. Ein weiteres Ziel ist individuelle Korrekturparameter, individuelle Zielparameter oder individuelle Korrekturfaktoren anzugeben, mit denen individuelle Parameter, die beispielsweise von einem Rezept bereitgestellt werden, derart korrigiert werden, dass die oben genannten Kreuzabhängigkeiten weitgehend vermindert werden.
Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass Vorversuche angestellt werden, in denen die Kreuzreaktionen quantifiziert werden. So kann in einem ersten Vorversuch auf einer Vielzahl von ersten Substraten gleichzeitig mit einem ersten Satz von individuellen Startparametern jeweils eine Start-schicht oder eine Startschichtenfolge abgeschieden werden. Bevorzugt haben die individuellen Startparameter für alle Substrate oder Substrathalter denselben Wert. An den so abgeschiedenen Schichten oder Schichtenfolgen werden Werte von Schichteigenschaften ermittelt. Die Ermittlung der Werte der Schichteigenschaften kann außerhalb der Prozesskammer durchgeführt werden. Sie kann aber auch während des Abscheidens durch eine Insitu-Messung durchgeführt werden, beispielsweise indem mittels eines Spektrometers eine Lichtwellenlänge beobachtet wird. In einer Variante kann anstelle der Schichteigenschaft aber auch während des Abscheidens der Schicht eine lokale Größe an jedem Lagerplatz gemessen werden, beispielsweise eine Oberflächentemperatur des Substrates oder eine Oberflächentemperatur eines Substrathalters. In zumindest einem zweiten Vorversuch wird auf einer Vielzahl von zweiten Substraten ebenfalls gleichzeitig mit einem zweiten Satz von individuellen Parametern, nämlich Testparametern, jeweils eine Testschicht oder Test-Schichtenfolge abgeschieden. Die Testparameter unterscheiden sich von den Startparametern durch zumindest einen Wert. Bevorzugt haben die Werte der Testparameter bis auf einen Testparameter denselben Wert. Die Testparameter können sich von den Startparametern dadurch unterscheiden, dass nur ein einem einzigen Substrat oder Substrathalter zugeordneter Testparameter sich vom Startparameter unterscheidet und die übrigen Testparameter mit den Startparametern identisch sind. Bei einer symmetrischen Anordnung von Substraten oder Substrathaltern in der Prozesskammer kann es ausreichen, wenn nur ein zweiter Vorversuch durchgeführt wird, bei dem sich nur ein einziger Testparameter von den Startparametern unterscheidet. Ansonsten kann es erforderlich sein, für jeden individuellen Parameter des Satzes der individuellen Parameter einen zweiten Vorversuch durchzuführen, bei dem sich jeweils ein anderer, aber bevorzugt nur ein Testparameter vom Startparameter unterscheidet. Die in den ein oder mehreren zweiten Vorversuchen abgeschiedenen Schichten oder Schichtenfolgen werden dann gegebenenfalls außerhalb der Prozesskammer vermessen, wobei die Testwerte der Schichteigenschaften ermittelt werden. In der Variante kann anstelle der Schichteigenschaft aber auch während des Abscheidens der Schicht die lokale Größe an jedem Lagerplatz gemessen werden, beispielsweise die Oberflächentemperatur des Substrates oder eine Oberflächentemperatur des Substrathalters. Aus diesen Testparametern und Testwerten wird sodann eine Empfindlichkeitsmatrix erstellt. Ein Element der Empfindlichkeitsmatrix kann ein Quotient eines Differenzwertes sein. Wird bei einer symmetrischen Anordnung der Substrate oder Substrathalter nur ein zweiter Vorversuch durchgeführt, so braucht nur ein zweiter Vorversuch durchgeführt zu werden. Dieser liefert die Elemente der Empfindlichkeitsmatrix einer Spalte. Die Elemente der übrigen Spalten werden durch zyklisches Tauschen erzeugt. Zur Erzeugung eines Elementes der Empfindlichkeitsmatrix kann ein Quotient gebildet werden. Der Quotient besteht aus einem Differenzwert und der Parameterdifferenz, mit der sich der eine Testparameter vom Startwert unterscheidet.
Der Differenzwert kann auf verschiedene Weisen gebildet werden. In einer bevorzugten Variante der Erfindung wird eine Testantwort berechnet, wobei hierzu eine erste Differenz zwischen dem Startwert und einem Mittelwert aller Startwerte und eine zweite Differenz zwischen dem Testwert und einem Mittelwert aller Testwerte gebildet wird. Der Differenzwert ist dann die Differenz der ersten Differenz von der zweiten Differenz. Der Differenzwert kann aber auch eine Differenz zwischen dem Startwert und dem Testwert sein oder zumindest einen der beiden Mittelwerte enthalten. Die so gebildete Empfindlichkeitsmatrix bildet die Basis, um eine Vorhersage der Änderung der Zielwerte zu machen, die mit einer Variation eines individuellen Parameters einhergeht. Beispielsweise kann mit der Empfindlichkeitsmatrix nicht nur die Änderung des Zielwertes an dem Lagerplatz vorhergesagt werden, dem der individuelle Parameter lokal zugeordnet ist, also beispielsweise eine Wachstumsrate einer dort abgeschiedenen Schicht oder einer dortigen Temperatur. Mit der Empfindlichkeitsmatrix lässt sich darüber hinaus auch die Änderung des Wertes der Schichteigenschaft oder der lokalen Größe an jedem anderen Lagerplatz vorhersagen, also in welcher Weise der einem anderen Lagerplatz zugeordnete individuelle Parameter die Wachstumsrate der abgeschiedenen Schicht oder der Temperatur am anderen Lagerplatz beeinflusst.
Das zuvor beschriebene Verfahren liefert die Basis für ein Verfahren zur Einrichtung einer Vorrichtung zum gleichzeitigen Abscheiden von Schichten oder Schichtenfolgen auf an örtlichen Lagerplätzen in einer Prozesskammer angeordneten Substraten. In einem darauffolgenden Schritt wird die Empfindlichkeitsmatrix invertiert. Mit der invertierten Empfindlichkeitsmatrix und den Startwerten der Schichteigenschaften können dann die Korrekturparameter, die individuellen Zielparameter oder die individuellen Korrekturfaktoren gebildet werden. Die individuellen Parameter können Werte von Gasflüssen oder von Wärmeflüssen sein, die zu an verschiedenen Orten in derselben Prozesskammer angeordneten Substraten gerichtet sind. Die individuellen Parameter können aber auch Positionen von Körpern sein, mit denen Gasströmungen oder Wärmeflüsse innerhalb der Prozesskammer beeinflusst werden und die in einer Vielzahl vorgesehen sind, wobei diese Körper verschiedenen Substraten oder Substrathaltern individuell zugeordnet sind und individuell verlagert werden können. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besitzt ein in der Prozesskammer angeordneter Suszeptor eine Vielzahl von rotationssymmetrisch um ein Zentrum angeordnete Lagerplätze für Substrate oder Substrathalter, denen individuelle Parameter zugeordnet sind, wobei diese Parameter einen Spülgasfluss, einen Wärmefluss oder einen Prozessgasfluss zum Substrathalter beziehungsweise zum Lagerplatz beeinflussen. Die individuellen Korrekturparameter können durch eine Multiplikation der invertierten Empfindlichkeitsmatrix mit einem Korrekturwerte aufweisenden Vektor gebildet werden. Die Korrekturwerte können eine Differenz zwischen dem Startwert und einem Zielwert der Schichteigenschaften sein. Beispielsweise kann ein Zielwert eine bestimmte Schichtdicke, eine bestimmte Schichtzusammensetzung oder eine bestimmte charakteristische Wellenlänge einer Schichtenfolge, beispielsweise eines Bragg-Reflektors sein. Der Zielwert kann aber auch eine lokale Größe, wie eine am Lagerplatz messbare Temperatur oder Strömungsgeschwindigkeit oder ein Partialdruck eines Prozessgases sein. Im ersten Vorversuch können die individuellen Parameter, beispielsweise Gaspolster erzeugende Gasflüsse oder Temperiergasflüsse zu einzelnen Substrathaltern denselben Wert besitzen. Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren werden dann zunächst Korrekturwerte ermittelt, indem nach der Durchführung des ersten Vorversuchs eine Differenz mit den Startwerten und den Zielwerten gebildet wird. Durch die anschließende Ermittlung einer Empfindlichkeitsmatrix und deren Invertierung können Korrekturparameter gebildet werden. Mit diesen Korrekturparametern können die Startparameter derart korrigiert werden, dass in darauffolgenden Prozessen, in denen Schichten oder Schichtenfolgen mit den derart korrigierten Startparametern abgeschieden werden, gleiche Schichteigenschaften erreicht werden. Insbesondere lassen sich mit dem Verfahren auch die lokalen Größen auf einen einheitlichen Wert bringen oder individualisiert einstellen. Ein individueller Korrekturfaktor kann der Quotient einer Summe aus dem Startparameter und dem Korrekturparameter einerseits und dem Startwert andererseits sein. Mit einem derartigen Korrekturfaktor können dann von einem Rezept vorgegebene andere individuelle Parameter beaufschlagt, insbesondere multipliziert werden, um sie derart zu korrigieren, dass die Toleranzen der Schichteigenschaften vermindert werden. Das zuvor beschriebene Verfahren wird insbesondere zum Betrieb von Vorrichtungen verwendet, die in den DE 10 2019 104 433 A1 oder DE 10 2018 124 957 A1 beschrieben werden. Der individuelle Parameter kann somit ein Gasfluss oder eine Zusammensetzung eines Gasflusses sein, mit dem ein Gaspolster erzeugt wird, das einen Substrathalter trägt, der von unten her durch Beheizen eines Suszeptors mit einer Heizeinrichtung aufgeheizt wird. Der individuelle Parameter kann aber auch ein Gasfluss oder eine Zusammensetzung eines Gasflusses sein, mit dem ein Wärmetransport von einer Heizeinrichtung zu einem den Substrathalter tragenden Suszeptor beeinflussbar ist.
In Ausführungsbeispielen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Änderung eines individuellen Parameters nicht nur einen Wert, sondern zwei Werte gleichzeitig ändert, beispielsweise kann ein Temperiergasfluss sowohl einer Substrattemperatur als auch die Wachstumsrate oder die Wachstumsrate und gleichzeitig eine Schichtzusammensetzung beeinflussen. Ähnliches gilt für einen ein Gaspolster für einen drehangetriebenen Substrathalter bildenden Gasfluss. Die Größe dieses Gasflusses kann die Temperatur, die Wachstumsrate oder die Schichtzusammensetzung beeinflussen. Es können auch mehrere individuelle Parameter gleichzeitig gegeben sein, die verschiedene Werte, wie beispielsweise die Temperatur, die Wachstumsrate oder die Schichtzusammensetzung beeinflussen. Durch mehrmaliges Hintereinander-Anwenden des zuvor beschriebenen Verfahrens können Korrekturparameter für mehrere individuelle Parameter gebildet werden. Es ist aber auch möglich, mit einem Startparametersatz zu beginnen und Vorversuche mit verschiedenen Testparametersätzen durchzuführen, wobei in den verschiedenen Sätzen qualitativ verschiedene individuelle Parameter geändert werden. Ausgehend von einem durch die Startwerte definierten Arbeitspunkt des Systems kann somit jeweils eine Empfindlichkeitsmatrix erzeugt werden, die die Änderung des Wertes oder mehrerer Werte angibt, wenn der eine oder andere individuelle Parameter geändert wird.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht oder Schichtenfolge auf mehreren Substraten in einer Prozesskammer. Zu der Vorrichtung können Ventile und Massenfluss-Controller gehören, die wiederum einer Gasmischeinrichtung zugeordnet sind. In einem Reaktorgehäuse kann eine Prozesskammer angeordnet sein. In der Prozesskammer kann ein Suszeptor mehrere Lagerplätze für eine Mehrzahl von Substraten aufweisen. Mit einem Gaseinlassorgan können von einer Gasmischeinrichtung bereitgestellte Prozessgase nach einem in einer Steuereinrichtung gespeicherten Rezept in die Prozesskammer eingespeist werden. Die Steuereinrichtung ist darüber hinaus eingerichtet, nach vom Rezept vorgegebenen individuellen Parametern Gasflüsse oder Wärmeflüsse unabhängig voneinander an verschiedene Substrate oder ein oder mehrere Substrate tragende Substrathalter zu richten. Die Steuereinrichtung soll Korrekturfaktoren zur Korrektur der individuellen Parameter aufweisen. Diese können in einem Speicher der Steuereinrichtung gespeichert sein. Die Steuereinrichtung ist ferner so eingerichtet, dass die vom Rezept bereitgestellten individuellen Parameter mit den Korrekturfaktoren korrigiert werden. Die Steuereinrichtung kann einen Mikrocomputer oder einen Mikroprozessor aufweisen, der mit einem Programm programmierbar ist. Die Erfindung betrifft auch ein derartiges Programm. Die Korrekturfaktoren können dabei auch Elemente einer Matrix sein, wobei diese Matrix in der Regel nur Diagonal-Elemente aufweist. Mit dieser Korrekturmatrix können die individuellen Parameter multipliziert werden.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Abscheiden einer Schicht oder Schichtenfolge auf mehreren Substraten, bei dem die Korrekturfaktoren in der zuvor beschriebenen Weise ermittelt und in der Steuereinrichtung abgespeichert worden sind. Bei der Durchführung des Verfahrens werden individuelle Parameter verwendet, die zuvor mit den Korrekturfaktoren geändert worden sind.
Das System zum Abscheiden von Schichten auf Substraten arbeitet mit individuellen Parametern q_i, deren Änderung zu einer Änderung eines Wertes λ_i führt. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Startparameter $q_{i}^{s}$
als Vektor aufgefasst werden. $q_{i}^{s} = (\begin{matrix} q_{1}^{s} \\ ⋮ \\ q_{n}^{s} \end{matrix})$
Mit diesen Startparametern $q_{i}^{s}$
werden in den ersten Vorversuchen Schichteigenschaften mit den Startwerten $λ_{i}^{s}$
ermittelt, die ebenfalls als Vektor aufgefasst werden können $λ_{i}^{s} = (\begin{matrix} λ_{1}^{s} (q_{1}^{s}) \\ ⋮ \\ λ_{n}^{s} (q_{n}^{s}) \end{matrix})$
Die Startwerte $λ_{i}^{s}$
unterscheiden sich von den Zielwerten $λ_{i}^{z} .$
Bei den Zielwerten handelt es sich beispielsweise um Vorgaben, beispielsweise von Wellenlängen, die ein Bragg-Reflektor als Eigenschaft haben soll. In der Regel haben alle Zielwerte $λ_{i}^{z}$
den gleichen Wert. Bei den Zielwerten kann es sich aber auch um lokale Größen an den Lagerplätzen handeln, an denen die Substrate in der Prozesskammer gelagert sind. Es kann sich beispielsweise um eine Temperatur handeln. Unter dem Begriff Zielwert wird aber auch ganz allgemein der Wert einer Schichteigenschaft oder einer lokalen Größe am Lagerplatz verstanden, der sich bei einem bestimmten Startparameter-Satz (Vektor) einstellt.
Im Folgenden wird ein Beispiel eines Verfahrens beschrieben, wie Korrekturwerte Δλ_i ermittelt werden können.
Aus diesen Zielwerten und Startwerten werden die Korrekturwerte Δλ_i nach der folgenden Gleichung berechnet. $λ_{i}^{z} = λ_{i}^{s} + Δ λ_{i}$
Das Ziel des Verfahrens ist die Ermittlung von Zielparametern $q_{i}^{z}$
mit denen sich Schichten oder Schichtenfolgen abscheiden lassen, deren Schichteigenschaften, also beispielsweise Wellenlängen, den Zielwert $λ_{i}^{z}$
erreichen. Ein Zwischenziel des Verfahrens ist die Ermittlung von Korrekturparameter Δq_i, mit denen aus den Startparametern $q_{i}^{s}$
die Zielparameter $q_{i}^{z}$
berechnet werden können, beispielsweise nach der folgenden Gleichung $q_{i}^{z} = q_{i}^{s} + Δ q_{i}$
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst aber auch eine diesbezügliche Vorstufe, in der zunächst nur Vorhersagen über die Änderungen der Werte λ_i gemacht werden können.
In den zweiten Vorversuchen werden Testparameter $q_{i}^{T}$
verwendet, die ebenfalls als Vektor aufgefasst werden können. $q_{i}^{T} = (\begin{matrix} q_{0} \\ ⋮ \\ q_{0} - Δ_{q} \\ ⋮ \\ q_{0} \end{matrix})$
Dabei werden bis auf ein Element des Vektors alle Elemente des Vektors auf dem gleichen Wert eines einheitlichen Parameters q₀ gehalten. Nur ein Element des Vektors unterscheidet sich von allen anderen Elementen des Vektors durch eine Parameterdifferenz Δq vom einheitlichen Parameter q₀ .
Bevorzugt hat der einheitliche Parameter den Wert des Startparameters $q_{0} = q_{0}^{S}$
Durch Vermessen der bei den zweiten Vorversuchen abgeschiedenen Schichten oder Schichtenfolgen werden dann Testwerte $λ_{i}^{T}$
ermittelt, die ebenfalls als Vektor aufgefasst werden können. In analoger Weise können während der zweiten Vorversuche auch die lokalen Größen gemessen werden. $λ_{i}^{T} = (\begin{matrix} λ_{1}^{T} (q_{0}^{T}) \\ ⋮ \\ λ_{j}^{T} (q_{0}^{T} - Δ q) \\ ⋮ \\ λ_{n}^{T} (q_{0}^{T}) \end{matrix})$
Besitzt die Vorrichtung eine nicht symmetrische Anordnung von Lagerplätzen für Substrate, so kann es erforderlich sein, der Anzahl der Lagerplätze entsprechende zweite Vorversuche durchzuführen, bei denen jeweils ein anderes Element des Vektors der Testparameter vom einheitlichen Parameter verschieden ist. Bei einer symmetrischen Anordnung braucht jedoch nur eine Spalte einer Testwertmatrix ermittelt werden. Die anderen Spalten ergeben sich dann durch eine Konjunktion der Testwerte in der oben beschriebenen Weise, nämlich durch zyklisches Tauschen. $λ_{i}^{T} (q_{j}^{T}) = [\begin{matrix} λ_{1}^{T} (q_{1}^{T} - Δ q) & \dots & λ_{1}^{T} (q_{1}^{T}) \\ ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ λ_{n}^{T} (q_{n}^{T}) & \dots & λ_{n}^{T} (q_{n}^{T} - Δ q) \end{matrix}]$
Aus dieser Testwertmatrix kann auf verschiedene Weisen eine Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} erstellt werden, wobei jedes Element der Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} eine Änderung des Testwertes bei einer Änderung eines individuellen Parameters darstellt.
In einer ersten Alternative wird zur Erstellung der Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} ein Mittelwert der Startwerte $\bar{λ^{S}}$
und ein Mittelwert der Testwerte $\bar{λ^{T}}$
verwendet. $\bar{λ^{S}} = \frac{1}{n} \sum λ_{i}^{S}$
$\bar{λ^{T}} = \frac{1}{n} \sum λ_{i}^{T}$
Aus diesen beiden Mittelwerten $\bar{λ^{S}} \bar{λ^{T}}$
wird eine Testantwort $λ_{i}^{T A}$
wie folgt gebildet $λ_{i}^{T A} = (λ_{i}^{S} - \bar{λ^{S}}) - (λ_{i}^{T} - \bar{λ^{T}})$
Mit diesen Testantworten lässt sich die Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} wie folgt berechnen: $S_{i, j} = [\begin{matrix} \frac{λ_{1}^{T A} (q_{0} - Δ q)}{Δ q} & \dots & \frac{λ_{1}^{T A} (q_{0})}{Δ q} \\ ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ \frac{λ_{n}^{T A} (q_{0})}{Δ q} & \dots & \frac{λ_{n}^{T A} (q_{0} - Δ q)}{Δ q} \end{matrix}]$
Alternativ dazu lässt sich die Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} aber auch wie folgt berechnen $S_{i, j} = [\begin{matrix} \frac{λ_{1}^{T} (q_{1}^{T} - Δ q) - λ_{1}^{S}}{Δ q} & \dots & \frac{λ_{1}^{T} (q_{1}^{T}) - λ_{1}^{S}}{Δ q} \\ ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ \frac{λ_{n}^{T} (q_{n}^{T}) - λ_{n}^{S}}{Δ q} & \dots & \frac{λ_{n}^{T} (q_{n}^{T} - Δ q) - λ_{n}^{S}}{Δ q} \end{matrix}]$
oder es lässt sich die Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} wie folgt berechnen $S_{i, j} = [\begin{matrix} \frac{λ_{1}^{T} (q_{0} - Δ q) - λ_{1}^{S}}{Δ q} & \dots & \frac{λ_{1}^{T} (q_{0}) - λ_{1}^{S}}{Δ q} \\ ⋮ & ⋱ & ⋮ \\ \frac{λ_{n}^{T} (q_{0}) - λ_{n}^{S}}{Δ q} & \dots & \frac{λ_{n}^{T} (q_{0} - Δ q) - λ_{n}^{S}}{Δ q} \end{matrix}]$
Die Testparameter $q_{i}^{T}$
entsprechen bevorzugt jeweils dem einheitlichen Parameter q₀.
Mithilfe einer derartig erstellten Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} kann eine Vorhersage über einen Wert λ_i gemacht werden etwa wie folgt $λ_{i} \leftarrow S_{i, j} Δ q_{i}$
Die Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} verknüpft die Korrekturwerte Δλ_i und Korrekturparameter Δq_i wie folgt $Δ λ_{j} = S_{i, j} Δ q_{i}$
Durch eine Invertierung der Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} in eine invertierte Empfindlichkeitsmatrix $S_{i, j}^{- 1}$
$S_{i, j}^{- 1} = I N V (S_{i, j})$
Es lassen sich dann die Korrekturparameter Δq_i direkt aus den Korrekturwerten Δλ_i berechnen $Δ q_{j} = S_{i, j}^{- 1} Δ λ_{i}$
Daraus können Korrekturfaktoren k_i wie folgt berechnet werden $k_{i} = \frac{q_{i}^{S} + Δ q_{i}}{q_{i}^{S}}$
Mit den Korrekturfaktoren k_i lassen sich dann die Zielparameter $q_{i}^{Z}$
wie folgt berechnen, wobei $q_{i}^{S}$
der vom Rezept vorgegebene Startparameter ist. $q_{i}^{Z} = q_{i}^{S} k_{i}$
Mit diesen Korrekturfaktoren k_i können in späteren Produktionsverfahren nach einem Rezept vorgegebene individuelle Parameter multipliziert werden, um sie zu korrigieren.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, mit dem eine Vorhersage der Änderung von zwei verschiedenen Zielwerten $λ_{i}^{Z}, λ'_{i}^{Z}$
gemacht werden soll, wobei zwei oder mehr Zielwerte jeweils eine Schichteigenschaft von auf mehreren an örtlich verschiedenen Lagerplätzen in einer Prozesskammer angeordneten Substraten sein kann oder jeweils eine das Schichtwachstum beeinflussende lokale physikalische Größe wie eine Umgebungseigenschaft am Lagerplatz. Es ist auch vorgesehen, dass ein erster Zielwert $λ_{i}^{Z}$
eine Schichteigenschaft, beispielsweise eine Schichtdicke oder eine Wellenlänge eines Bragg-Spiegels sein kann. Der zweite Zielwert $λ'_{i}^{Z}$
kann eine lokale Größe am Lagerplatz sein, beispielsweise eine Temperatur, beispielsweise eine Substrattemperatur. Zur Durchführung einer derartigen Variante des Verfahrens kann das zuvor beschriebene Verfahren mehrfach hintereinander durchgeführt werden. Bei einer ersten Variante kann vorgesehen sein, dass in einem ersten Vorversuch mit einem Satz von Startparametern $q_{i}^{S}$
Startwerte $λ_{i}^{S}, λ'_{i}^{S}$
sowohl des ersten Werts der Schichteigenschaft oder lokalen Größe und des zweiten Werts der Schichteigenschaft der lokalen Größe ermittelt werden. In weiteren Vorversuchen werden dann die individuellen Parameter q_i in der zuvor beschriebenen Weise variiert, sodass eine erste Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} gewonnen wird, mit der eine Vorhersage der Änderung von ersten Werten λ_i gemacht werden kann, wenn sich ein erster individueller Parameter q_i ändert, und eine zweite Empfindlichkeitsmatrix S'_{i, j} gewonnen wird, mit der eine Vorhersage der Änderung von zweiten Werten λ'_i gemacht werden kann, wenn sich ein zweiter individueller Parameter q_i ändert. Mit einer derartigen Variante kann somit beispielsweise die Änderung einer Schichtdicke beziehungsweise Wachstumsrate der Schicht auf die Dicke eines Gaspolsters und die Änderung einer Oberflächentemperatur des Substrates auf einen Temperiergasfluss ermittelt werden.
Es ist ebenfalls vorgesehen, dass zwei (oder mehr) verschiedene Parameter q_i und q_i gleichzeitig, aber in unterschiedlicher Stärke Einfluss auf zwei oder mehr verschiedene Zielwerte $λ_{i}^{Z}, λ'_{i}^{Z}$
haben. Diese Parameter können beispielsweise ein zum Drehantreiben eines Substrathalters verwendetes Gas (Rotationsgasfluss) und ein Temperiergas sein, wobei beide Parameter unterschiedlich starken Einfluss sowohl auf die Schichtdicke als auch auf die Temperatur haben können. Auch ist es Ziel dieses Verfahrens, gegebenenfalls nur den Einfluss mehrerer Parameter auf einen Zielwert zu betrachten, beispielsweise auf die Schichtdicke. Dazu wird entsprechend eine Matrix S_{i, j} für das die Rotation erzeugende Gas und eine Matrix S'_{i, j} für das Temperiergas bestimmt. Sodann werden mit einer Methode (nicht Gegenstand dieses Verfahrens) beispielsweise die Parameter des Temperiergases so bestimmt/verstellt, dass ein gewünschtes Substrattemperatur-Profil unter der gegebenen initialen Temperatur-Abweichung erzielt wird. Mit der Matrix S'_{i, j} wird dann der Effekt der Parameteränderung des Temperiergases auf den Zielwert Schichtdicke vorhergesagt. Dieser zunächst unbeabsichtigte und unerwünschte sekundäre Effekt des Temperiergases auf den Zielwert Schichtdicke kann dann anschließend bei der Bestimmung der Korrekturwerte für das die Rotation erzeugende Gas mittels der Matrix $S_{i, j}^{- 1}$
in Gleichung 18 durch Addition zu den Korrekturwerten Δλ_i berücksichtigt werden und mit den Korrekturparametern der Rotationsgasflüsse minimiert werden.
Es ist deshalb auch vorgesehen, dass zur Vorhersage der Änderung der Werte der Schichteigenschaft beziehungsweise der lokalen Größe in weiteren ein oder mehreren dritten Vorversuchen auf einer Vielzahl von dritten Substraten gleichzeitig mit einem dritten Satz von einem anderen individuellen Parameter zugeordneten zweiten Testparametern, die von den ersten Testparametern verschieden sind, jeweils eine zweite Testschicht oder zweite Testschichtfolge abgeschieden wird. Bei den zweiten Vorversuchen kann beispielsweise der Massenfluss des Gases, der das Gaspolster erzeugt, auf dem der Substrathalter liegt beziehungsweise der den Substrathalter in Drehung versetzt, geändert werden. Der Wert kann hierbei die Schichtdicke und/oder die Temperatur sein. Beim Abscheiden der zweiten Testschichten kann der Massenfluss des Temperiergases verändert werden. Als Wert kann auch hier die Schichtdicke und/oder die Temperatur ermittelt werden. An den zweiten Testschichten oder Testschichtfolgen werden dann zweite Testwerte derselben Schichteigenschaft, also beispielsweise der Schichtdicke oder aber auch der Schichtzusammensetzung gemessen, oder es werden zweite lokale Größen, wie beispielsweise die Temperatur des Substrates, gemessen. Aus den zweiten Testwerten der Schichteigenschaft oder der lokalen Größe werden dann die zweiten Empfindlichkeitsmatrizen S'_{i, j} gebildet. Auf diese Weise können Vorhersagen gemacht werden, inwieweit zwei voneinander verschiedene Parameter, also beispielsweise wie der Massenfluss das Gaspolster erzeugenden Gases oder der Massenfluss des Temperiergases dieselbe Schichteigenschaft oder dieselbe lokale Größe gegebenenfalls verschieden stark beeinflussen.
Es ist aber auch möglich, das zuvor beschriebene Verfahren mehr-fach hintereinander auszuführen und jeweils nach der Beendigung eines Verfahrensschritts in jeweils einem ersten Vorversuch Startwerte zu ermitteln.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine Draufsicht auf einen Suszeptor 3 eines CVD-Reaktors,
2 den Schnitt gemäß der Linie II-II in 1.

Beschreibung der Ausführungsformen
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Beschichtung insbesondere Halbleitersubstraten mit Halbleiterschichten besitzt ein Reaktorgehäuse 1, das evakuierbar ist und in dem sich eine Prozesskammer 2 befindet, und welches aus Edelstahl bestehen kann.
Unterhalb einer oberen Wand des Gehäuses 1 befindet sich eine Prozesskammerdecke 14, die im Ausführungsbeispiel gekühlt werden kann, wozu Kühlkanäle eine Kühleinrichtung 15 ausbilden. In der Mitte der Prozesskammer 2 befindet sich ein Gaseinlassorgan 9 mit Gasaustrittsöffnung zum Austritt von Prozessgasen. Die Prozessgase können Hydride der Elemente der V. Hauptgruppe und metallorganische Verbindungen von Elementen der III. Hauptgruppe sein. Diese werden zusammen mit einem Trägergas, das beispielsweise Wasserstoff sein kann, vom zentralen Gaseinlassorgan 9 aus in die Prozesskammer 2 eingespeist. Das Prozessgas und das Trägergas durchströmen die Prozesskammer 2 in radialer Richtung von innen nach außen. Um den äußeren Rand des Suszeptors 3 erstreckt sich ein Gasauslassorgan 10. Durch dieses Gasauslassorgan 10 können Abgase mit einer nicht dargestellten Vakuumpumpe aus der Prozesskammer 2 abgepumpt werden.
Der der Prozesskammerdecke 14 gegenüberliegende Boden der Prozesskammer 2 wird von einer Oberseite 3' des Suszeptors 3 ausgebildet.
Auf der Oberseite 3' des Suszeptors 3 befinden sich mehrere Lagerplätze 5' jeweils für ein Substrat, wobei die Lagerplätze 5' symmetrisch um ein Zentrum des Suszeptors 3 angeordnet sind. Es kann auch möglich sein, dass auf jedem der Lagerplätze 5' mehrere Substrate angeordnet sind.
Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel befindet' sich eine Vielzahl von Taschen 4, die einen Boden aufweisen, in den eine Zuleitung 8 mündet. In den Taschen 4 befindet sich jeweils ein Substrathalter 5, der ein Substrat 7 trägt. Durch Einspeisen eines Gases in die Zuleitung 8 baut sich zwischen der Unterseite des Substrathalters 5 und dem Boden der Tasche 4 ein Gaspolster 6 auf, welches den Substrathalter 5 in der Schwebe hält und zusätzlich um eine Achse drehantreibt. Bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das Substrat 7 auch unmittelbar auf dem Suszeptor 3 aufliegen, sodass der Suszeptor 3 nur eine Vielzahl von Lagerplätzen für Substrate 7 aufweist.
Unterhalb der Unterseite 3" des Suszeptors 3 erstreckt sich eine Dichtplatte 12. Zwischen der Unterseite 3" unter Dichtplatte 12 bildet sich ein Spalt 13 aus. In den Spalt 13 münden an voneinander verschiedenen Radialpositionen Zuleitungen 16, 17. Eine Mündung 16' befindet sich radial innerhalb des um eine Drehachse 20 des Suszeptors 3 gelegten, durch die radial inneren Ränder der Taschen 4 verlaufenden Kreisbogenlinie. Eine zweite Mündung 17' der Zuleitung 17 befindet sich unterhalb einer Tasche 4. Bei anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung brauchen diese Mündungen 16', 17' nicht vorhanden sein oder es braucht nur eine dieser Mündungen 16', 17' vorhanden sein.
Unterhalb der Dichtplatte 12 befindet sich eine spiralförmige Spule, die eine Heizeinrichtung 11 ausbildet. Mit der Spule kann ein RF-Feld erzeugt werden, das im Suszeptor 3 Wirbelströme erzeugt, sodass sich der Suszeptor 3 aufheizt. Die Spule der Heizeinrichtung 11 ist hohl. Durch die Höhlung der Heizeinrichtung 11 kann ein Kühlmittel strömen. In anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann die Heizeinrichtung aber auch eine Widerstandsheizung sein, mit der der Suszeptor 3 aufgeheizt wird oder eine Strahlungsheizung, mit der der Suszeptor 3 durch Wärmestrahlung aufgeheizt wird.
Die Zuleitungen 8, 16, 17 sind mit einem Gasmischsystem verbunden, welches Massenfluss-Controller 18 und Ventile 19 aufweist, wobei die Ventile 19 und die Massenfluss-Controller 18 von einer Steuereinrichtung 22 gesteuert werden. Die Steuereinrichtung 22 kann einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor aufweisen, in dem ein Speicher angeordnet ist, der ein Programm enthält, mit dem die Massenflusscontroller 18 und die Ventile 19 nach einem ebenfalls in dem Speicher gespeicherten Programm gesteuert werden.
In jede der im Ausführungsbeispiel insgesamt fünf Taschen, die jeweils einen Substrathalter 5 auf einem Gaspolster 6 lagern, kann individuell ein Gasfluss durch individuelle Zuleitungen 8 eingespeist werden. Mit der Steuereinrichtung 22 können somit die Gaspolster 6 aller Substrathalter 5 individuell eingestellt werden. Durch den Massenfluss des das Gaspolster 6 bildenden Gases kann die Höhe des Gaspolsters 6 und damit der Abstand des Substrathalters 5 von dem Boden der Tasche 4 individuell eingestellt werden. Der Massenfluss dieses Gases hat nicht nur einen Einfluss auf die Temperatur der Oberfläche des vom Substrathalter 5 getragenen Substrates 7. Eine Änderung des Massenflusses führt auch zu einer Verdünnung des Prozessgases oberhalb des Substrates 7, da das in die Tasche 4 eingespeiste Prozessgas durch den randseitigen Spalt zwischen Substrathalter 5 und Wand der Tasche 4 in die Prozesskammer 2 strömt. Damit wird die Wachstumsrate der auf dem Substrat 7 abgeschiedenen Schicht beeinflusst. Dies hat zur Folge, dass auf den Substraten Schichten mit unterschiedlicher Schichtdicke abgeschieden werden.
Durch die Änderung der Temperatur des Substrates 7 kann sich die Schichtzusammensetzung einer auf dem Substrat abgeschiedenen ternären oder quaternären Halbleiterschicht ändern.
Unter jedem der Substrathalter 5 mündet beim Ausführungsbeispiel zumindest eine Gaszuleitung 16, 17, durch die ein Gas in den Spalt 13 eingespeist werden kann. Wird der Suszeptor 3 beim Betrieb um seine Achse 20 gedreht, so kann die Einspeisung des Gases durch die Mündungen 16', 17' synchronisiert mit der Drehung des Suszeptors 3 erfolgen. Der Gasfluss durch den Spalt 13 kann individuell so geändert werden, dass sich die Wärmeleitung zwischen dem beheizten Suszeptor 3 und der kalten Spule 11 ändert. Durch den damit sich ändernden Wärmefluss ändert sich die Temperatur des Substrates 7.
Mit den Ventilen 19 und den Massenfluss-Controllern 18 kann in die Zuleitungen 8,16,17 eine Mischung aus Gasen mit unterschiedlichen Wärmeleiteigenschaften eingespeist werden, beispielsweise eine einstellbare Mischung aus Stickstoff und Wasserstoff. Durch die Wahl des Mischungsverhältnisses kann der Wärmetransport durch Wärmeleitung entweder hin zum Substrathalter 5 oder weg vom Suszeptor 3 jeweils individuell unterhalb eines der Substrate 7 eingestellt werden.
Durch eine optionale Zuleitung 23, die radial innerhalb des Substrates 7 in der Oberseite 3' des Suszeptors 3 mit einer Mündung 23' mündet, kann ein weiteres Temperiergas eingespeist werden, das ebenfalls eine Mischung aus zwei Gasen mit unterschiedlichen Wärmeleiteigenschaften sein kann. Auch hier ist vorgesehen, dass jedem der Substrate 7 individuell eine Mündung 23' zugeordnet ist, aus der eine individuelle Gasmischung oder ein individueller Gasfluss in die Prozesskammer 2 eingespeist werden kann.
In die Mündung 23' kann in einer Variante der Vorrichtung beziehungsweise eines Verfahrens auch ein reaktives Gas eingespeist werden.
Die Erfindung betrifft sowohl Vorrichtungen, die vier der zuvor beschriebenen Zuleitungen 8, 16, 17, 23 besitzt, als auch Vorrichtungen, die nur eine oder weniger als vier der zuvor beschriebenen Zuleitungen 8, 16, 17, 23 besitzt. Zur Ausübung des Verfahrens reicht grundsätzlich aus, wenn nur jeweils ein Satz dieser Zuleitungen realisiert ist.
Für die Fertigung von VCSEL-Dioden ist eine präzise Kontrolle der Wachstumsrate sowie eine präzise Kontrolle der Materialzusammensetzung für jedes einzelne der Substrate 7 von großer Bedeutung. Diese Größen haben einen direkten Einfluss auf die Wellenlänge des von den Dioden emittierten Lichts. Die auf den Substraten 7 abgeschiedenen Schichtenfolgen bilden Bragg-Spiegel aus. Hier ist die Materialzusammensetzung, die durch die Temperatur bestimmt wird, eine kritische Größe. Weiter ist dort die einzelne Schichtdicke, die durch die Wachstumsrate bestimmt wird, eine kritische Größe. Bereits kleinste Abweichung zwischen den einzelnen Wafern führen zu fehlerhaften Ergebnissen bei der Produktion. Das Verfahren ist aber nicht nur auf die Fertigung von Schichtenfolgen zur Bildung eines Bragg-Spiegels beschränkt, sondern betrifft auch die Fertigung von Schichten oder Schichtenfolgen für andere Bauelemente.
Es wurde herausgefunden, dass die Änderung eines der durch die Zuleitungen 8, 16, 17, 23 strömenden Gasflusses nicht nur die Materialzusammensetzung beziehungsweise die Wachstumsrate der auf dem jeweils zugeordneten Substrat 7 abgeschiedenen Schicht oder Schichtenfolge beeinflusst, sondern durch Kreuzeffekte auch die Materialzusammensetzung beziehungsweise die Wachstumsrate auf anderen Substraten 7.
Diese Gasströme beziehungsweise Mischungsverhältnisse der Gase werden innerhalb dieser Offenbarung als individuelle Parameter bezeichnet. Die Materialzusammensetzung beziehungsweise die Wachstumsrate wird innerhalb dieser Offenbarung mit Wert bezeichnet.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht unter anderem darin, für durch ein Rezept vorgegebene individuelle Parameter, wie Gasflüsse oder Mischungsverhältnisse der Gase, Zielparameter $q_{i}^{Z}$
aufzufinden, um Zielwerte $λ_{i}^{Z}$
für die Materialzusammensetzung, die Schichtdicke oder bei VCSEL-Dioden die Wellenlänge zu erreichen.
Ein Verfahren zur Einrichtung eines CVD-Reaktors mit dem Schichtfolgen auf den Substraten 7 abgeschieden werden, die einen Bragg-Spiegel bilden, der möglichst eine einheitliche Wellenlänge besitzt, werden in einem ersten Vorversuch unkorrigierte Flüsse eines Temperiergases durch zumindest eine der zuvor beschriebenen Zuleitungen 8, 17, 16, 23 eingespeist. Es werden beispielsweise die folgenden Gasflüsse mit einem einheitlichen Parameter q₀ eingestellt.
Es werden beispielsweise die folgenden Gasflüsse mit einem einheitlichen Parameter λ_i eingestellt: $q_{i}^{S} = (\begin{matrix} 400 sccm \\ 400 sccm \\ 400 sccm \\ 400 sccm \\ 400 sccm \end{matrix})$
Die im Ausführungsbeispiel fünf Substrate werden anschließend vermessen, wobei die Wellenlänge der Bragg-Reflektoren ermittelt wird. Es werden die folgenden Wellenlängen von Startwerten $λ_{i}^{S}$
ermittelt $λ_{i}^{S} = (\begin{matrix} 618,2 nm \\ 615,3 nm \\ 616,3 nm \\ 616,6 nm \\ 617,7 nm \end{matrix})$
In einem zweiten Vorversuch werden weitere fünf Substrate mit einer Schichtenfolge beschichtet, wobei die Gasflüsse jetzt allerdings nicht untereinander gleich sind. Zumindest ein Gasfluss wird um eine Parameterdifferenz Δq vermindert. Es wird beispielsweise der folgende Testparameter-Satz verwendet. $q_{i}^{T} = (\begin{matrix} 150 sccm \\ 400 sccm \\ 400 sccm \\ 400 sccm \\ 400 sccm \end{matrix})$
Auch diese Substrate werden hinsichtlich der Wellenlänge der Bragg-Reflexion vermessen, wobei die folgenden Testwerte $λ_{i}^{T}$
gemessen werden: $λ_{i}^{T} = (\begin{matrix} 623,9 nm \\ 613,5 nm \\ 612,3 nm \\ 612,0 nm \\ 610,9 nm \end{matrix})$
Unter Verwendung der Gleichungen 9 und 10 werden dann Mittelwerte der Startwerte $\bar{λ^{S}}$
und Mittelwerte der Testwerte $\bar{λ^{T}}$
ermittelt. Mithilfe dieser Mittelwerte und der gemessenen Wellenlängen werden sodann Testantworten $λ_{i}^{T A}$
gemäß der Gleichung 11 ermittelt.
Beim Abscheiden der Schichtenfolge im zweiten Vorversuch wurde ein Gasfluss von 400 sccm um Δq verändert auf 150 sccm. Eine Spalte einer Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} hat dann die folgende Form $S_{i} = \frac{λ_{i}^{T A}}{Δ q} = (\begin{matrix} - 0,0322 nm / sccm \\ - 0,0021 nm / sccm \\ 0,0069 nm / sccm \\ 0,0093 nm / sccm \\ 0,0180 nm / sccm \end{matrix})$
Beim Ausführungsbeispiel sind die Substrathalter 5 und die Mündungen 16', 17', 8', 23' symmetrisch zur Drehachse 20 angeordnet, sodass davon auszugehen ist, dass die Änderung zu einem der Substrate 7 zugeordneten individuellen Parameter dieselbe ist, wie die Änderung der zu jedem der Substrate 7 zugeordneten individuellen Parameter. Die weiteren Spalten der Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} können dann wie in der folgenden Tabelle gezeigt durch zyklisches Vertauschen erstellt werden.
Durch Bilden einer invertierten Empfindlichkeitsmatrix $S_{i, j}^{- 1}$
können mit dem oben beschriebenen Verfahren und den der Gleichung 19 angegebenen Korrekturwerten Δλ_i Korrekturparameter Δq_i berechnet werden $Δ q_{j} = (\begin{matrix} 17,4 sccm \\ - 43,8 sccm \\ - 1,1 sccm \\ 2,9 sccm \\ 24,7 sccm \end{matrix})$
Mit diesen Korrekturparametern Δq_i können dann mit der in Gleichungen 19 und 20 angegebenen Beziehung Zielparameter $q_{i}^{Z}$
in Form von korrigierten Flüssen zu den Mündungen 8', 16', 17', 23' eingestellt werden.
Diese Korrekturwerte Δλ_i und Zielparameter $q_{i}^{Z}$
können im Speicher der Steuereinrichtung 22 gespeichert werden.
In einer Variante des Verfahrens kann beispielsweise nach dem ersten Vorversuch, der mit dem in der Gleichung 21 angegebenen Parametervektor durchgeführt worden ist, auch ein Vektor von zweiten Startwerten $λ'_{i}^{S}$
aufgestellt werden, während die ersten Werte λ_i die Bragg-Reflektionen sind, können die zweiten Werte λ'_i Temperaturen sein. Nach dem zweiten Vorversuch, der beispielsweise in der Gleichung 23 angegebenen Testparametern durchgeführt wurde, können zweite Testwerte $λ'_{i}^{T}$
ermittelt werden. Analog dem zuvor beschriebenen Verfahren kann dann eine zweite Empfindlichkeitsmatrix S'_{i, j} erstellt werden. Nach dem Bilden einer zweiten invertierten Empfindlichkeitsmatrix können mit dem oben beschriebenen Verfahren weitere Korrekturwerte, Korrekturparameter etc. berechnet werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass ein Wert λ_i, beispielsweise eine Bragg-Reflektion oder eine Schichtdicke oder eine Temperatur, die während des Verfahrens gemessen wird, von zwei verschiedenen individuellen Parametern λ_i beeinflusst wird. Beispielsweise können diese Werte λ_i sowohl von einem ein Gaspolster 6 ausbildenden Massenfluss als auch von einem durch den Spalt 13 fließenden Massenfluss eines Temperiergases beeinflusst werden. Die Werte λ_i können dabei unterschiedlich stark von den verschiedenen individuellen Parametern q_i beeinflusst werden. Bei dieser Variante werden ebenfalls zweite Testwerte $λ'_{i}^{T}$
ermittelt und in analoger Weise zweite Empfindlichkeitsmatrizen S'_{i, j} ermittelt. Damit können dann Vorhersagen gemacht werden, inwieweit die verschiedenen individuellen Parameter q_i die Werte λ_i gegebenenfalls unterschiedlich stark beeinflussen.
Durch Bilden ein oder zwei invertierter Matrizen $S_{i, j}^{- 1}$
kann darüber hinaus auch eine Parameteroptimierung durchgeführt werden.
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 in einem ersten Vorversuch auf einer Vielzahl von ersten Substraten 7 gleichzeitig mit einem ersten Satz von individuellen Startparametern $q_{i}^{S}$
jeweils eine Start-Schicht oder Start-Schichtfolge abgeschieden wird, dass an den Start-Schichten oder Start-Schichtenfolgen Startwerte $λ_{i}^{S}$
der Schichteigenschaft ermittelt werden oder beim Abscheiden der Start-Schichten oder Start-Schichtenfolgen Startwerte $λ_{i}^{S}$
der lokalen Größe gemessen werden, dass in ein oder mehreren zweiten Vorversuchen auf einer Vielzahl von zweiten Substraten 7 gleichzeitig mit einem zweiten Satz von individuellen Testparametern $q_{i}^{T}$
jeweils eine Test-Schicht oder Test-Schichtenfolge abgeschieden wird, dass an den Test-Schichten oder Test-Schichtenfolgen Testwerte $λ_{i}^{T}$
der Schichteigenschaft ermittelt werden oder beim Abscheiden der Test-Schichten oder Test-Schichtenfolgen Testwerte $λ_{i}^{T}$
der lokalen Größe gemessen werden, und dass zumindest aus den Testwerten $λ_{i}^{T}$
der Schichteigenschaft oder der lokalen Größe zumindest eine Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} gebildet wird, deren Elemente jeweils den Einfluss einer Änderung eines jeden der individuellen Parameter q_i auf jeden der Werte λ_i der Schichteigenschaft oder der lokalen Größe angeben.
Ein Verfahren zur Einrichtung einer Vorrichtung zum gleichzeitigen Abscheiden von Schichten oder Schichtenfolgen auf an örtlich verschiedenen Lagerplätzen 5' in einer Prozesskammer 2 angeordneten Substraten 7, wobei nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 zumindest eine Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} gebildet wird, durch Invertieren der Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} eine invertierte Empfindlichkeitsmatrix $S_{i, j}^{- 1}$
gebildet wird und mit der invertierten Empfindlichkeitsmatrix $S_{i, j}^{- 1}$
individuelle Korrekturparameter Δq_i, individuelle Zielparameter $q_{i}^{Z}$
oder individuelle Korrekturfaktoren zur Korrektur der individuellen Parameter q_i gebildet werden, um vorgegebene Zielwerte $λ_{i}^{Z}$
der Werte λ_i zu erreichen.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die individuellen Parameter q_i Werte von Gasflüssen oder Wärmeflüssen sind, die zu an den verschiedenen Lagerplätzen 5' in derselben Prozesskammer 2 angeordneten Substraten 7 gerichtet sind.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung eine Mehrzahl gleichgestalteter Substrathalter 5 aufweist, die jeweils ein oder mehrere Substrate 7 tragen und die individuellen Parameter q_i einen Spülgasfluss, einen Wärmefluss oder einen Prozessgasfluss zum Substrathalter 5 beeinflussen.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei der Durchführung des ersten Vorversuchs die individuellen Startparameter $q_{i}^{S}$
untereinander denselben Wert besitzen.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei den ein oder mehreren zweiten Vorversuchen sich jeweils nur einer der individuellen Testparameter $q_{i}^{T}$
durch eine Parameterdifferenz Δq von allen anderen individuellen Testparametern $q_{i}^{T}$
unterscheidet.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Substrate 7 oder die Substrate 7 tragenden Substrathalter 5 oder die Substrate 7 tragenden Substrathalter 5 beziehungsweise die die Substrate 7 lagernden Lagerplätze in der Prozesskammer 2 symmetrisch angeordnet sind und nur ein zweiter Vorversuch durchgeführt wird, bei dem sich nur einer der individuellen Testparameter $q_{i}^{T}$
von den anderen, untereinander gleichen individuellen Testparametern $q_{i}^{T}$
durch eine Parameterdifferenz Δq unterscheidet, wobei mit den daraus gewonnenen Testwerten $λ_{i}^{T}$
der Schichteigenschaften eine erste Spalte der Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} gebildet wird und die übrigen Spalten der Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} durch zyklisches Tauschen der Testwerte $λ_{i}^{T}$
gebildet werden.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Bildung eines Elementes der Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} ein Quotient eines Differenzwertes und einer Parameterdifferenz Δq verwendet wird, wobei der Differenzwert eine Differenz zwischen dem Testwert $λ_{i}^{T}$
und einem Mittelwert λ der Startwerte $λ_{i}^{S},$
eine Differenz zwischen dem Testwert $λ_{i}^{T}$
und dem Startwert $λ_{i}^{S}$
oder eine Differenz zwischen jeweils einer Differenz des Testwertes $λ_{i}^{T}$
und eines Mittelwertes λ der Testwerte $λ_{i}^{T}$
und des Startwertes $λ_{i}^{S}$
und eines Mittelwertes λ der Startwerte $λ_{i}^{S}$
ist.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die individuellen Korrekturparameter Δq_i durch eine Multiplikation der invertierten Empfindlichkeitsmatrix $S_{i, j}^{- 1}$
mit einem Korrekturwerte Δλ_i aufweisenden Vektor gebildet werden und/oder dass der individuelle Korrekturwert Δλ_i eine Differenz zwischen dem Startwert $λ_{i}^{S}$
und dem Zielwert $λ_{i}^{Z}$
ist und/oder dass der individuelle Korrekturfaktor k_i der Quotient einer Summe aus dem Startparameter $q_{i}^{S}$
und dem Korrekturparameter Δq_i einerseits und dem Startwert $λ_{i}^{S}$
andererseits ist.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der individuelle Parameter q_i ein Gasfluss oder eine Zusammensetzung eines Gasflusses ist, mit dem ein Gaspolster 6 erzeugt wird, das einen Substrathalter 5 trägt, der von unten her durch Beheizen eines Suszeptors 3 mit einer Heizeinrichtung 11 aufgeheizt wird und/oder dass der individuelle Parameter q_i ein Gasfluss oder eine Zusammensetzung eines Gasflusses ist, mit dem ein Wärmetransport zwischen einer Temperiereinrichtung 11 und einem Suszeptor 3 beeinflussbar ist und/ oder dass der individuelle Parameter q_i ein Gasfluss eines Prozessgases ist, dass Elemente enthält, aus denen die abgeschiedene Schicht oder Schichtenfolge besteht oder die diese dotiert.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass durch mehrmaliges Hintereinander-Anwenden des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mehrere Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} für gleiche oder verschiedene Zielwerte $λ_{i}^{Z}$
und verschiedene individuelle Parameter q_i gebildet werden.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Vorhersage der Änderung von zweiten Werten λ'_i der Schichteigenschaft von auf mehreren an örtlich verschiedenen Lagerplätzen 5' in der Prozesskammer 2 angeordneten Substraten 7 abgeschiedenen Schichten oder Schichtenfolgen oder einer das Schichtwachstum beeinflussenden lokalen Größe die mit dem ersten Satz von individuellen Startparametern q^s gewonnenen Startwerte $λ_{i}^{S}$
verwendet werden und in weiteren ein oder mehreren dritten Vorversuchen auf einer Vielzahl von dritten Substraten 7 gleichzeitig mit einem dritten Satz von einem anderen individuellen Parameter q_i zugeordneten zweiten Testparametern $q'_{i}^{T},$
die von den ersten Testparametern $q_{i}^{T}$
verschieden sind, jeweils eine zweite Test-Schicht oder zweite Test-Schichtenfolge abgeschieden wird, wobei an den zweiten Test-Schichten oder zweiten Test-Schichtenfolgen zweite Testwerte $λ'_{i}^{T}$
der Schichteigenschaft ermittelt werden oder beim Abscheiden der zweiten Test-Schichten oder zweiten Test-Schichtenfolgen zweite Testwerte $λ'_{i}^{T}$
der lokalen Größe gemessen werden, und aus den zweiten Testwerten $λ'_{i}^{T}$
der Schichteigenschaft oder der lokalen Größe zumindest eine zweite Empfindlichkeitsmatrix S'_{i, j} gebildet wird, deren Elemente jeweils den Einfluss einer Änderung eines jeden der der anderen individuellen Parameter q_i auf jeden der zweiten Zielwerte $λ'_{i}^{Z}$
der Schichteigenschaft oder der lokalen Größe angeben.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei einer ersten Anwendung des Verfahrens der individuelle Parameter q'_i ein Gasfluss ist, mit dem ein den lokalen Substrathalter 5 tragendes Gaspolster erzeugt wird, und der Zielwert $λ_{i}^{Z}$
die Schichtdicke der Schicht oder zumindest einer Schicht der Schichtenfolge ist, und dass bei einer darauf folgenden zweiten Anwendung des Verfahrens der individuelle Parameter q_i ein Gasfluss ist, mit dem ein Wärmetransport von einer Heizeinrichtung 11 zum Substrat 7 beeinflusst wird, und der Zielwert $λ'_{i}^{Z}$
die Temperatur des Substrates 7 beim Abscheiden der Schicht oder aber auch die Schichtdicke der Schicht oder zumindest einer Schicht der Schichtenfolge ist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Steuereinrichtung 22 Korrekturfaktoren k_i zur Korrektur der individuellen Parameter q_i gespeichert sind, mit denen die vom Rezept bereitgestellten individuellen Parameter q_i korrigiert werden.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Ermittlung der Korrekturfaktoren k_i eine Empfindlichkeitsmatrix S_{i, j} oder invertierte Empfindlichkeitsmatrix $S_{i, j}^{- 1}$
gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet und verwendet wird.
Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die individuellen Parameter q_i mit Korrekturfaktoren k_i korrigiert werden, die insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ermittelt sind.
Ein Steuerungsprogramm zur Steuerung der Ventile 19 und Massenflusskontroller 18 einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14 zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 15.
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.
Liste der Bezugszeichen

1: Reaktorgehäuse
2: Prozesskammer
3: Suszeptor
3': Oberseite
3": Unterseite
4: Tasche
5': Lagerplatz
5: Substrathalter
6: Gaspolster
7: Substrat
8: Zuleitung
8: Mündung
9: Gaseinlassorgan
10: Gasauslassorgan
11: Heizeinrichtung
12: Dichtplatte
13: Spalt
14: Prozesskammerdecke
15: Kühleinrichtung
16: Zuleitung
16': Mündung
17: Zuleitung
17': Mündung
18: Massenfluss-Controller
19: Ventil
20: Drehachse
21: Drehachse
22: Steuereinrichtung
λi: Wert
λ'i: zweiter Wert
: Startwert
: zweiter Startwert
: Zielwert
: zweiter Zielwert
: Testantwort
Δλi: Korrekturwert
: Testwert
: zweiter Testwert
λ: Mittelwert
: Mittelwert der Startwerte
: Mittelwert der Testwerte
qi: individueller Parameter
: Startparameter
: Testparameter
: zweiter Testparameter
: Zielparameter
Δqi: Korrekturparameter
q0: einheitlicher Parameter
Δq: Parameterdifferenz
Si, j: Empfindlichkeitsmatrix
S'i, j: zweite Empfindlichkeitsmatrix
: invertierte "
ki: Korrekturfaktor

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

DE 102019104433 A1 [0003, 0013]
DE 102020107517 A1 [0003]
DE 102018124957 A1 [0004, 0013]
DE 102014104218 A1 [0005]
DE 102020123326 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Vorhersage der Änderung von Werten (λ_i) einer Schichteigenschaft von auf mehreren an örtlich verschiedenen Lagerplätzen (5') in einer Prozesskammer (2) angeordneten Substraten (7) abgeschiedenen Schichten oder Schichtenfolgen oder einer das Schichtwachstum beeinflussenden lokalen Größe am Lagerplatz (5'), wobei nach vorgegebenen Behandlungsparametern in die Prozesskammer (2) Gase eingespeist und/oder in der Prozesskammer (2) Temperaturen eingestellt werden, wobei die Behandlungsparameter zumindest einigen der verschiedenen Lagerplätze (5') lokal individuell zugeordnete individuelle Parameter (q_i) enthalten, die individuell veränderbar sind, um den dortigen Wert (λ_i) der Schichteigenschaft der dort abgeschiedenen Schicht oder der dortigen lokalen Größe zu beeinflussen, wobei eine Änderung eines der individuellen Parameter (q_i) auch Werte (λ_i) an anderen Lagerplätzen (5') beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Vorversuch auf einer Vielzahl von ersten Substraten (7) gleichzeitig mit einem ersten Satz von individuellen Startparametern $(q_{i}^{S})$
jeweils eine Start-Schicht oder Start-Schichtfolge abgeschieden wird, dass an den Start-Schichten oder Start-Schichtenfolgen Startwerte $(λ_{i}^{S})$
der Schichteigenschaft ermittelt werden oder beim Abscheiden der Start-Schichten oder Start-Schichtenfolgen Startwerte $(λ_{i}^{S})$
der lokalen Größe gemessen werden, dass in ein oder mehreren zweiten Vorversuchen auf einer Vielzahl von zweiten Substraten (7) gleichzeitig mit einem zweiten Satz von individuellen Testparametern $(q_{i}^{T})$
jeweils eine Test-Schicht oder Test-Schichtenfolge abgeschieden wird, dass an den Test-Schichten oder Test-Schichtenfolgen Testwerte $(λ_{i}^{T})$
der Schichteigenschaft ermittelt werden oder beim Abscheiden der Test-Schichten oder Test-Schichtenfolgen Testwerte $(λ_{i}^{T})$
der lokalen Größe gemessen werden, und dass zumindest aus den Testwerten $(λ_{i}^{T})$
der Schichteigenschaft oder der lokalen Größe zumindest eine Empfindlichkeitsmatrix (S_{i, j}) gebildet wird, deren Elemente jeweils den Einfluss einer Änderung eines jeden der individuellen Parameter (q_i) auf jeden der Werte (λ_i) der Schichteigenschaft oder der lokalen Größe angeben.
Verfahren zur Einrichtung einer Vorrichtung zum gleichzeitigen Abscheiden von Schichten oder Schichtenfolgen auf an örtlich verschiedenen Lagerplätzen (5') in einer Prozesskammer (2) angeordneten Substraten (7), wobei nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 zumindest eine Empfindlichkeitsmatrix (S_{i, j}) gebildet wird, durch Invertieren der Empfindlichkeitsmatrix (S_{i, j}) eine invertierte Empfindlichkeitsmatrix $(S_{i, j}^{- 1})$
gebildet wird und mit der invertierten Empfindlichkeitsmatrix $(S_{i, j}^{- 1})$
individuelle Korrekturparameter (Δq_i), individuelle Zielparameter $(q_{i}^{Z})$
oder individuelle Korrekturfaktoren zur Korrektur der individuellen Parameter (q_i) gebildet werden, um vorgegebene Zielwerte $(λ_{i}^{Z})$
der Werte (λ_i) zu erreichen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die individuellen Parameter (q_i) Werte von Gasflüssen oder Wärmeflüssen sind, die zu an den verschiedenen Lagerplätzen (5') in derselben Prozesskammer (2) angeordneten Substraten (7) gerichtet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Mehrzahl gleichgestalteter Substrathalter (5) aufweist, die jeweils ein oder mehrere Substrate (7) tragen und die individuellen Parameter (q_i) einen Spülgasfluss, einen Wärmefluss oder einen Prozessgasfluss zum Substrathalter (5) beeinflussen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung des ersten Vorversuchs die individuellen Startparameter $(q_{i}^{S})$
untereinander denselben Wert besitzen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei den ein oder mehreren zweiten Vorversuchen sich jeweils nur einer der individuellen Testparameter $(q_{i}^{T})$
durch eine Parameterdifferenz (Δq) von allen anderen individuellen Testparametern $(q_{i}^{T})$
unterscheidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrate (7) oder die Substrate (7) tragenden Substrathalter (5) oder die Substrate (7) tragenden Substrathalter (5) beziehungsweise die die Substrate (7) lagernden Lagerplätze in der Prozesskammer (2) symmetrisch angeordnet sind und nur ein zweiter Vorversuch durchgeführt wird, bei dem sich nur einer der individuellen Testparameter $(q_{i}^{T})$
von den anderen, untereinander gleichen individuellen Testparametern $(q_{i}^{T})$
durch eine Parameterdifferenz (Δq) unterscheidet, wobei mit den daraus gewonnenen Testwerten $(λ_{i}^{T})$
der Schichteigenschaften eine erste Spalte der Empfindlichkeitsmatrix (S_{i, j}) gebildet wird und die übrigen Spalten der Empfindlichkeitsmatrix (S_{i, j}) durch zyklisches Tauschen der Testwerte $(λ_{i}^{T})$
gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung eines Elementes der Empfindlichkeitsmatrix (S_{i, j}) ein Quotient eines Differenzwertes und einer Parameterdifferenz (Δq) verwendet wird, wobei der Differenzwert eine Differenz zwischen dem Testwert $(λ_{i}^{T})$
und einem Mittelwert (λ) der Startwerte $(λ_{i}^{S}),$
eine Differenz zwischen dem Testwert $(λ_{i}^{T})$
und dem Startwert $(λ_{i}^{S})$
oder eine Differenz zwischen jeweils einer Differenz des Testwertes $(λ_{i}^{T})$
und eines Mittelwertes (λ) der Testwerte $(λ_{i}^{T})$
und des Startwertes $(λ_{i}^{S})$
und eines Mittelwertes (λ) der Startwerte $(λ_{i}^{S})$
ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die individuellen Korrekturparameter (Δq_i) durch eine Multiplikation der invertierten Empfindlichkeitsmatrix $(S_{i, j}^{- 1})$
mit einem Korrekturwerte (Δλ_i) aufweisenden Vektor gebildet werden und/oder dass der individuelle Korrekturwert (Δλ_i) eine Differenz zwischen dem Startwert $(λ_{i}^{S})$
und dem Zielwert $(λ_{i}^{Z})$
ist und/oder dass der individuelle Korrekturfaktor (k_i) der Quotient einer Summe aus dem Startparameter $(q_{i}^{S})$
und dem Korrekturparameter (Δq_i) einerseits und dem Startwert $(λ_{i}^{S})$
andererseits ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der individuelle Parameter (q_i) ein Gasfluss oder eine Zusammensetzung eines Gasflusses ist, mit dem ein Gaspolster (6) erzeugt wird, das einen Substrathalter (5) trägt, der von unten her durch Beheizen eines Suszeptors (3) mit einer Heizeinrichtung (11) aufgeheizt wird und/oder dass der individuelle Parameter(q_i) ein Gasfluss oder eine Zusammensetzung eines Gasflusses ist, mit dem ein Wärmetransport zwischen einer Temperiereinrichtung (11) und einem Suszeptor (3) beeinflussbar ist und/oder dass der individuelle Parameter (q_i) ein Gasfluss eines Prozessgases ist, dass Elemente enthält, aus denen die abgeschiedene Schicht oder Schichtenfolge besteht oder die diese dotiert.
Verfahren zur Einrichtung einer Vorrichtung zum gleichzeitigen Abscheiden von Schichten oder Schichtenfolgen auf an örtlich verschiedenen Lagerplätzen (5') in einer Prozesskammer (2) angeordneten Substraten (7) abgeschiedenen Schichten oder Schichtenfolgen oder einer das Schichtwachstum beeinflussenden lokalen Größe am Lagerplatz (5'), dadurch gekennzeichnet, dass durch mehrmaliges Hintereinander-Anwenden des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mehrere Empfindlichkeitsmatrix (S_{i, j}) für gleiche oder verschiedene Zielwerte $(λ_{i}^{Z})$
und verschiedene individuelle Parameter (q_i) gebildet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorhersage der Änderung von zweiten Werten (λ'_i) der Schichteigenschaft von auf mehreren an örtlich verschiedenen Lagerplätzen (5') in der Prozesskammer (2) angeordneten Substraten (7) abgeschiedenen Schichten oder Schichtenfolgen oder einer das Schichtwachstum beeinflussenden lokalen Größe die mit dem ersten Satz von individuellen Startparametern (q^s) gewonnenen Startwerte $(λ_{i}^{S})$
verwendet werden und in weiteren ein oder mehreren dritten Vorversuchen auf einer Vielzahl von dritten Substraten (7) gleichzeitig mit einem dritten Satz von einem anderen individuellen Parameter (q_i) zugeordneten zweiten Testparametern $(q'_{i}^{T}),$
die von den ersten Testparametern $(q_{i}^{T})$
verschieden sind, jeweils eine zweite Test-Schicht oder zweite Test-Schichtenfolge abgeschieden wird, wobei an den zweiten Test-Schichten oder zweiten Test-Schichtenfolgen zweite Testwerte $(λ'_{i}^{T})$
der Schichteigenschaft ermittelt werden oder beim Abscheiden der zweiten Test-Schichten oder zweiten Test-Schichtenfolgen zweite Testwerte $(λ'_{i}^{T})$
der lokalen Größe gemessen werden, und aus den zweiten Testwerten $(λ'_{i}^{T})$
der Schichteigenschaft oder der lokalen Größe zumindest eine zweite Empfindlichkeitsmatrix (S'_{i, j}) gebildet wird, deren Elemente jeweils den Einfluss einer Änderung eines jeden der der anderen individuellen Parameter (q_i) auf jeden der zweiten Zielwerte $(λ'_{i}^{Z})$
der Schichteigenschaft oder der lokalen Größe angeben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorhersage der Änderung der Werte (λ_i) der Schichteigenschaft in weiteren ein oder mehreren dritten Vorversuchen auf einer Vielzahl von dritten Substraten (7) gleichzeitig mit einem dritten Satz von einem anderen individuellen Parameter (q_i) zugeordneten zweiten Testparametern $(q'_{i}^{T}),$
die von den ersten Testparametern $(q_{i}^{T})$
verschieden sind, jeweils eine zweite Test-Schicht oder zweite Test-Schichtenfolge abgeschieden wird, wobei an den zweiten Test-Schichten oder zweiten Test-Schichtenfolgen zweite Testwerte $(λ'_{i}^{T})$
derselben Schichteigenschaft ermittelt werden oder beim Abscheiden der zweiten Test-Schichten oder zweiten Test-Schichtenfolgen zweite Testwerte $(λ'_{i}^{T})$
derselben lokalen Größe gemessen werden, und aus den zweiten Testwerten $(λ'_{i}^{T})$
der Schichteigenschaft oder derselben lokalen Größe zumindest eine zweite Empfindlichkeitsmatrix (S'_{i, j}) gebildet wird, deren Elemente jeweils den Einfluss einer Änderung eines jeden der der anderen individuellen Parameter (q_i) auf jeden der Zielwerte $(λ'_{i}^{Z})$
der Schichteigenschaft oder der lokalen Größe angeben.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten Anwendung des Verfahrens der individuelle Parameter (q_i) ein Gasfluss ist, mit dem ein den lokalen Substrathalter (5) tragendes Gaspolster erzeugt wird, und der Zielwert $(λ_{i}^{Z})$
die Schichtdicke der Schicht oder zumindest einer Schicht der Schichtenfolge ist, und dass bei einer darauf folgenden zweiten Anwendung des Verfahrens der individuelle Parameter (q'_i) ein Gasfluss ist, mit dem ein Wärmetransport von einer Heizeinrichtung (11) zum Substrat (7) beeinflusst wird, und der Zielwert $(λ'_{i}^{Z})$
die Temperatur des Substrates (7) beim Abscheiden der Schicht oder aber auch die Schichtdicke der Schicht oder zumindest einer Schicht der Schichtenfolge ist.
Vorrichtung zum Abscheiden einer Schicht oder Schichtenfolge auf mehreren Substraten (7) in einer Prozesskammer (2), mit einer Ventile (19) und Massenfluss-Controller (18) aufweisenden Gasmischeinrichtung, einer in einem Reaktorgehäuse (1) angeordneten Prozesskammer (2), einem in der Prozesskammer (2) angeordneten Suszeptor (3) mit Lagerplätzen für eine Mehrzahl von Substraten (7), mit einem Gaseinlassorgan (9) zum Einleiten von in der Gasmischeinrichtung bereitgestellten Prozessgasen nach einem in einer Steuereinrichtung (22) gespeicherten Rezept, wobei die Steuereinrichtung (22) eingerichtet ist nach vom Rezept vorgegebenen individuellen Parametern (q_i) Gasflüsse oder Wärmeflüsse unabhängig voneinander an voneinander verschiedene Substrate (7) oder ein oder mehrere Substrate (7) tragende Substrathalter (5) zu richten, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (22) Korrekturfaktoren (k_i) zur Korrektur der individuellen Parameter (q_i) gespeichert sind, mit denen die vom Rezept bereitgestellten individuellen Parameter (q_i) korrigiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Korrekturfaktoren (k_i) eine Empfindlichkeitsmatrix (S_{i, j}) oder invertierte Empfindlichkeitsmatrix $(S_{i, j}^{- 1})$
gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche gebildet und verwendet wird.
Verfahren zum gleichzeitigen Abscheiden jeweils einer Schicht oder Schichtenfolge auf mehreren Substraten (7) in einer Prozesskammer (2) mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei nach vorgegebenen Behandlungsparametern in die Prozesskammer (2) Gase eingespeist und/oder in der Prozesskammer (2) Temperaturen eingestellt werden, wobei die Behandlungsparameter den verschiedenen der Substrate (7) individuell zugeordnete individuelle Parameter (q_i) enthalten, die individuell veränderbar sind, wobei eine Änderung eines der individuellen Parameter (q_i) nicht nur eine Änderung eines Wertes (λ_i) einer Schichteigenschaft der mit dem geänderten individuellen Parameter (q_i) abgeschiedenen Schicht oder Schichtenfolge, sondern auch eine Änderung eines Wertes (λ_i) der Schichteigenschaft einer auf einem anderen der Substrate (7) abgeschiedenen Schicht oder Schichtenfolge zur Folge hat, oder wobei eine Änderung eines der individuellen Parameter (q_i) nicht nur eine Änderung eines Wertes (λ_i) einer das Schichtwachstum beeinflussenden lokalen Größe am Lagerplatz (5') des Substrates, sondern auch eine Änderung der lokalen Größe an anderen Lagerplätzen (5') zur Folge hat, dadurch gekennzeichnet, dass die individuellen Parameter (q_i) mit Korrekturfaktoren (k_i) korrigiert werden, die insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ermittelt sind.
Steuerungsprogramm zur Steuerung der Ventile (19) und Massenflusskontroller (18) einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15 zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 17.
Verfahren oder Vorrichtung oder Steuerungsprogramm, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.