WO2023144213A1 - Verfahren zur emissivitätskorrigierten pyrometrie - Google Patents

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Dirk HEYDHAUSEN
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    • G01J2005/0074—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry having separate detection of emissivity

Definitions

  • the invention relates to a method for coating a substrate with at least one layer, wherein during the deposition of the layer with at least one optical measuring device on the layer several times in succession - nander measured value pairs ⁇ UE,n U R,n ⁇ are determined that each have an emission value U E, n , which corresponds to the thermal radiation power measured at a first light wavelength, and a reflectance value U R, n , which is measured at a second light wavelength, which at most only slightly deviates from the first light wavelength , where temperature values Ti of a substrate temperature are calculated from the pairs of measured values ⁇ U E,n U R,n ⁇ , whereby the emission values U E,n and the reflectance values U R,n are each based on an angular frequency ⁇ E , ⁇ R lie over the time t oscillating curve and a quotient of the angular frequencies ⁇ E , ⁇ R is slightly different from one.
  • the temperature values Ti are preferably used as actual values T act , with which the substrate
  • the invention also relates to a device with a computing device that is programmable and is programmed in such a way that correction values are calculated.
  • the US 6,398,406 B1 forms the technical background of the invention.
  • the method of emissivity-corrected pyrometry described there also known as reflectivity- or reflectance-corrected or emissivity-compensated allows non-contact optical temperature measurement during thin film deposition with unknown and continuously changing optical properties of the measurement object.
  • the measurement object can be any optically accessible surface in the process chamber that is relevant for monitoring or controlling the temperature.
  • the measurement object is in particular the surface of the substrate or substrates in the process chamber during the deposition process, in which a semiconductor layered structure is produced with different, almost stoichiometric compounds from group III (Al, Ga, In) and from nitrogen becomes.
  • JP 2017-017251 A describes a method in which the temperature values of a substrate temperature are determined from pairs of measured values, each of which contains an emission value and a reflectance value.
  • the two sinusoidal measurement curves are slightly out of phase.
  • a transformed curve is formed by a numerical time transformation, in which minimum and maximum values of the curve are determined at different times, which is used instead of the emission values or the reflectance values when calculating the temperature values.
  • Breiland 2003 Technical Report SAND2003-1868, June 2003, publicly available e.g.: https://www. osti.gov/Biblio/ 820889 or https://prod-ng.sandia.gov/ techlib-noauth/ access-control.cgi/2003 / 031868.pdf hereinafter referred to as Breiland 2003.
  • the prior art also includes DE 10 2018 106481 A1, which describes a generic device.
  • DE 44 19476 C2 describes a method with which the emitted and reflected radiation from a substrate can be measured during the deposition of a layer.
  • DE 10 2020 111 293 A1 describes emissivity-corrected pyrometry for minimizing residual oscillation.
  • the known method of emissivity correction is based on determining the missing unknown emissivity by measuring the reflectance of the surface of the measurement object.
  • the reflectance is measured at exactly the same wavelength as the thermal emission so that the method works with sufficient accuracy.
  • the light required for this can be provided by a laser. However, the light required for this can also be generated by a diode.
  • the pyrometers do not have a sharp measuring wavelength, but indicate wavelength interval (about ⁇ 10 nm, but also narrower or wider).
  • a thermal radiation power is thus measured at a first light wavelength.
  • a reflectance value is measured at a second wavelength of light.
  • the two wavelengths of light are ideally identical, but deviate slightly from one another for technical reasons, with the deviation being in particular a maximum of 1%, 2%, 5% or a maximum of 10% of the light wavelength. In some cases it can also be larger.
  • the light source should preferably have a spectrum corresponding to the Planck distribution. This interval width and the centroid wavelength of the emission and reflectance measurements must match as closely as possible.
  • the reflectance is measured by emitting light of the defined wavelength at the location of the sensor, reflecting it at the wafer surface if it is incident vertically and reflecting it at the same location as the pyrometer measurement if possible.
  • the reflectance is determined from the measured signal intensity of the reflected light with the aid of a previous calibration.
  • the thermal emission of the object and the reflectance can often not be measured simultaneously, but rather alternately, so that the reflectance measurement does not interfere with the measurement of the thermal emission. See also the lock-in technique mentioned in DE 44 19476 C2.
  • Two different calibration steps are required for the precise measurement of the temperature; Performing the calibrations allows the determination of calibration parameters, which are included in the calculation of the temperature from the measurement signals. This involves the calibration of the emission measurement using a blackbody radiation source (blackbody oven, special reference sources), which establishes the link between the intensity signal and the measurement temperature. During the measurement, the use of the calibration parameters determined in this way allows the determination of the so-called th raw temperature.
  • An independent calibration step is used to determine a calibration parameter so that a reflectance value from the interval 0...1 is assigned to each measured reflectance signal.
  • This calibration step is carried out on substrates of well-known reflectance (or emissivity in the case of opaque substrates), such as silicon immediately after the desorption process step (native oxide removal) at a known temperature and on an uncontaminated surface and before the start of layer deposition.
  • the material system GaN (AlGaN) on silicon is particularly susceptible to the sources of error described, because the values of the refractive indices for the layer and wafer material and the meeting of the transparent layer and the opaque substrate, the measured reflectance values R oscillate between values close to zero and 0.5.
  • Other material systems can also be affected by this problem, for example the AlGaInP/GaAs system. However, a smaller effect is observed here.
  • the error sources observed can be the following errors, which also occur in practice: Unknown exact value of the reflectance of the calibration object in the reflectance calibration, so that the value of the reflectance used in the calibration does not match corresponds to the physical reflectance and the reflectance values used for the emissivity correction are incorrect; - errors in the adjustment and setup of the measuring optics; - Scattering at layer boundaries in the semiconductor layer structure when measuring the reflectance, so that part of the actually reflected light is not recorded; - Scattered radiation from hot surfaces of the process chamber, which reaches the measuring head through multiple reflections on the process chamber walls and on the wafer surface.
  • the control and repeatability of the deposition process and the yield of usable components per wafer are important in the embodiment of the known method on which the invention is based, because the measured wafer temperature is used for the temperature control in a closed control loop.
  • the temperature control regulates a heating device in such a way that the measured temperature constantly corresponds to a specific target value; the physical temperature then oscillates around the remaining amplitude of the not completely corrected temperature oscillations, which represent a measurement artifact.
  • the component has a multilayer structure deposited on a substrate, which has a first section and a second section.
  • Transition layers in particular AlGaN, and buffer layers, in particular made of GaN, are deposited in the first section.
  • An AlGaN barrier layer is deposited on the GaN buffer layer in such a way that a two-dimensional electron gas forms in the region of the layer boundary between the GaN layer and the AlGaN barrier layer.
  • the impairment in reproducibility is particularly related to the fact that the component structure is typically composed of a sequence of functional blocks consisting of a thin AlN seed layer on the Si substrate, a transition layer sequence, a thick GaN buffer layer sequence and a relatively thin but temperature-sensitive barrier layer consists of AlGaN or AlInN.
  • the deviation of the physical temperature from the target value will have different values from run to run or from wafer to wafer, which are reflected in different values of the composition critical for the function of the component transferred to the barrier layer.
  • the following theoretical correction of this measurement method is given in the prior art, which is based on a mathematically derivable fact that the effect of a number of error sources can be effectively compensated by an additional correction value Y , so that the remaining oscillations can theoretically be reduced to zero.
  • the starting point of the invention is the relationship between the measurement signal detected in the pyrometer due to the thermal emission of the wafer surface and the temperature of the wafer surface, with the non-one emissivity of the wafer surface being taken into account due to the changing physical and optical properties during layer growth.
  • U E measurement signal of the thermal emission from the wafer surface
  • U R measurement signal of the reflectance of the wafer surface
  • ⁇ emissivity
  • A,B calibration parameters, where B ⁇ 0, ⁇ : Calibration parameter of the reflectance standardization, which establishes the connection between the measurement signal UR and the physical reflectance R, with 0 ⁇ R ⁇ 1.
  • the measurement signals for the thermal emission UE and for the reflectance of the wafer surface UR are recorded in the closest possible temporal and spatial proximity.
  • the signal that corresponds to the thermal emission is the radiation intensity, which is recorded by a detector in the pyrometer and is translated into a temperature measurement value by means of the calibration parameters A and B determined with the help of a blackbody calibration carried out before commissioning.
  • the reflectance signal is generated by measuring the intensity of a light signal which, if possible, has the same wavelength as the thermal emission measurement, is sent from the measuring device and is reflected on the reflective wafer surface into the detector. Due to optical thin-film effects (Fabry-Perot effect), the reflectance of the wafer surface exhibits an approximately sinusoidal fluctuation over time during the deposition of the thin films. With the typical growth rates of 0.5 to 5 ⁇ m/h for GaN-on-Si processes and the wavelength used for the measurement of 950 nm, the oscillation periods are up to 10 minutes.
  • the pyrometer is fixedly attached to the top of the process chamber on an optical window with line of sight to a location on the surface of the substrate carrier.
  • the substrates are rotated slowly around the center of the reactor.
  • a typical rotation period is about 12 seconds, which corresponds to five revolutions per minute.
  • the rotation rate can also be greater or lesser.
  • a measurement signal pair UE and UR is therefore recorded every 12 seconds at a specific location on the wafer that is of interest for the measurement.
  • Figures 1 and 2 show the configuration used.
  • the location of the measurement 13 can also be a measurement zone over which several measurements are made.
  • the measurement signal pair UE and UR can correspond to the averaged values over this zone.
  • the location 13 or the measuring zone can lie on each wafer 7 and can be located in the center of the wafer, at the edge of the wafer or in between.
  • the wavelengths deviate from one another by a few nanometers or fractions of a nanometer, for example due to manufacturing accuracy or tolerances of the filters used.
  • the wavelength of the emission curve is temperature dependent.
  • the period length of the oscillating curves of the emission values on the one hand and the reflectance values on the other is about 300 seconds.
  • the difference between the period lengths is about 0.1 second. It can at a maximum of 0.1 seconds announce, 0.2 seconds, 0.5 seconds or a maximum of 1 second.
  • the invention is based on the object of specifying measures with which continuously transformed values can be formed.
  • the calculation of the actual value of the temperature of the substrate surface does not use the emission values and the reflectance values as such, but that either the emission values UE ,i or the reflectance values UR ,i transformed values are formed. These transformed values are then used instead of the emission values or reflectance values when calculating the actual values.
  • the transformation can be a modification of the emission value or the reflectance value. With the transformation, the curve of the emission values or the reflectance values can be mapped onto a curve that oscillates with a different angular frequency over time. The transformation can be carried out such that after the transformation two curves are available, either a transformed emission curve and the reflectance curve or a transformed reflectance curve and the emission curve, whose angular frequency is identical.
  • the curve of the measured values to be transformed is thus stretched or compressed in terms of time, so that one can speak of a time transformation of the measured values here.
  • the measured values are transformed as such. You can use to determine the transformed value Measured values are used which are measured at different times one after the other, for example measured values which are measured immediately one after the other.
  • the measured values used to calculate the transformed values contain the current measured value, ie the last measured value in each case. This value and the value measured immediately beforehand are preferably used.
  • a penultimate measured value can also be used.
  • Several measured values measured before the current measured value can also be used.
  • a value of a gradient of a curve of the measured emission values or reflectance values is calculated from at least two measured values. This slope value is used in the calculation of a transformed value.
  • a transformation factor is used in the transformation.
  • the transformation factor can be determined in preliminary tests.
  • the transformation factor can be the quotient of the angular frequencies of the curves of the reflectance values and emission values that oscillate over time. It can be provided that the transformation factor is >1, but is essentially only slightly greater than 1. Depending on the transformation approach, the transformation factor can also be less than one, but essentially only slightly less than one.
  • the value of the quotient can be, for example, in the ranges 1 - 10 -2 and 1 - 10 -6 or 1 + 10 -6 and 1 + 10 -2 .
  • time-transformed emission values or reflectance values are used to calculate the actual temperature.
  • a transformed time is formed during the time transformation, which consists of the non-transformed time and the transformation factor a and possibly a phase factor b as follows is formed.
  • the measured values are as follows converted into transformed values.
  • the transformation is preferably done using the following equation where the time derivative of the slope of the curve plotted against time is either the emissivity values or the reflectance values. which can preferably be calculated using a difference quotient. If, for example, the measured values of the reflectance U R,i are transformed, the actual temperature is calculated according to the following equation
  • the leading curve of the measured value for example the reflectance measured value
  • the leading curve of the measured value is stretched in such a way that the period length of the curve of the transformed values is the same as the period length of the trailing curve.
  • a time-transformed gradient triangle is preferably formed during the transformation. The slope of the non-transformed curve and the transformed time are determined at the time the measured value is recorded. The transformed measured value results from multiplying the slope of the non-transformed curve with the reciprocal transformation factor and the transformed time.
  • the leading curve is preferably always transformed in such a way that the period length of the transformed curve corresponds to the period length of the trailing curve.
  • an actual temperature which has a lower residual oscillation can be calculated step by step with a transformation factor a determined, for example, in preliminary tests using the current measured values and at least one measured value recorded in the past.
  • a preliminary test or several preliminary tests are carried out.
  • the same or similar process parameters with which the method with the is performed with the above features a layer is deposited on a substrate.
  • the pairs of measured values obtained in this way, each of an emission value and a reflectance value, are stored.
  • An optimization is then carried out in which a test value of a transformation factor a is varied using the stored measured values and the above-mentioned equations until the residual oscillation of the temperature curve plotted over time is minimal, i.e. e.g. the area integral under the residual oscillation curve reaches a minimum.
  • the transformation factor can also be determined during the same "run”, for example if other layers, in particular buffer layers, are deposited before the layer is deposited.
  • the constant adaptation can take place in particular when a plurality of layers are deposited one on top of the other on a substrate.
  • the transformation preferably uses a time derivative of the measurement curve plotted over time, which is formed by difference quotients.
  • the gradient of the transformed measurement curve can be calculated from the gradient of the non-transformed measurement curve.
  • the difference quotient can be calculated with the help of measured values measured in immediate succession.
  • the difference quotient is preferably calculated with consecutive measurement points. But these do not have to be the last two. Especially if the to be measured If the point in time runs out of the transformed interval, other measuring points can be used.
  • measured values can also be used which were not measured in immediate succession, but which originate from measurements that are further apart in time. The latter is used in particular when the transformed measured value lies outside an interval between the two measured values used to determine the difference quotient.
  • the measurement interval can then be stretched back in time until the transformed measured value falls within the measurement interval whose measured values are used to determine the difference quotient.
  • the temperature values calculated using the method described above represent the surface temperatures of the substrates.
  • the temperature of the substrates is preferably regulated with a temperature control device, the control circuit used for this purpose being given a setpoint value against which an actual value is regulated.
  • the temperature value calculated according to the method described above, which was calculated using the transformation, is preferably used as the actual value.
  • the invention also relates to a device for carrying out a method, the device having two optical measuring devices with which the emission value and the reflectance value can be measured. It is preferably a single measuring device that functionally embodies two optical measuring devices, which alternately measures the emission value or the reflectance value.
  • the device has a computing device for calculating the actual value of a temperature of a surface of a substrate or of the layer deposited on the substrate. The computing device is set up by means of a transformation in the above in the manner described, to form values transformed either from the emission values or from the reflectance values and to use these instead of the emission values or the reflectance values when calculating the actual values.
  • the invention also relates to a CVD reactor with a temperature control device for temperature control of a substrate, for example a heating device and a device for determining the actual value of the substrate temperature, as has been described above.
  • the CVD reactor can have a gas inlet element with which process gases can be fed into a process chamber.
  • the process gases which can be organometallic compounds of main group III and hydrides of main group V, can be introduced into the process chamber together with an inert gas, for example a noble gas or hydrogen. to be fed.
  • an inert gas for example a noble gas or hydrogen.
  • process gases which contain compounds from main groups II and VI or compounds from main group IV.
  • One or more substrates lie on a susceptor that forms the bottom of the process chamber.
  • the substrate is tempered by heating the susceptor.
  • a heating device is provided for this purpose, which can preferably be arranged below the susceptor.
  • the heating device is controlled with the computing device, specifically against an actual value which is determined from reflectance values and emission values in the manner described above.
  • the method described above can also be modified such that the time transformation is carried out either for the reflectance values or the emission values, with the sign of the transformation factor being both positive and negative.
  • Both a linear interpolation and a non-linear interpolation can be used.
  • the advantage of linear interpolation is that only two measurement points are required to determine a value in between. Higher order interpolations require more measurement points.
  • the method relates in particular to a temperature determination using a transformation. However, the invention particularly preferably relates to the determination of a temperature that is to be used as an actual value in a control circuit.
  • FIG. 1 schematically shows a device for carrying out the method
  • FIG. 2 shows a schematic of the section along the line II-II in FIG. 1 on a susceptor 4 on which substrates 7 and measuring points 13 are arranged, with which emissions are measured by means of a reflectance measuring device 11 and an emissivity measuring device 10 - values U E,i and reflectance values U R,i can be measured;
  • FIG. 3 schematically shows the time profile of a measurement curve UR recorded over time for a large number of reflectance measurement values and a measurement curve U E recorded over time for a number of emission measurement values, the curves being normalized for the sake of clarity.
  • the angular frequency ⁇ E of the measurement curve of the emission values is slightly larger than that Angular frequency ⁇ R of the measuring curve of the reflectance values. This results in an oscillation of the sum of the two normalized curves, which is shown as a dotted line and which characterizes the course of the calculated temperature;
  • Fig. 5 shows detail V in Fig. 4.
  • the CVD reactor shown in FIGS. 1 and 2 has a reactor housing 1, a heating device 5 arranged therein, a susceptor 4 arranged above the heating device 5 and a gas inlet element 2 for introducing, for example, TMGa, TMA1, NH3, AsH 3 , PH 3 and H 2 .
  • the susceptor 4 is driven in rotation about a vertical axis of rotation a with the aid of a rotary drive device 14 .
  • a drive shaft 9 is connected on the one hand to the rotary drive device 14 and on the other hand to the underside of the susceptor 5 .
  • Substrates 7 lie on the horizontal surface of the susceptor 5 pointing away from the heating device 5.
  • Substrate holders 6 are provided, on which the substrates 7 lie.
  • the substrates 7 are located radially outside the axis of rotation a and are held in position by substrate holders.
  • Two measuring devices can be provided.
  • An emissivity measuring device 12 can be formed by a pyrometer.
  • a reflectance measuring device 11 can also be formed by a pyrometer.
  • a beam splitter 10 can be provided, with which an input beam can be divided between the two measuring devices 12, 11.
  • the beam path enters the substrate 7 at a measuring point 13.
  • FIG. 2 indicates that the measuring point 13 moves over all of the substrates 7 during a rotation of the susceptor 4.
  • FIG. 1 indicates that the measuring point 13 moves over all of the substrates 7 during a rotation of the susceptor 4.
  • the two measuring devices 11, 12 can also be combined in one measuring device.
  • FIG. 3 shows an interpolated measurement curve through a large number of measured values, not shown individually, of the measured reflectance values U R,i measured with a measuring device 11 .
  • the oscillation is due to reflections at the interface layers.
  • the dashed line corresponds to a curve of the emissivity U E,i measured with the measuring device 12 and interpolated by a large number of measured values.
  • the oscillation is due to reflections at the boundary surfaces of the layer. Due to tolerances in the filters used, for example, the two curves have a path difference, so that their angular frequencies ⁇ R and ⁇ E differ slightly from one another. As a result of this deviation, the sum of the two curves oscillates. This is represented by the dotted line, which qualitatively corresponds to the course of a calculated temperature.
  • the temperature T can be calculated using Equations 1 to 2 given above according to Equation 3 given above.
  • FIG. 4 shows that due to the higher angular frequency ⁇ R of the measured curve of the reflectance values U R,i plotted over time t, this curve precedes the measured curve of the emission values U E,i .
  • a transformed curve which is shown with the dotted line, is formed from the measured reflectance values U R,i by means of a suitable transformation. Transformed measured values are used to calculate the temperature, which lie on the transformed curve at the measurement times ti. Two such pairs of measured values and a transformed measured value calculated therefrom are shown in FIG. 4, in which the index i assumes the values 1 and 2.
  • the angular frequency of the transformed curve has the same value or almost the same value as the angular frequency ⁇ E of the curve of the emission values U E,i .
  • the method for determining the transformed measured values is shown on the basis of FIG explained in detail.
  • the curves shown in FIGS. 3 and 4 do not correspond to exact sine curves. They are only indicated as sine curves in FIGS. 3, 4 and 5 for the sake of clarity. Nevertheless, the curves have a periodicity so that the angular frequencies ⁇ R and ⁇ E can be determined in preliminary tests by depositing a layer. The following quotient is obtained from these two angular frequencies educated.
  • the value a is used as a transformation factor in the transformation.
  • the transformation is a time transformation, with a transformed time is formed.
  • the solid curve UR which represents the time profile of the measured values of the reflectance U R,i , is stretched in such a way that its period length corresponds to that of the dashed curve U E , which shows the time profile of the measured values of the emissivity U E, i represents.
  • the time-transformed curve is shown dotted.
  • the transformed measured values are used to calculate the temperature T are used, which correspond to the values that the transformed curve has at the non-transformed times ti.
  • a transformed measured value is calculated using the example shown in FIG. 5 with the two measured reflectance values U R,1 and U R ,2 recorded at times t 1 and t 2 in the manner of a Taylor development, which is terminated after the first term. An amount is subtracted from the measured reflectance value U R,2 which results from the slope the transformed reflectance curve and the difference between transformed time and non-transformed time at 2 - t -2 results.
  • the slope can using the transformation factor a from the Slope of the non-transformed curve of the measured reflectance values U R,i can be obtained. so that the transformed measured value can be calculated directly from the measured value U R 2 and its time derivative as follows.
  • the time derivative is calculated by a difference quotient using at least one previously recorded measured value U R,1 .
  • Equation 10 The value calculated using Equation 10 can then be used directly to calculate the actual value T i where i has the value 2 in the exemplary embodiment and the transformed measured value is calculated using two measured values that were measured at different times t i .
  • the transformed measured value lies below between two measured values UR,1 and UR,2 taken immediately one after the other at times t1 and t2.
  • a measured value that was recorded before time t1 is preferably used in order to form the difference quotient together with the measured value UR,2 measured at time t2 , which is used to calculate the slope triangle that is used to form the transformed measured value.
  • the transformation factor a can be weakly temperature-dependent.
  • a method which is characterized in that in the calculation of the transformed values in each case at least two different Times determined measured values of the emission value U E, i or the reflectance value U R, i are used.
  • a method which is characterized in that a layer is deposited on a substrate to determine the transformation factor a with first growth parameters, while pairs of measured values ⁇ UE,n U R,n ⁇ are measured and stored during the deposition of the layer and subsequently, by means of the transformation, values transformed either from the stored emission values U E,i or from the stored reflectance values U R,i with a stepwise varied experimental value of the transformation factor a are formed, which are used instead of the emission values U E, i or the reflectance values U R, i in a calculation of a temperature value T, the test value being varied until the amplitude of a residual oscillation of a curve plotted over time according to one of the claims 1 to 9 calculated temperature value T is minimal.
  • a device which is characterized in that the arithmetic unit is set up using a transformation according to one of claims 1 to 11 of values transformed either from the emission values U E,i or from the reflectance values U R,i and to use these instead of the emission values U E,i or the reflectance values U R,i when calculating the temperature value T i .
  • a CVD reactor characterized by an apparatus for determining the temperature value T i of the substrate temperature according to claim 12.
  • Reflectance value measuring device T is actual value

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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 (UEn) und (UR,n) sind geringfügig voneinander verschieden, was zu einer Oszillation des Temper aturistwertes führt. Um dem entgegenzuwirken, schlägt die Erfindung vor, anstelle der gemessenen Werte durch eine numerische Zeittransformation modifizierte Werte zu verwenden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur emissivitätskorrigierten Pyrometrie
Gebiet der Technik
[0001] 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 hinterei - nander Messwertpaare {UE,nUR,n} ermittelt werden, die jeweils einen Emissions - wert UE, n, der der bei einer ersten Lichtwellenlänge gemessenen thermischen Strahlungsleistung entspricht, und einen Reflektanzwert UR, n, der bei einer zweiten Lichtwellenlänge gemessen wird, die maximal nur gering von der ers - ten Lichtwellenlänge abweicht, beinhalten, wobei aus den Messwertpaaren {UE,nUR,n} Temper aturwerte Ti einer Substrattemperatur berechnet werden, wo- bei die Emissionswerte UE, n und die Reflektanzwerte UR,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 Temper aturwerte Ti bevorzugt als Istwerte Tist verwendet, mit denen die Substrattemperatur unter Verwendung einer Temperiereinrich- tung zum Temperieren des Substrates gegen einen Sollwert TSoll geregelt wird.
[0002] Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung mit einer Recheneinrichtung, die programmierbar ist und derart programmiert ist, dass Korrekturwerte berechnet werden.
Stand der Technik
[0003] 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 wäh- rend 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 thermi- schen Strahlung und der Temperatur des Objekts zu Nutze, der durch die be- kannte Planck' sehe Strahlungsgleichung beschrieben wird und in der Praxis durch eine entsprechende vorhergehende Kalibration bis auf den Emissions- grad des Objekts eindeutig erfasst wird. Das Messobjekt kann jede für die Über- wachung 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 Prozess- kammer während des Abscheidungsprozesses, bei dem eine Halbleiter- schichtstruktur mit unterschiedlichen nahezu stöchiometrischen Verbindungen aus der Gruppe III (Al, Ga, In) und aus Stickstoff erzeugt wird.
Die JP 2017-017251 A beschreibt ein Verfahren in dem die Temperaturwerte einer Substrattemperatur aus Messwertpaaren, die jeweils einen Emissionswert und einen Reflektanzwert beinhalten ermittelt werden. Die beiden sinusförmi- gen Messkurven sind geringfügig phasenverschoben. Durch eine numerische Zeittransformation, bei der zu verschiedenen Zeiten Minimalwerte und Maxi- malwerte der Kurve bestimmt werden, wird eine transformierte Kurve gebil- det, die an Stelle der Emissionswerte oder der Reflektanzwerte bei der Berech- nung der Temper aturwerte verwendet wird.
[0004] Stand der Technik ist auch folgende Veröffentlichung:
W. G. Breiland, Technical Report SAND2003-1868, June 2003, öffentlich zugäng- lich z.B.: https:/ / www. osti.gov/biblio/ 820889 oder https:/ / prod-ng.sandia.gov/ techlib-noauth/ access-con- trol.cgi/2003 / 031868.pdf nachfolgend mit Breiland 2003 bezeichnet.
[0005] Zum Stand der Technik gehört auch die DE 10 2018 106481 A1, die eine gattungsgemäße Vorrichtung beschreibt.
[0006] Die DE 44 19476 C2 beschreibt ein Verfahren, mit dem die emittierte und die reflektierte Strahlung von einem Substrat während des Abscheidens einer Schicht gemessen werden kann.
[0007] Die DE 10 2020 111 293 A1 beschreibt die emissivitätskorrigierte Pyro- metrie zur Minimierung einer Restoszillation.
[0008] 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 - p ermittelt. Die Detektionswellenlänge des Pyrometers wird so gewählt, dass das gewählte Substrat (hier Silizium) für die Wellenlänge bei den typi- schen 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 Ver- fahren 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). Eine thermische Strahlungsleistung wird somit bei einer ersten Lichtwellenlänge ge- messen. Ein Reflektanzwert wird bei einer zweiten Lichtwellenlänge gemessen. Die beiden Lichtwellenlängen sind idealerweise identisch, weichen aber aus technischen Gründen geringfügig voneinander ab, wobei die Abweichung ins- besondere maximal 1 %, 2 %, 5 % oder maximal 10 % von der Lichtwellenlänge tragen kann. In einigen Fällen kann sie auch größer sein. 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 Reflektanz- messung nicht die Messung der thermischen Emission stört. Siehe hierzu auch die in der DE 44 19476 C2 genannte Lock-In-Technik.
[0009] 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 Tempera- tur aus den Messsignalen einfließen. Es handelt sich dabei um die Kalibrierung der Emissionsmessung unter Verwendung einer Schwarzkörperstrahlungs- quelle (Schwarzkörperofen, spezielle Referenzquellen), welche die Verknüp- fung von Intensitätssignal und Messtemperatur herstellt. Bei der Messung er- laubt die Verwendung der so ermittelten Kalibrierparameter die Ermittlung der noch nicht um den Effekt der unbekannten Emissivität korrigierten sogenann- ten Rohtemperatur. Ein davon unabhängiger Kalibrierschritt dient der Ermitt- lung 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 Pro- zessschritt der Desorption (native oxide removal) bei bekannter Temperatur und nicht verunreinigter Oberfläche und noch vor dem Beginn der Schicht- abscheidung.
[0010] Beim Abscheiden einer dünnen Schicht mit konstanter Wachstumsge- schwindigkeit wird ohne den Einsatz des bekannten Verfahrens der Emissivi- tätskorrektur eine sinusförmig oszillierende Temperaturmessung beobachtet, die mit den Interferenzeffekten in der durchsichtigen dünnen Schicht Zusam- menhängen (Fabry-Perot-Oszillationen). Im konkreten Fall der MOCVD Ab- scheidung 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 Mate- rialsystemen, bspw. anderen III-V-Verbindungshalbleitern oder II-IV-
Verbindungshalbleitern.
[0011] Führt man das im Stand der Technik beschriebene Temperaturmessver- fahren wie beschrieben aus, tritt eine Reihe von Fehlern auf, die im Folgenden beschrieben werden. Diese Fehlerquellen führen allesamt dazu, dass die Emissi- vitätskorrektur unvollständig oder artifiziell überhöht durchgeführt wird. Die fehlerhafte Emissivitätskorrektur äußert sich in verbleibenden Temperaturoszil- lationen (Restoszillationen), deren Amplitude größer als das gewünschte Feh- lermaß ist. Die eingangs zitierte JP 2017-017251 A zeigt bereits einen Ansatz, diese Fehlerquelle zu minimieren.
[0012] 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 Wafer- material 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.
[0013] 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 Re- flektanzkalibrierung, so dass der Wert der bei der Kalibrierung verwende- ten Reflektanz nicht mit der physikalischen Reflektanz übereinstimmt, und die für die Emissivitätskorrektur verwendeten Reflektanzwerte feh- lerhaft sind; - Fehler bei der Justage und Einrichtung der Messoptik; - Streuung an Schichtgrenzen in der Halbleiterschichtstruktur bei der Mes- sung 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 Waferoberflä- che in den Messkopf gelangt. [0014] Bei der Produktion von elektronischen Bauelementen, bei denen die zu- vor beschriebenen oder andere Materialpaarungen verwendet werden, etwa Transistoren für Schaltungen zur Leistungswandlung oder Hochfrequenzver- stärkung ist die Kontrolle und Wiederholgenauigkeit des Abscheidungsprozes- ses 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 Temperatur- regelung in einem geschlossenen Regelkreis verwendet wird. Die Temperatur- regelung regelt eine Heizeinrichtung so, dass die gemessene Temperatur kon- stant einem bestimmten Sollwert entspricht; die physikalische Temperatur oszilliert dann entsprechend um die verbleibende Amplitude der nicht vollstän- dig korrigierten Temperaturoszillationen, die ein Messartefakt darstellen. Das Bauelement besitzt eine auf ein Substrat abgeschiedene Mehrschichtstruktur, die einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt aufweist, hn ersten Ab- schnitt 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 Schicht- grenze zwischen der GaN-Schicht und der AlGaN-Barriereschicht ein zweidi- mensionales Elektronengas ausbildet. Die Beeinträchtigung in der Reproduzier- barkeit 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 Übergangs- schichtfolge, 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 verblei- benden Messtemperaturoszillation die Abweichung der physikalischen Tempe- ratur vom Sollwert von Run zu Run oder von Wafer zu Wafer unterschiedliche Werte aufweisen, die sich etwa in unterschiedliche Werte der für die Bauele- mentfunktion kritischen Zusammensetzung der Barriereschicht übertragen. [0015] Für die Kompensation der oben dargestellten Fehlerquellen wird im Stand der Technik folgende theoretische Korrektur dieses Messverfahrens ange- führt, die von einer mathematisch herleitbaren Tatsache ausgeht, dass die Aus- wirkung einer Reihe von Fehlerquellen durch einen zusätzlichen Korrekturwert Y effektiv kompensiert werden kann, so dass die verbleibenden Oszillationen theoretisch gegen Null reduziert werden können.
[0016] Ein ähnliches Verfahren beschreibt die DE 102020 126597 A1.
[0017] 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 Emissions grad der Waferoberfläche aufgrund der sich ändernden physikalischen und optischen Eigenschaften während des Schichtwachstums berücksichtigt wird.
[0018] Dieser Zusammenhang wird durch das plancksche Strahlungsgesetz in der Wienschen Näherung beschrieben und hier folgendermaßen dargestellt:
Figure imgf000010_0001
wobei ε = 1 — α · UR (1a)
Die Symbole bezeichnen dabei folgende Größen:
UE: Messsignal der thermischen Emission von der Waferoberfläche, UR: Messsignal der Reflektanz der Oberfläche des Wafers, ε: Emissionsgrad,
A,B: Kalibrierparameter, wobei B < 0, α: Kalibrierparameter der Reflektanznorm ierung, der den Zusammenhang zwi- schen dem Messsignal UR und der physikalischen Reflektanz R, mit 0 ≤ R ≤ 1 herstellt.
[0019] Die Messsignale für die thermische Emission UE sowie für die Reflek- tanz der Waferoberfläche UR 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 Pyrome- ter 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 Mess- gerät aus gesandt und an der spiegelnden Wafer Oberfläche in den Detektor re- flektiert 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 Pro- zessen und der verwendeten Wellenlänge bei der Messung von 950 nm liegen die Oszillationsperioden bei bis zu 10 Minuten.
[0020] Aus den Gleichungen (1) und (1a) lässt sich über den nachfolgenden Zusammenhang
Figure imgf000011_0001
die Isttemperatur zu jeder Messung der Messwertpaare wie folgt berechnen:
Figure imgf000012_0001
[0021] In der spezifischen Ausführung des Verfahrens für einen Planetenreak- tor 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 Messsignal- paar UE und UR erfasst. Figuren 1 und 2 zeigen die verwendete Konfiguration. Der Ort der Messung 13 kann auch eine Messzone sein, über die mehrere Mes- sungen erfolgen. Das Messsignalpaar UE und UR 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 be- finden.
[0022] Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren ist nur eine grobe Korrektur des Emissionswertes möglich. Es ist technisch nämlich nicht möglich, das Re- flektanzsignal und das Signal der Messung der Emission bei exakt derselben Wellenlänge zu ermitteln. Die Wellenlängen weichen bspw. aufgrund Fertig- keitsgenauigkeiten oder -toleranzen der verwendeten Filter um wenige Nano- meter oder Bruchteile eines Nanometers voneinander ab. Insbesondere ist die Wellenlänge der Kurve der Emissionswerte tempera turabhängig. Die Perioden- länge der oszillierenden Kurven der Emissionswerte einerseits und der Reflek- tanzwerte andererseits beträgt etwa 300 Sekunden. Der Unterschied zwischen den Periodenlängen liegt bei etwa 0,1 Sekunde. Er kann bei maximal 0,1 Se- künde, 0,2 Sekunden, 0,5 Sekunden oder auch maximal 1 Sekunde liegen. Auf- grund dieses Gangunterschiedes oszilliert die nach der Gleichung 3 bestimmte Temperatur mit einer Restoszillation, wie sie die Figur 3 schematisch darstellt. Allerdings zeigt die oben genannte JP 2017-017251 A bereits einen Ansatz, mit der diese Restoszillation vermindert bzw. unterdrückt werden kann. Allerdings ist es hierzu erforderlich, eine vollständige Oszillation einer Kurve zu vermes- sen.
Zusammenfassung der Erfindung
[0023] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben, mit denen fortlaufend transformierte Werte gebildet werden können.
[0024] Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Er- findung, wobei die Unter ansprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der in den nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Erfindung, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen.
[0025] Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass bei der Be- rechnung des Istwertes der Temperatur der Substratoberfläche nicht die Emissi- onswerte und die Reflektanzwerte als solche verwendet werden, sondern dass entweder von den Emissionswerten UE,i oder den Reflektanzwerten UR,i trans- formierte Werte gebildet werden. Diese transformierten Werte werden dann
Figure imgf000013_0001
anstelle der Emissionswerte oder Reflektanzwerte bei der Berechnung der Ist- werte verwendet. Die Transformation kann eine Modifikation des Emissions- wertes oder des Reflektanzwertes sein. Mit der Transformation kann die Kurve der Emissionswerte oder der Reflektanzwerte auf eine Kurve abgebildet wer- den, die mit einer anderen Winkelfrequenz über die Zeit oszilliert. Die Trans- formation kann derart durchgeführt werden, dass nach der Transformation zwei Kurven, entweder eine transformierte Emissionskurve und die Reflektanz- kurve 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 ge- staucht, 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
Figure imgf000014_0001
Messwerte verwendet werden, die zu verschiedenen Zeiten hintereinander gemessen werden, bspw. Mess- werte, die unmittelbar hintereinander gemessen werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung enthalten die für die Berechnung der transformierten Werte verwendeten Messwerte den aktuellen Messwert, also den jeweils zuletzt gemessenen Messwert. Bevorzugt werden dieser Wert und der unmittelbar zuvor gemessene Wert verwendet.
Es kann aber auch neben dem aktuellen Messwert ein vorletzter Messwert ver- wendet werden. Es können auch mehrere vor dem aktuellen Messwert gemes- senen Messwerte verwendet werden.
Alternativ oder in Kombination mit dem ersten Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass aus zumindest zwei Messwerten jeweils ein Wert einer Steigung einer Kurve der gemessenen Emissionswerte oder Reflektanzwerte be- rechnet wird. Dieser Steigungswert wird bei der Berechnung eines transfor- mierten Wertes verwendet.
Mit der erfindungsgemäßen Weiterbildung des Standes der Technik ist es somit möglich, zu jeder Zeit einen aktualisierten transformierten Wert zu berechnen.
Es kann vorgesehen sein, dass bei der Transformation ein Transformationsfak- tor 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 Transfor- mationsfaktor > 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 des 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 Erfin- dung werden anstelle der Emissionswerte oder der Reflektanzwerte zeittrans- formierte Emissionswerte oder Reflektanzwerte zur Berechnung der Isttempe- ratur 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
Figure imgf000015_0001
gebildet wird. Die Messwerte werden dabei wie folgt
Figure imgf000015_0002
in transformierte Werte um gerechnet. Die Transformation erfolgt bevorzugt mit der folgenden Gleichung
Figure imgf000015_0003
wobei die zeitliche Ableitung der Steigung der über die Zeit abgetragene Kurve entweder der Emissionswerte oder der Reflektanzwerte ist. die sich be- vorzugt über einen Differenzenquotient berechnen lässt. Werden bspw. die Messwerte der Reflektanz UR,i transformiert, so wird die Isttemperatur gemäß der folgenden Gleichung berechnet
Figure imgf000016_0001
Durch die Wahl des Transformationsfaktors a als Quotient der Kreisfrequenzen der beiden über die Zeit abgetragenen Kurven
Figure imgf000016_0002
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 Transfor- mation wird bevorzugt ein zeittransformiertes Steigungsdreieck gebildet. Dabei werden die Steigung der nicht transformierten Kurve und die die transfor- mierte Zeit zur Zeit der Aufnahme des Messwertes bestimmt. Der transfor- mierte 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 vorlau- fende Kurve derart transformiert, dass die Periodenlänge der transformierten Kurve der Periodenlänge der nachlaufenden Kurve entspricht.
[0026] Mit dem erfindungs gern äßen Verfahren lässt sich mit einem bspw. in Vorversuchen ermittelten Transformationsfaktor a schrittweise jeweils unter Verwendung der aktuellen Messwerte und zumindest eines in der Vergangen- heit aufgenommenen Messwertes eine Isttemperatur berechnen, die eine gerin- gere Restoszillation aufweist.
[0027] 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 abge- schieden. Die dabei gewonnenen Messwertpaare jeweils eines Emissionswertes und eines Reflektanzwertes werden gespeichert. Anschließend wird eine Opti- mierung durchgeführt, bei der ein Versuchswert eines Transformationsfaktors a unter Verwendung der gespeicherten Messwerte und der oben genannten Glei- chungen solange variiert wird, bis die Restoszillation der über die Zeit abgetra- genen Kurve der Temperatur minimal ist, also bspw. das Flächenintegral unter der Kurve der Restoszillation ein Minimum erreicht.
[0028] Die Ermittlung des Transformationsfaktors kann aber auch während desselben "Runs" erfolgen, bspw. wenn vor dem Abscheiden der Schicht ander- weitige Schichten, insbesondere Bufferschichten abgeschieden werden.
[0029] Es ist ferner möglich, den Transformationsfaktor stetig anzupassen. Die stetige Anpassung kann insbesondere erfolgen, wenn auf einem Substrat meh- rere Schichten übereinander abgeschieden werden.
[0030] Die Transformation verwendet bevorzugt eine zeitliche Ableitung der über die Zeit abgetragenen Messkurve, die durch Differenzenquotienten gebil- det wird.
Figure imgf000017_0001
[0031] Mit Hilfe des Transformationsfaktors kann aus der Steigung der nicht transformierten Messkurve die Steigung der transformierten Messkurve berech- net werden. Der Differenzenquotient kann mit Hilfe von unmittelbar aufeinan- der folgend gemessenen Messwerten berechnet werden. Der Differenzenquoti- ent 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 Mess- punkte verwendet werden. Bei der Berechnung des Differenzenquotienten kön- nen 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 angewen- det, 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 wer- den, bis der transformierte Messwert in das Messintervall fällt, dessen Mess- werte zur Bestimmung des Differenzenquotienten verwendet werden.
[0032] Die mit dem zuvor beschriebenen Verfahren berechneten Temperatur- werte 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.
[0033] Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Durchfüh- rung eines Verfahrens, wobei die Vorrichtung zwei optische Messeinrichtungen aufweist, mit denen der Emissionswert und der Reflektanzwert gemessen wer- den 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 Ober- fläche 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 Reflek- tanzwerten transformierte Werte zu bilden und diese anstelle der Emissions- werte oder der Reflektanzwerte bei der Berechnung der Istwerte zu verwenden.
[0034] Die Erfindung betrifft darüber hinaus einen CVD-Reaktor mit einer Temperiereinrichtung zum Temperieren eines Substrates, bspw. einer Heizein- richtung und einer Vorrichtung zur Bestimmung des Istwertes der Substrattem- peratur, wie sie zuvor beschrieben worden ist. Der CVD-Reaktor kann ein Gas- einlassorgan aufweisen, mit dem Prozessgase in einer Prozesskammer eingespeist werden können. Die Prozessgase, bei denen es sich um metallorga- nische 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 einge- speist werden. Es können aber auch Prozessgase verwendet werden, die Ver- bindungen der II- und der VI-Hauptgruppe oder Verbindungen der IV-Hauptgruppe aufweisen. Ein oder mehrere Substrate liegen auf einem Sus- zeptor, der den Boden der Prozesskammer ausbildet. Die Temperierung des Substrates erfolgt durch eine Beheizung des Suszeptors. Hierzu ist eine Heiz- einrichtung vorgesehen, die bevorzugt unterhalb des Suszeptors angeordnet sein kann. Die Regelung der Heizeinrichtung erfolgt mit der Recheneinrich- tung, und zwar gegen einen Istwert, der in der oben beschriebenen Weise aus Reflektanzwerten und Emissionswerten ermittelt wird.
[0035] Das zuvor beschriebene Verfahren kann auch dahingehend modifiziert werden, dass die Zeittransformation wahlweise für die Reflektanzwerte oder die Emissions werte durchgeführt wird, wobei das Vorzeichen des Transforma- tionsfaktors sowohl positiv als auch negativ sein kann. Bei der Zeittransforma- tion kann sowohl eine lineare Interpolation als auch eine nichtlineare Interpola- tion verwendet werden. Die lineare Interpolation hat den Vorteil, dass lediglich zwei Messpunkte zur Ermittlung eines dazwischen liegenden Wertes erforder- lich sind. Interpolationen höherer Ordnung benötigen mehr Messpunkte. Das Verfahren betrifft insbesondere eine Temperaturbestimmung unter Verwen- dung einer Transformation. Besonders bevorzugt betrifft die Erfindung aber die Ermittlung einer Temperatur, die in einem Regelkreis als Istwert verwendet werden soll.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0036] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand bei- gefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- rens;
Fig. 2 schematisch den Schnitt gemäß der Linie II - II in Fig. 1 auf ei- nem Suszeptor 4, auf dem Substrate 7 angeordnet sind und Messstellen 13, mit denen mittels einer Reflektanz-Messeinrich- tung 11 und einer Emissivitäts-Messeinrichtung 10 Emissions- werte UE,i und Reflektanzwerte UR,i gemessen werden können;
Fig. 3 schematisch den zeitlichen Verlauf einer über die Zeit aufge- nommenen Messkurve UR einer Vielzahl von Reflektanzmess- werten und einer über die Zeit aufgenommenen Messkurve UE einer Vielzahl von Emissionsmesswerten, wobei die Kurven der Übersicht halber normiert sind. Die Kreisfrequenz ω E der Mess- kurve 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 dar gestellt ist und die den Verlauf der be- rechneten Temperatur charakterisiert;
Fig. 4 den Ausschnitt IV in Fig. 3, wobei jedoch zur Verdeutlichung ein etwas größerer Quotient der beiden Kreisfrequenzen ver- wendet worden ist und mit der gepunkteten Linie nicht die Summe der beiden Kurven, sondern eine transformierte Kurve der Reflektanzwerte dargestellt ist und
Fig. 5 den Ausschnitt V in Fig. 4.
Beschreibung der Ausführungsformen
[0037] Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte CVD-Reaktor besitzt ein Reak- torgehäuse 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 Sus- zeptor 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.
[0038] Auf der von der Heizeinrichtung 5 wegweisenden horizontalen Ober- fläche 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. [0039] 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 Figur 2 deutet an, dass die Mess- stelle 13 während einer Drehung des Suszeptors 4 über sämtliche der Substrate 7 wandert.
[0040] Die beiden Messeinrichtungen 11, 12 können aber auch in einer Mess- einrichtung zusammengefasst sein.
[0041] Die Figur 3 zeigt in der durchgezogenen Linie eine interpolierte Mess- kurve durch eine Vielzahl von nicht einzeln dargestellten Messwerten der mit einer Messeinrichtung 11 gemessenen Reflektanzmesswerte UR,i. Die Oszillation ist auf Reflektionen an den Grenzflächenschichten zurückzuführen. Die gestri- chelte Linie entspricht einer durch eine Vielzahl von Messwerten interpolierten Kurve der mit der Messeinrichtung 12 gemessenen Emissivität UE,i. Die Oszilla- tion ist auch hier auf Reflektionen an den Grenzflächen der Schicht zurückzu- führen. 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.
[0042] Die Temperatur T kann mit Hilfe der oben angegebenen Gleichungen 1 bis 2 nach der oben angegebenen Gleichung 3 berechnet werden. [0043] Die Figur 4 zeigt, dass aufgrund der größeren Kreisfrequenz ω R der über die Zeit t abgetragenen Messkurve der Reflektanzwerte UR,i diese Kurve der Messkurve der Emissionswerte UE,i vorläuft. Erfindungsgemäß wird mittels einer geeigneten Transformation aus den Reflektanzmesswerten UR,i eine trans- formierte Kurve gebildet, die mit der gepunkteten Linie dargestellt ist. Für die Berechnung der Temperatur werden transformierte Messwerte verwendet,
Figure imgf000023_0001
die zu den Messzeiten ti auf der transformierten Kurve liegen. In der Figur 4 sind zwei derartige Messwertpaare und ein daraus berechneter transformierter Messwert dargestellt, bei denen der Index i die Werte 1 und 2 einnimmt.
Figure imgf000023_0002
Die Kreis frequenz der transformierten Kurve hat dabei denselben Wert
Figure imgf000023_0004
Figure imgf000023_0003
oder nahezu denselben Wert wie die Kreis frequenzω E der Kurve der Emissi- onswerte UE,i.
[0044] Anhand der Figur 5 wird das Verfahren zur Ermittlung der transfor- mierten Messwerte
Figure imgf000023_0005
im Detail erläutert. In der Realität entsprechen die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Kurven keinen exakten Sinuskurven. Sie sind in den Figuren 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
Figure imgf000023_0006
gebildet. Der Wert a wird bei der Transformation als Transformationsfaktor verwendet. Die Transformation ist eine Zeittransformation, wobei eine transfor- mierte Zeit
Figure imgf000023_0008
Figure imgf000023_0007
gebildet wird. Mit dieser Zeittransformation wird die durchgezogenen Kurve UR, die den zeitlichen Verlauf der Messwerte der Reflektanz UR,i wiedergibt, derart gestreckt, dass ihre Periodenlänge derjenigen der gestrichelt dargestell- ten Kurve UE, die den zeitlichen Verlauf der Messwerte der Emissivität UE,i wie- dergibt. Die zeittransformierte Kurve
Figure imgf000024_0001
ist gepunktet dargestellt. Zur Berech- nung der Temperatur T werden die transformierten Messwerte
Figure imgf000024_0002
verwendet, die den Werten entsprechen, die die transformierte Kurve zu den nicht transfor- mierten Zeiten ti besitzt.
[0045] Die Berechnung eines transformierten Messwertes erfolgt anhand
Figure imgf000024_0004
des in der Figur 5 dargestellten Beispiels mit den beiden zu den Zeiten t1 und t2 aufgenommenen Reflektanzmesswerten UR,1 und UR, 2 in der Art einer Taylor- Entwicklung, die nach dem ersten Glied abgebrochen wird. Von dem Reflek- tanzmesswert UR, 2 wird ein Betrag abgezogen, der sich aus der Steigung
Figure imgf000024_0005
der transformierten Reflektanzkurve und der Differenz von transformierter Zeit und nicht transformierter Zeit at2 - t-2 ergibt.
Figure imgf000024_0003
[0046] Die Steigung kann mit Hilfe des Transformationsfaktors a aus der
Figure imgf000024_0007
Steigung der nicht transformierten Kurve der Reflektanzmesswerte UR,i gewon- nen werden.
Figure imgf000024_0006
so dass der transformierte Messwert wie folgt direkt aus dem Messwert UR 2 und dessen zeitliche Ableitung berechnet werden kann.
Figure imgf000025_0001
Die zeitliche Ableitung
Figure imgf000025_0003
wird dabei durch einen Differenzenquotienten un- ter Verwendung zumindest eines vorher aufgenommenen Messwertes UR,1 be- rechnet.
Figure imgf000025_0002
Der mit der Gleichung 10 berechnete Wert kann dann unmittelbar zur Berech- nung des Istwertes Ti verwendet werden
Figure imgf000025_0004
wobei i im Ausführungsbeispiel den Wert 2 erhält und der transformierte Mess- wert unter Verwendung zweier Messwerte, die zu unterschiedlichen Zei- ten ti gemessen worden sind, berechnet wird.
[0047] Beim Ausführungsbeispiel (siehe Figur 5) liegt der transformierte Mess- wert zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgend zu den Zeiten t1 und t2 aufgenommenen Messwerten UR,1 und UR, 2 unten. Bei anderen Bedingun- gen, bei denen der transformierte Messwert unterhalb des zur Zeit t1 ge-
Figure imgf000025_0005
messenen Messwertes UR,1 unten liegen würde, wird bevorzugt ein Messwert verwendet, der vor der Zeit t1 (bspw. zu einer Zeit tO) aufgenommen worden ist, um zusammen mit dem zur Zeit t2 gemessenen Messwert UR, 2 den Diffe- renzenquotienten zu bilden, mit dem das Steigungsdreieck berechnet wird, mit dem der transformierte Messwert gebildet wird. [0048] Der Transformationsfaktor a kann schwach temperaturabhängig sein.
[0049] Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zu- mindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenstän- dig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinatio- nen auch kombiniert sein können, nämlich:
[0050] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass von den Emissi- onswerten UE, i und/ oder von den Reflektanzwerten UR, i transformierte Werte gebildet werden, die anstelle der Emissionswerte UE, i oder der Reflektanz- werte UR, i bei der Berechnung der Temperaturwerte Ti verwendet werden.
[0051] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die transformier- ten Werte durch eine numerische Zeittransformation entweder der Emissi-
Figure imgf000026_0001
onswerte UE, i oder der Reflektanzwerte UR, i gebildet werden.
[0052] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei der Berech- nung der transformierten Werte jeweils zumindest zwei zu verschiedenen
Figure imgf000026_0002
Zeiten ermittelten Messwerten des Emissionswertes UE, i oder des Reflektanz- wertes UR, i verwendet werden.
[0053] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein bei der Trans- formation verwendeter Transformationsfaktor a in Vorversu-
Figure imgf000026_0003
chen ermittelt wird und/ oder dass der Transformationsfaktor a dem Quotien- ten der Winkelfrequenzen ωE , ω R entspricht. [0054] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass, während des Ab- scheidens der Schicht zu jedem der Messwertpaare {UE,nUR,n} gemäß der Bezie- hung ein Wert ermittelt wird, wobei ti die gege-
Figure imgf000027_0002
Figure imgf000027_0003
benenfalls um einen Phasenoffset korrigierte Zeit t seit Beginn des Abscheidens der Schicht ist, Ui der Messwert entweder des Emissionswerts UE, i oder des Re- flektanzwertes UR, i zur Zeit ti ist, a der Transformationsfaktor ist und
Figure imgf000027_0004
die Steigung der Kurve durch die gemessenen Emissionswerte UE, i oder Reflek- tanzwerte UR, i zur Zeit ist, und der Wert
Figure imgf000027_0005
anstelle des Messwertes UE, i, UR, i zur Temper aturberechnung verwendet wird.
[0055] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steigung
Figure imgf000027_0006
durch Bildung eines Differenzquotienten jzweier zeitlich nacheinander
Figure imgf000027_0001
gemessenen Messwerten berechnet wird.
[0056] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Temperatur- wert Ti gemäß folgender Beziehung
Figure imgf000027_0007
berechnet wird, wobei A, B und a Kalibrierparameter sind und einer der Mess- werte UE, i, UR, i durch den zeittransformierten Wert U* ersetzt wird.
[0057] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Emissions- werte UE, i zeittransformiert werden, wenn die Winkelfrequenz ωE ihres Kur- venverlaufs größer ist, als die Winkelfrequenz ω R des Kurvenverlaufs der Re- flektanzwerte UR, i und umgekehrt.
[0058] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Temperatur- wert Ti als Ist-Wert Tist eines Regelkreises einer Temperiereinrichtung zum Temperieren des Substrates verwendet wird, mit dem die Substrattemperatur gegen einen Sollwert Tsoll geregelt wird. [0059] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Transforma- tionsfaktor a während eines zuvor durchgeführten Abscheidens einer Schicht auf einem Substrat ermittelt wird, wobei während des Abscheidens mehrfach hintereinander Messwertpaare {UE,nUR,n}, die jeweils einen Emissionswert UE, i und einen Reflektanzwert UR, i beinhalten, aufgenommen werden und durch diese danach periodische Ausgleichskurven gelegt werden.
[0060] 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 Mess- wertpaare {UE,nUR,n} gemessen und gespeichert werden und daran anschließend mittels der Transformation entweder von den gespeicherten Emissionswerten UE, i oder von den gespeicherten Reflektanzwerten UR, i mit einem schrittweise variierten Versuchswert des Transformationsfaktors a transformierte Werte
Figure imgf000028_0001
gebildet werden, die anstelle der Emissionswerte UE, i oder der Reflektanzwerte UR, 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.
[0061] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Rechenein- richtung eingerichtet ist mittels einer Transformation gemäß einem der Ansprü- che 1 bis 11 entweder von den Emissionswerten UE, i oder von den Reflektanz- werten UR, i transformierte Werte
Figure imgf000028_0002
zu bilden und diese anstelle der Emissions- werte UE, i oder der Reflektanzwerte UR, i bei der Berechnung des Temperatur- wertes Ti zu verwenden. [0062] Ein CVD-Reaktor, der gekennzeichnet ist durch eine Vorrichtung zur Bestimmung des Temperaturwertes Ti der Substrattemperatur gemäß Anspruch 12.
[0063] Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination un- tereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/ beigefügten Prioritäts- unterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender An- meldung mit aufzunehmen. Die Unter ansprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbe- sondere 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 Erfin- dung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehen- den 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 A Drehachse
2 Gaseinlassorgan A Kalibierparameter
3 Gaszuleitung B Kalibrierparameter
4 Suszeptor UE Emissionswert
5 Heizeinrichtung UR Reflektanzwert
6 Substrathalter UE,n Emissionswert
6' Gaskissen UR,n Reflektanzmesswert
7 Substrat TM Messtemperatur
8 Prozesskammer ti Zeitpunkt
9 Drehachse i Index einer Messung
10 Strahlteiler {UE,n, UR, n } Messwertepaar
11 Reflektanzwert-Messeinrich- tung Tist Istwert
12 Emissionswert-Messeinrich- tung ω E , ω R Winkelfrequenz
13 Messteile
14 Drehantriebseinrichtung UR, i Reflektanzwert
15 Recheneinrichtung
21 Mehrschichtstruktur UE, i Emissionswert
22 Substrat
30 Barrierenschicht transformierter Wert
Figure imgf000030_0001
31 Deckschicht zeitliche Ableitung
Figure imgf000030_0002
α Kalibrierparameter
Y Korrekturwert
Figure imgf000030_0003
transformierter Wert
Yi Korrekturwert eines Messin- tervalls λ Wellenlänge

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Beschichten eines Substrates mit mindestens einer Schicht, wobei während des Abscheidens der Schicht mit mindestens einer opti- schen Messeinrichtung an der Schicht mehrfach hintereinander Messwert- paare ({UE,n, UR, n}) ermittelt werden, die jeweils einen Emissionswert
Figure imgf000031_0001
der der bei einer ersten Lichtwellenlänge gemessenen thermischen Strah- lungsleistung entspricht, und einen Reflektanzwert ( UR, n ), der bei einer zweiten Lichtwellenlänge gemessen wird, die maximal nur gering von der ersten Lichtwellenlänge abweicht, beinhalten, wobei aus den Messwertpaaren ({UE,nUR, n}) Temperaturwerte (Ti) einer Substrattemperatur berechnet werden, wobei die Emissionswerte (UE,n) und die Reflektanzwerte (tiR n) jeweils auf einer mit einer Winkelfrequenz ( ω E , ω R ) über die Zeit (t) oszillieren- den Kurve liegen und ein Quotient der Winkelfrequenzen (ω E , ω R ) ins- besondere geringfügig von Eins verschieden ist, wobei durch eine nume- rische Zeittransformation, bei der jeweils zumindest zwei zu verschiedenen Zeiten ermittelte Messwerte des Emissionswertes ( UE, i ) o- der des Reflektanzwertes ( UR, i ) verwendet werden, von den Emissions- werten (UE, i) und/ oder von den Reflektanzwerten ( UR, i) transformierte Werte (
Figure imgf000031_0003
) gebildet werden, die anstelle der Emissionswerte (UE,i) oder der Reflektanzwerte (UR, i ) bei der Berechnung der Temperaturwerte (Ti) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Messwerte (UE, i oder UR, i) der aktuelle Messwert ist und/ oder dass aus den Messwer- ten (UE,i, UR, i) jeweils ein Wert einer Steigung einer Kurve der gemessenen Ernis sions werte (UE,i) oder Reflektanzwerte
Figure imgf000031_0002
berechnet wird, wobei die transformierten Werte ( ) mit den Werten der Steigung (
Figure imgf000031_0004
) berech- net werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein bei der Zeittransformation verwendeter Transformationsfaktor
Figure imgf000032_0002
(a) in Vorversuchen ermittelt wird und/ oder dass der Transformations- faktor (a) dem Quotienten der Winkelfrequenzen ( ω E , ω R) entspricht.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass, während des Abscheidens der Schicht zu jedem der Mess- wertpaare ({UE,nUR,n}) gemäß der Beziehung
Figure imgf000032_0001
ein Wert ( ) ermittelt wird, wobei
Figure imgf000032_0003
ti die gegebenenfalls um einen Phasenoffset korrigierte Zeit (t) seit Beginn des Abscheidens der Schicht ist,
Ui der Messwert entweder des Emissionswerts (UE,i) oder des Reflektanz- wertes (UR, i) zur Zeit (ti) ist, a der Transformationsfaktor ist und
Ui' die Steigung der Kurve durch die gemessenen Emissionswerte (UE,i) oder Reflektanzwerte (UR,i) zur Zeit (ti) ist, und der Wert ( ) anstelle des
Figure imgf000032_0004
Messwertes (UE, i, UR, i) zur Temper aturberechnung verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Steigung (
Figure imgf000032_0005
) durch Bildung eines Differenzquotienten zweier zeitlich nacheinander gemessenen Messwerten berechnet
Figure imgf000032_0006
wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Temperaturwert (Ti) gemäß folgender Beziehung
Figure imgf000032_0007
berechnet wird, wobei (A, B und α) Kalibrierparameter sind und einer der Messwerte (UE,i, UR, i) durch den zeittransformierten Wert
Figure imgf000033_0001
ersetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Emissionswerte (UE,i) zeittransformiertwerden, wenn die Winkelfrequenz ( ω E) ihres Kurvenverlaufs größer ist, als die Win- kelfrequenz (ω R) des Kurvenverlaufs der Reflektanzwerte (UR, i ) und an- sonsten die Reflektanzwerte (UR, i ).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Temper aturwert (Ti) als Ist-Wert (Tist) eines Regelkreises einer Temperiereinrichtung zum Temperieren des Substrates verwendet wird, mit dem die Substrattemperatur gegen einen Sollwert (Tsoll) geregelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Transformationsfaktor (a) während eines zuvor durchgeführten Abscheidens einer Schicht auf einem Substrat ermittelt wird, wobei wäh- rend des Abscheidens mehrfach hintereinander Messwertpaare ({UE,nUR,n}), die jeweils einen Emissions wert (UE, i) und einen Reflektanz- wert (UR, i) beinhalten, aufgenommen werden und durch diese danach pe- riodische Ausgleichskurven gelegt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Transformationsfaktors (a) mit ersten Wachs- tumsparametern eine Schicht auf einem Substrat abgeschieden wird, wäh- rend des Abscheidens der Schicht Messwertpaare ({UE,nUR,n}) gemessen und gespeichert werden und daran anschließend mittels der Transforma- tion entweder von den gespeicherten Emissionswerten (UE,i ) oder von den gespeicherten Reflektanzwerten (UR, i) mit einem schrittweise variierten Versuchswert des Transformationsfaktors (a) transformierte Werte
Figure imgf000034_0001
gebildet werden, die anstelle der Emissionswerte (UE, i) oder der Reflek- tanzwerte (UR, i) bei einer Berechnung eines Temperaturwertes (T) verwen- det 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 8 berechneten Temper aturwertes (T) minimal ist.
10. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, mit einer ersten optischen Messeinrichtung zur Messung des Emissionswertes ( UE, i), einer zweiten optischen Messeinrich- tung zur Messung des Reflektanzwertes (UR, i) und einer Recheneinrich- tung zur Berechnung eines Temperaturwertes (Ti), dadurch gekennzeich- net, dass die Recheneinrichtung eingerichtet ist mittels einer Transformation gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 entweder von den Emissionswerten (UE, i) oder von den Reflektanzwerten (UR, i) transfor- mierte Werte ( ) zu bilden und diese anstelle der Emissionswerte (UE, i)
Figure imgf000034_0002
oder der Reflektanzwerte (UR, i) bei der Berechnung des Temper aturwertes (Ti) zu verwenden.
11. CVD-Reaktor mit einer Temperiereinrichtung zum Temperieren eines Substrates, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Bestimmung des Temper aturwertes (Ti) der Substrattemperatur gemäß Anspruch 10.
12. Verfahren, Vorrichtung oder CVD-Reaktor, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.
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