WO2020188087A2 - Verfahren zur erfassung eines zustandes eines cvd-reaktors unter produktionsbedingungen - Google Patents

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    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a process chamber having CVD reactor, in which during a process in one or more process steps of a process phase in which a substrate is in the process chamber, by means of a control device according to one in the Control device stored recipe supplied control data in each case a process temperature, a pressure and a process gas flow is set in the process chamber mer, wherein during the process by means of sensors measurement data are determined from which a current "fingerprint" is calculated, which with a in the same way at one or several older processes determined historical "fingerprint” is compared.
  • a CVD reactor is part of a coating system that carries out treatment phases of the substrate in the production process of coated semiconductor substrates according to recipes given by the operator of the system, in which substrates automahsch, semi-automatically or manually on a susceptor arranged within the CVD reactor be applied.
  • the process chamber in which the susceptor is located is pumped out, rinsed and brought to a process temperature at which process gases are fed into the process chamber, so that a layer is deposited on the substrate surface.
  • the treatment phase of the process can include a multitude of process steps that are carried out with different process parameters, i.e. at different temperatures, total pressures or process gas compositions.
  • the CVD reactor is conditioned before or after a respective treatment phase.
  • the CVD reactor will be calibrated prior to a treatment phase.
  • the method can thus have a calibration or conditioning phase that precedes a process phase.
  • process parameters in particular heat supply parameters and heat release parameters, are varied. These are parameters that influence the heat flow to the substrate or the heat output from the substrate.
  • the substrate temperature changes.
  • the values for various parameters can be determined with which a specified substrate temperature can be achieved.
  • a conditioning phase the process chamber is to be brought into a defined target state.
  • the conditioning phase usually also consists of a large number of steps, namely a large number of conditioning steps.
  • the process chamber is brought to a conditioning temperature.
  • a conditioning gas is introduced into the process chamber.
  • the conditioning gas can be an etching gas, for example chlorine, or a compound containing a halogen.
  • the conditioning gas can, however, also be another gas.
  • the process chamber can be cleaned with the conditioning gas.
  • the conditioning gas can also be used for precoating or surface conditioning of surfaces of the process chamber.
  • At least one conditioning step is carried out according to fixed, predetermined process parameters.
  • US Pat. No. 6,455,437 B1 and US 2004/0254762 A1 describe methods for operating a CVD reactor in which fingerprints are formed from measured values determined during the process. Every process step is a assigned individual fingerprint. Historical fingerprints formed in this way can be compared with current fingerprints in order to gain early knowledge about the operating status of the CVD reactor.
  • US Pat. No. 7,212,950 B2 describes a method for operating a CVD reactor in which a number of identical CVD reactors are used in a factory. In order to recognize whether process data in the individual reactors are subject to a drift, characteristic "fingerprints" are formed from measurement data, which can be compared with one another.
  • JP 2016213400 A describes a method for operating a CVD reactor in which process data is obtained during the process steps and is stored in a data collection.
  • US Pat. No. 7,583,833 B2 describes a system and a method for quality assurance of a CVD deposition process in which measured values are determined during operation and compared with historical measured values.
  • a method for determining the parameters in which a large number of values are determined in a calibration method that precedes the treatment method is known from US 2007/0195853 A1. From the multitude of values, the parameters are determined that provide an actual temperature that comes closest to a specified temperature. There, temperatures are increased step by step using a "setup recipe". In each step, temperature values are measured at several sensors. The values obtained form a matrix with which a calibrated thermal model is derived from a standard model that takes the thermal characteristics into account Model is calculated, which reflects the temperatures actually reached.
  • the prior art described above makes it possible to compare processes with a sequence of identical process steps with regard to the stability of the process. If the control data is varied by the user, updated fingerprints must be obtained in order to analyze the stability of the processes later carried out with the same control data.
  • the invention is based on the object of obtaining reliable knowledge of the thermal characteristics of the system status of a CVD reactor even if the user varies the control data in the process phase.
  • At least one conditioning step be carried out with fixed, predetermined, unchangeable process parameters.
  • Each of the large number of processes carried out in the production of coated semiconductor substrates has at least one first conditioning step, which can optionally be combined with second conditioning steps that have individual process parameters. sen.
  • process data are determined at least during this first conditioning step and these process data are statistically evaluated with similar process data.
  • the process data are, in particular, measured data such as a total pressure within the process chamber, a temperature within the process chamber or a measured partial pressure of a process gas.
  • the process parameters are target temperatures, target pressures and target flows of process gases.
  • the setpoints or actual values of bath temperatures, humidity values, etc. can also be used as process parameters or process data.
  • the CVD reactor has a control device.
  • the control device has a memory.
  • a recipe according to which the process is carried out can be stored in the memory.
  • the process can be divided into two phases, a conditioning phase in which the process chamber is conditioned in the absence of the substrates or in the presence of a dummy substrate, and a process phase in which a substrate located in the process chamber is processed, for example in the a substrate is coated with one or more layers. Both the process phase and the conditioning phase can each have several steps.
  • the control device supplies control data for each process step and for each conditioning step, according to which a conditioning temperature or process temperature, a conditioning pressure or process pressure and a positioning gas flow or a process gas flow are set.
  • the conditioning gas flow and the process gas flow can have a multiplicity of individual gas flows, for example a carrier gas flow and several reaction gas flows.
  • measured values are recorded by means of suitable sensors at various points within the process chamber, but also outside the process chamber.
  • the measured values can be partial pressures in a gas phase inside or outside the process chamber.
  • the measurement data can but also temperatures at different locations inside or outside the process chamber.
  • the measured data can be exhaust gas temperatures, temperatures of walls within the process chamber.
  • a conditioning phase has several first conditioning steps, i.e. conditioning steps that are always carried out with the same process parameters, with these several first conditioning steps preferably following one another.
  • the measured values that are measured during a conditioning step are stored.
  • the historical measured values are treated statistically.
  • the historical "fingerprint” can thus be the result of a Be calculation in which the measured values of conditioning steps carried out with identical process parameters are related.
  • the current fingerprint to be compared with this historical “fingerprint” was obtained with measured values that have been determined in one or more conditioning steps that have the same process parameters as those used to determine the historical “fingerprint”. Minimum values, maximum values, mean values and standard deviations can be formed.
  • the current process data are related to the historical statistical data obtained in this way in order to determine deviations of the CVD reactor or the CVD system from a target state.
  • a production plant having a CVD reactor runs through the following production cycle, for example, with a predetermined one Algorithm, i.e. a calculation rule, calculates values or groups of values from the historical measured values and the current measured values, which are referred to here as "fingerprint".
  • a one-dimensional or multi-dimensional window can be calculated from the statistical calculations in which a current "fingerprint.””must be in order to describe the current state of the CVD reactor as OK.
  • the process is a production cycle that comprises several, almost completely automated phases, the main phases being a process phase and a conditioning phase.
  • the process usually begins with the reactor being prepared to be loaded with substrates to be coated. For this purpose, uncoated substrates are brought into the process chamber from outside.
  • the process chamber is prepared for the deposition process. This is followed by the deposition process, which represents a process phase and in which several coating processes can be carried out with different process parameters.
  • a coating process can have several process steps.
  • the CVD reactor is prepared for the transfer of the substrates from the process chamber.
  • the process chamber is prepared for the conditioning steps.
  • Several first and second conditioning steps are then carried out in a conditioning phase, with the second conditioning steps differing from the first conditioning steps in that the second conditioning steps are carried out with control parameters that change or that can be changed by the plant operator, and the first conditioning steps steps only have control parameters that are fixed, and in particular cannot be changed by the system operator, but only by the system manufacturer.
  • the first conditioning steps are preferably part of each process, with some of the several processes that have identical first conditioning steps, process steps or second conditioning steps that are different from one another. can point. While in this first variant the conditioning steps can contain cleaning steps in which, for example, chlorine or ammonia is fed into the process chamber so that parasitic deposits on the walls of the process chamber are removed at elevated temperatures, the first conditioning steps of a second variant can be tempering steps be. This variant is essentially only carried out after maintenance of the process chamber, during which the process chamber was opened so that air has entered the interior of the process chamber. By heating the process chamber at high temperatures, for example at temperatures between 700 ° C. and 1200 ° C., any water adsorbed on the surfaces of walls in the process chamber is removed.
  • the regulated process chamber temperature is increased in several steps from approximately 700 ° C. to approximately 1200 ° C. It can be provided that during each of these steps the heat flow from a heating device for heating the susceptor to a cooling device which is arranged above a process chamber ceiling is varied.
  • the thermal resistance of the process chamber ceiling can be varied, for example, by feeding a temperature gas with changing thermal conductivity into a gap. The gap is located, for example, between a lower cover plate of the process chamber ceiling and an upper cover plate of the process chamber ceiling, which preferably rests against a temperature control body.
  • a large number of measured values are recorded, in particular the process chamber ceiling temperature and a substrate temperature, which is measured on a dummy wafer arranged on a substrate holder.
  • the measurements can be carried out with pyrometers.
  • a value that can be compared with historical values can be obtained from measurements carried out at the same time. This value can be a single reading. However, it can also be one or more statistically from a large number of measurement value to act determined value.
  • a conditioning phase has, for example, the following conditioning steps: a) heating the process chamber under a hydrogen atmosphere,
  • Free parameters are essentially available to the system operator with regard to the cleaning steps g), j), k).
  • a second aspect of the invention relates to a method for determining the parameters for temperature control of the surface of a substrate carried by a susceptor of a CVD reactor to a predetermined substrate temperature in order to thermally treat the substrate in at least one process step of a process phase at this temperature wherein a first parameter is a heat supply parameter that influences a first heat flux supplied to the susceptor from a heat source, and a second parameter is a heat release parameter that influences a second heat flux released from the surface of the substrate to a heat sink.
  • the substrate is in a heat transfer path between a heat source, which is usually a heating device for heating the susceptor, and a heat sink, which is usually a process chamber ceiling or a cooling device adjacent to the process chamber ceiling.
  • a heat source which is usually a heating device for heating the susceptor
  • a heat sink which is usually a process chamber ceiling or a cooling device adjacent to the process chamber ceiling.
  • the temperature of the surface of a substrate carried by the susceptor depends on the heat supply parameters.
  • the thermodynamic relationships are described in particular in DE 10 2017 105 333 A1, in which the heat transfer paths between the heat source and substrate or substrate and heat sink are viewed as heat flow resistances. These heat flow resistances can change due to changes in properties, in particular special surface properties within the process chamber during the life of the process chamber.
  • the heat flow resistances depend in particular on the type of process steps previously carried out in the process chamber.
  • a heat supply parameter can be, for example, the susceptor temperature measured in particular on an underside, that is to say the side of the susceptor facing the heating device, to which the underside of the susceptor is regulated.
  • the heat supply parameter can, however, also be the power supplied to the heating device.
  • a heat output parameter can be the temperature of a process chamber ceiling, which can also be regulated to a target temperature. This can be done by modifying the cooling capacity of a cooling device. However, it is also possible to influence the process chamber ceiling temperature by varying a mixing ratio of a temperature control gas which is fed into a gap between the process chamber ceiling and the cooling device.
  • the temperature gas consists of two gases with different thermal conductivities.
  • the invention is based on the object of specifying means with which values for a heat supply parameter and a heat output parameter can be reliably determined at which a predetermined substrate temperature is established on the surface of the substrate facing the process chamber.
  • the object is achieved in that a large number of value tuples is determined in one or more calibration steps.
  • Each of these tuples of values has a value of a first parameter and a value of a second parameter, it being possible for these parameters to be the regulated susceptor temperature and / or the regulated process chamber ceiling temperature.
  • the parameters can also be the heating power and / or the mixing ratio of the temperature control gas or the heat dissipation power of the cooling device.
  • a function representing the actual temperature of the surface of the substrate via at least one of the parameters is formed from the plurality of value tuples by at least one-dimensional interpolation.
  • the function can be a single function of a family of functions.
  • At least one parameter is obtained which correlates with an actual temperature of the substrate surface that comes closest to the substrate temperature specified in a recipe.
  • an inverse function is formed from the particular one-dimensional function, so to speak.
  • the method described above can be used to determine the tuples.
  • a first parameter for example the susceptor temperature
  • the second parameter is also varied, for example the process chamber ceiling temperature, gradually increased. This can be done in the manner described above in that a temperature gas with a different composition is fed into a gap between the process chamber ceiling and the cooling device.
  • the large number of measured values obtained in this way can support points of a two-dimensional mathematical that can be represented as a surface Function.
  • the function can be represented in a three-dimensional coordinate system in such a way that, for example, an X-axis represents the susceptor temperature, a Y-axis represents the process chamber ceiling temperature and the Z-axis represents the measured surface temperature on the substrate.
  • the susceptor temperature and the process chamber ceiling temperature can be controlled temperatures.
  • the measured actual temperature of the substrate surface can be measured with a pyrometer.
  • a function represented in the manner of a grid network can be interpolated as a surface area. From the resulting area, the point in the XY area can be determined which supplies a function value that comes closest to the specified substrate temperature.
  • each calibration step that is carried out at the same susceptor temperature supplies an interpolated measurement curve that represents the measured substrate surface temperature above the process chamber ceiling temperature. From this measurement curve, with the formation of an inverse function, as it were, the parameters, i.e. the process chamber ceiling temperature, can be determined which, at the respective susceptor temperature, correlates to a substrate surface temperature that comes closest to a specified substrate temperature.
  • the calibration curves obtained in the calibration phase are used instead of standard calibration curves in order to modify the parameters specified by a recipe, such as the susceptor temperature and the process chamber ceiling temperature.
  • parameters such as the susceptor temperature or the process chamber ceiling temperature can be given, according to which the desired substrate temperature results according to a standard characteristic.
  • a modified characteristic curve is obtained, on the basis of which modified setting values result.
  • the device according to the invention has a control device which is programmable. Process parameters for the conditioning phase and the process phase can be specified via the programming.
  • the process, and in particular each process that is carried out with the device contains one or more calibration or conditioning steps that are carried out with permanently predetermined process parameters. These calibration or conditioning steps cannot be omitted by the user. The process parameters of these calibration or conditioning steps cannot be changed either.
  • the fingerprint is thus used in unchangeably predetermined steps of the process with fixed process parameters, such as in particular a total pressure in the Process chamber, a gas flow through the process chamber and at least one or more fixed temperatures in the process chamber are determined.
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of a recipe
  • 4 shows a graphic representation of a “fingerprint” relating to the first exemplary embodiment according to FIG
  • FIG. 5 shows a representation according to FIG. 4 relating to the second exemplary embodiment according to FIG. 3
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a cross section through a
  • FIG. 7 shows a representation of a temperature profile T over time t with four successive conditioning steps C1 .l, CI.2,
  • a susceptor temperature TS is gradually increased from about 700 ° C to 1200 ° C and a substrate temperature TW and a ceiling temperature TC are measured
  • FIG. 8 using a first example of how values K1 to K16 of a fingerprint are calculated from the measured values Ml to M16 and NI to N16 obtained during conditioning according to FIG.
  • 9 schematically shows how values K1 to K4 of a fingerprint are compared with values K'1 to IC4 of a historical fingerprint
  • 10 shows a representation of a two-dimensional function calculated from a plurality of value tuples by interpolation over the susceptor temperature Ts and the process chamber ceiling temperature TC, the function F representing the surface temperatures TW of the substrate and
  • FIG. 11 shows a representation of a standard calibration curve 25 and a calibration curve 25 'determined in the calibration phase in a coordinate system which indicates the process chamber ceiling temperature TC in the X axis and the surface temperature TW of the substrate in a Y axis.
  • FIG. 1 shows schematically a CVD reactor as it is part of the device according to the invention or on which the method according to the invention can be carried out.
  • a process chamber 3 is located in a housing of the CVD reactor 1 that is gas-tight to the outside, in particular made of stainless steel,.
  • the process chamber is located above a susceptor 4 made of graphite or coated graphite, which is connected from below by means of a IR heating device 6 can be heated.
  • the electromagnetic alternating fields generated by the heating device 6 generate eddy currents in the susceptor 4 which lead to the susceptor 4 heating up.
  • On the top of the susceptor 4 lie one or more substrates 2 which are to be coated during a process carried out within the process chamber 3.
  • Carrier gases or process gases can be fed into the process chamber 3 through a gas inlet 5.
  • a vacuum pump 12 is provided, in front of which a throttle valve 11 is arranged. With a control device 10, gas flows can be controlled by 7, 8 and 9 designated gas sources are set, which are fed into the process chamber 3 by means of the gas inlet 5. With the control device 10, the heating device 6, the throttle valve 11 and the Pum pe 12 can also be controlled
  • a liquid source 13 which contains, for example, an organometallic compound, is located in a temperature control bath 14, the temperature of which can be monitored.
  • a process chamber ceiling 18 has a cooling device (not shown) and means for influencing its heat-conducting properties.
  • the entire device is located in a cabinet 15, which can be closed essentially gas-tight to the environment.
  • the cabinet 15 has a supply air 16 and an exhaust air 17. The gas composition in the exhaust air 17 and the exhaust air temperature can be measured.
  • a cooling flow can flow through the cavities of the spiral heating device 6.
  • control device 10 different recipes can be stored, with which different layers can be deposited on a substrate 2.
  • a process in each case comprises a multiplicity of steps, the steps being able to be divided into phases which differ from one another.
  • a conditioning phase PC which can be carried out for example before the actual coating phase, the process chamber 3 or the reactor system is brought to a target state.
  • the conditioning steps Cl.l, CI.2 and CI.3 are carried out with different conditioning parameters.
  • the temperatures T within the process chamber mer 3 or the total pressures P within the process chamber 3 or the gas flows Q (quantity and / or quality) of the conditioning gases may be different.
  • the control parameters SP which are specified for controlling the temperature, the total pressure or the gas flows, are fixed and cannot be changed by the user.
  • the conditioning phase has three conditioning steps, each of which must be carried out with unchangeable control parameters.
  • the conditioning phase PC has, in addition to the first conditioning steps Cl.l, CI.2 and CI.3, which must be performed with fixed control parameters, second conditioning steps C2.1, C2.2, which can be carried out with variable control parameters.
  • the user can change the control parameters.
  • the conditioning phase PC is followed by a process phase PR, which has various successive process steps RI, R2 and R3, which are used to treat substrates arranged in the process chamber 3, for example around the substrates 2 with one or more layers to coat.
  • the control parameters for process steps RI, R2 and R3 can be varied by the user.
  • measured values are collected during all steps of the conditioning phase PC and the process phase PR, which values are determined with measuring sensors.
  • the measurement data are stored in a memory of the control device 10 or in a memory system.
  • "fingerprints” are only formed from the measured values that are obtained during the unchangeable first conditioning steps C1.1, C1.2, C1.3.
  • the measured values are linked to one another in a suitable manner so that at least one "Fingerprint” forming value or a group of "fingerprint” forming values can be generated.
  • These values can be treated statistically. For example, a minimum value, a maximum value and a standard deviation can be formed. This takes place in particular in that measured values of a large number of Processes carried out in the past and considered to be in order are used.
  • a fingerprint can be a single value.
  • the "fingerprint" preferably consists of a large number of values that are obtained from a large number of measured values.
  • the measured values can, for example, be coolant temperatures, exhaust air temperatures, temperatures of the temperature control bath 14, pump temperatures, gas flow values or pressures From these series of measurements, statistical values can be generated, for example minimum, maximum, mean value and standard deviation. The statistical values can be part of the fingerprint.
  • a “fingerprint” of a current process determined according to the same rules can be compared with a historical “fingerprint” that is formed by evaluating a large number of historical processes. It can be checked, for example, whether the current “fingerprint” or the values embodying the “fingerprint” are in a permissible value window.
  • the measured values used to form the current or historical "fingerprint” can be measured values that are determined within the process chamber 3, for example temperatures that are determined on walls, ceilings or other areas of the process chamber 3 However, they can also be measured values that are determined outside the process chamber 3, for example in an exhaust gas stream. The exhaust gas temperature or gas concentrations in the exhaust gas can be measured here.
  • pump temperatures, valve positions or actual Gas flows can be used as measured values to form the "fingerprint”.
  • the temperature of the cooling liquid flow flowing through the heating coil 6 can also be used as the measured value.
  • Some of the gas sources 7, 8, 9 can be arranged in temperature control baths.
  • the temperatures of these tempering baths can be used as measured values for the formation of the "fingerprint".
  • the device can have a control cabinet, for example a cabinet, in which electrical components are arranged or in which a gas mixing system or a loading or unloading device for the CVD reactor is arranged.
  • a sensor can be provided in order to measure a characteristic control cabinet temperature therein. This temperature can also be used to determine the “fingerprint”.
  • the system can have cooling water circuits with which, for example, a process chamber ceiling or the reactor housing 1 is cooled.
  • the cooling water temperature can also be used to form the "fingerprint”. It is essential that the parameters of the conditioning steps that are used to use the historical “fingerprint” are identical to the parameters of the conditioning steps from whose measured values the current “fingerprint” is determined.
  • the current "fingerprint” can be evaluated according to predetermined statistical rules. In particular, it can be checked whether information must be given to the user so that he can plan maintenance and repair measures
  • the comparison of the current “fingerprint” with the historical “fingerprint” thus takes place in accordance with a rule-based decision-making system.
  • the evaluation either only takes into account data recorded last or also data from conditioning phases that were long ago.
  • Standard deviation [n] outside the interval (standard deviation [n-1 .. n-10 ⁇ - 0.5; standard deviation [n-1 .. n-10] + 0.5) - value range and limit value check of an extrapolated value based on historical data.
  • a rule can be defined in such a way that when looking at historical data (e.g. a moving average) it only takes into account those data which were carried out after the last maintenance time.
  • the information on when maintenance was carried out receives the rule-executing system from a higher-level production control system.
  • the typical production cycle has alternating process phases and conditioning phases.
  • a large number of values are obtained in conditioning steps of this conditioning phase, which values are recorded, for example, by a permanent measurement during the conditioning step.
  • the temperatures, flows or pressures can be measured over a longer period of time during the at least one first conditioning step.
  • the temperature mean values, temperature standard deviations, minima and maxima are calculated from these measurements.
  • These statistical data then form a fingerprint, so that the fingerprint can have a large number of statistical data that differ from one another, measured values.
  • the current state of the coating system can be characterized. It can be provided that the historical data only have data that have been obtained, for example, from the last ten conditioning phases in the past.
  • the process chamber has to be opened in order to exchange replacement parts or for other reasons, in any case for maintenance purposes.
  • ambient air can enter the process chamber so that moisture contained in the air can adsorb on the walls of the process chamber.
  • the process chamber is heated to high temperatures under almost vacuum conditions or while hydrogen is being fed into the process chamber, which is pumped out again by means of a pumping device, these temperatures being in the range of 700 ° C and 800 ° C.
  • the heating can take place in several steps. The heating takes place according to process parameters that are fixed in the control device 10 and, in particular, cannot be changed by the system operator.
  • a calibration phase can also be carried out before the process phase.
  • one or more calibration steps are carried out by varying the susceptor temperature TS and the Process chamber ceiling temperature TC determines a plurality of value tuples, each value tuple having a value of the susceptor temperature TS, a value of the process chamber ceiling temperature TC and a measured value of the surface temperature TW of the substrate 2.
  • FIG. 6 schematically shows a cross section through a CVD reactor in which a heating device 6 generates a heat flow H1 into the susceptor 4.
  • a substrate holder 19 is located in a pocket of the susceptor and is carried by a gas cushion which is generated by a flushing gas flow QS. This forms a gap 21 between the bottom of the pocket of the susceptor 4 and the underside of the substrate holder 19, through which gap 21 a second heat flux H2 flows.
  • the heat flows through the substrate holder 19 and through the substrate 2 lying on the substrate holder 19.
  • H3 denotes a heat flow that flows from the surface of the substrate 2 to the process chamber ceiling 18.
  • the process chamber ceiling 18 is spaced apart from a cooling device 22 by a gap 20.
  • a temperature control gas is located in this gap 20.
  • the temperature control gas is formed by the flushing gas QC which is fed into the gap 20, the flushing gas QC being a mixture of gases with mutually different thermal conductivities, for example H2 and N2.
  • the heat flow H4 through the gap 20 can be influenced by varying the composition of the purge gas QC.
  • the cooling device 22 is located above the process chamber ceiling 18 and is cooled to a target temperature by means of a cooling liquid.
  • the coolant temperature can be measured and also used to form the fingerprint.
  • the temperature of the surface of the substrate tes 2 namely the substrate temperature TW and the temperature of the process chamber ceiling, namely the process chamber ceiling temperature TC.
  • the reference numeral 23 denotes a first temperature regulator which regulates the susceptor temperature TS measured on the underside of the susceptor 4 against a setpoint value Ts 0 . This is done by influencing the heating power LS fed into the heating device 6.
  • the susceptor temperature TS or the heating power LS forms a heat supply parameter with which a heat flow H1, H2 from the heating device 6 to the substrate 2 is influenced.
  • the reference number 24 designates a second control circuit with which the process chamber ceiling temperature TC is controlled against a setpoint Tc 0 . This can be done by influencing the coolant temperature of the cooling device 22. However, this can also be done by varying the mixing ratio of the temperature control gas QC fed into the gap 20.
  • the temperature periergas consists of a mixture of a high thermal conductivity pointing gas, for example H2, and a gas having a low thermal conductivity, for example N2.
  • the process chamber ceiling temperature TC or the mixing ratio of the temperature control gas QC or the cooling capacity of the cooling device 22 form a heat release parameter.
  • FIG. 7 is a temperature / time diagram.
  • FIG. 7 shows four first calibration or conditioning steps C1.1 carried out in succession,
  • the susceptor temperature TS which is measured on the underside of the susceptor 4 is increased in steps from approximately 750 ° C. to approximately 1200 ° C.
  • the substrate temperature TW and the process chamber ceiling temperature TC are measured. It can be seen that the measured values NI, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8, N9, N10, Nil, N12, N13, N14, N15, N16 of the substrate temperature TW are lower than the susceptor temperature TS, which is used to control the process temperature.
  • the lower curve in FIG. 7 shows the course of the process chamber ceiling temperature TC, the mixing ratio of the purging gas QC fed into the gap 20 being varied in each of the four calibration or conditioning steps.
  • the measurement Ml is a temperature measurement of the process chamber ceiling temperature at which the Tb content in the Tb / N2 mixture of the purge gas QC is 95 percent.
  • the measured value M2 was obtained with a mixing ratio of 35 percent, the measured value M3 with a mixing ratio of 65 percent and the measured value M4 with a mixing ratio of 5 percent Tb.
  • a total of 16 temperature values TC and 16 temperature values TW were obtained during the four calibration or conditioning steps. In each of the calibration or conditioning steps, the four previously described purge gas compositions were fed one after the other into the gap 20 of the process chamber ceiling 18.
  • Each of the measurements Ml to Ml 6 and NI to NI 6 was carried out over several, for example 20 seconds. Mean values and other statistical data were obtained during the measurement.
  • the measured values NI to N16, M1 to M16 and possibly additionally calculated statistical data represent a "thermal fingerprint" of the CVD reactor.
  • the individual measurements obtained during the respective measurement can also be used to calculate the gradient over time, that is to say the first derivative with respect to time.
  • Statistical data can also be calculated from these derived values, which flow into the thermal fingerprint. eat.
  • the thermal fingerprint obtained in this way can be compared with a historical or several historical or an averaged historical fingerprint.
  • FIG. 8 shows pairs of measured values with K1, K2, K3, K4 to K16, which represent the measurements Nl / Ml, N2 / M2 ... N16 / M16.
  • the process chamber ceiling temperature TC of the respective measurement Ml, M2 ... is shown on the X axis.
  • the measured substrate temperature TW is plotted on the Y axis. It is thus the measured values NI, N2 ... that determine the position of the points Kl, K2 ... here.
  • the solid line is a regression curve and can be compared with a dash-dotted line that represents the historical fingerprint.
  • FIG. 9 shows a representation similar to FIG. 8, with a quadratic regression curve being drawn through points K1, K2, K3 and K4 instead of a linear regression curve.
  • the points Kl, K2, K3, K4 on the curve can be compared with the historical measuring points K'l, I 2, IC3, I 4, with a distance di in the susceptor temperature TW and a distance d2 in the process chamber ceiling temperature TC is determined.
  • These distances di, d2 can be compared with maximum values. If the distances di, d2 exceed the specified maximum values, this is a sign that something has changed in the state of the CVD reactor. If, however, the distances di, d2 are within a specified value window, then this is interpreted to mean that the CVD reactor is in a desired state.
  • the method shown in FIG. 7 is also used to determine the thermal properties of a CVD reactor 1 and in particular to calibrate a characteristic curve.
  • a calibration phase which is carried out before a process phase in which a substrate 2 is thermally treated, in particular coated, in one or more process steps, parameters are determined with which a predetermined substrate temperature is tur TW can be set.
  • the steps shown in FIG. 7 with C1.1, C1.2, C1.3 and C1.4 form calibration steps in which the mixing ratios of the temperature control gas QC are changed with a susceptor temperature TS held at a fixed value.
  • the mixing ratio and a cooling capacity of the cooling device 22 form further parameters. This is repeated for a large number of different susceptor temperatures TS.
  • the measured values determined in this way each form tuples that contain the following elements:
  • FIG. 10 shows only the influence of two parameters, namely the susceptor temperature TS and the process chamber ceiling temperature TC, on the substrate temperature TW.
  • the substrate temperature TW is presented there as a two-dimensional function F over the two arguments TC and TS.
  • the function F is calculated by means of a two-dimensional (two-dimensional) interpolation over the support points formed by the measured value tuples. From the "surface mountain" obtained in this way, the point can be determined which corresponds to the value TW1, which comes closest to a specified substrate temperature or corresponds to a specified substrate temperature.
  • This value TW1 corresponds to a value TC1 of a process chamber ceiling temperature TC and a value TS1 a susceptor temperature TS.
  • the susceptor 4 is then regulated to the susceptor temperature TS1 and the process chamber ceiling 18 to this temperature TC1.
  • FIG. 11 shows a standard characteristic curve 25, as is specified by a recipe.
  • Point 26 is the point at which, under standard conditions, a process chamber ceiling temperature TC1 at a given susceptor temperature TS leads to a substrate temperature TW1.
  • the standard characteristic curve 25 is a curve of a family of curves, each curve of the family of curves corresponding to a different susceptor temperature TS.
  • Reference numeral 25 ' denotes a corrected characteristic.
  • This corrected characteristic curve 25 ' was determined by the calibration method described above.
  • the corrected characteristic curve 25 ' is also a curve of a curve sharp.
  • the family of curves has a large number of curves which were recorded at one of the different susceptor temperatures TS, that is to say in each case in a calibration step C1.1, CI.2, CI.3 or C1.4. From the measured values recorded in the individual calibration steps Cl.l, CI.2, CI.3 and C1.4, the curve of the function F, which represents the corrected characteristic curve 25 ', was determined by interpolation.
  • the inverse function can be formed from this function F, so that the current process chamber ceiling temperature TC2 can be determined immediately for a given substrate temperature TW1.
  • tuples of values are determined during the calibration phase by targeted variation of parameters that influence the heat inflow and the heat outflow to the substrate.
  • the parameters are, for example, the susceptor temperature TS and / or the process chamber ceiling temperature TC.
  • the value tuples contain the respective measured substrate temperature as an additional element. Through interpolation, these value tuples are converted into a multidimensional function or a family of one-dimensional dimensional functions determined. Using an interval nesting, Taylor development or other suitable mathematical, in particular numerical method, these functions or groups of functions are used to determine the parameter set that corresponds to a substrate temperature TW that comes closest to or corresponds to a substrate temperature desired in a process step .
  • a method or a device which is characterized in that the measured values are values of physical variables that are measured inside the process chamber 3 or outside the process chamber 3 and in particular cooling water temperatures, temperature bath temperatures of temperature baths 14, flow rates, temperatures of Pumps, gas lines or liquid lines, temperatures or gas concentration values or the like measured in an exhaust gas flow or a switch cabinet exhaust air 17.
  • a method or a device which is characterized in that at least one of the one or more first calibration or conditioning steps CI, C2, C3, C4 is a cleaning step in which a cleaning gas is fed into the process chamber 3, which in particular a halogen, for example chlorine, or a hydride, for example ammonia, contains.
  • a cleaning gas is fed into the process chamber 3, which in particular a halogen, for example chlorine, or a hydride, for example ammonia, contains.
  • the "fingerprint”, in particular the historical "fingerprint” is obtained through a statistical evaluation of measurement data, in particular older processes, with statistical mean values, minimum values, maximum values and / or standard deviations be determined.
  • a method or an apparatus which is characterized in that at least one of the one or more first conditioning steps Cl.l, CI.2, CI.3 is a tempering step in which at an elevated temperature, in particular in one Range between 700 and 1200 ° C a temperature gas, for example hydrogen, is fed into the process chamber.
  • a temperature gas for example hydrogen
  • a method or a device which is characterized in that a conditioning phase PC is carried out before or after each process phase PR, during which a “fingerprint” is obtained.
  • a method or a device which is characterized in that a conditioning step PC with one or more first conditioning steps Cl.l, CI.2, CI.3 is carried out after a previous maintenance W, and / or that a calibration - or conditioning step PC with one or more first calibration or conditioning steps Cl.l, C1.2, C1.3 is carried out after a previous maintenance W, during which ambient air has passed into the process chamber 3, with the one or "Fingerprint" obtained from several measured values is a "thermal fingerprint".
  • a method or a device which is characterized in that the comparison of the current “fingerprint” with the historical “fingerprint” takes place in accordance with a rule-based decision-making system.
  • a method or a device which is characterized in that at least one value of the "fingerprint” is calculated from a measurement series of measured values obtained one after the other over time, with provision being made in particular that a derivation according to time is formed from the measured values .
  • a method which is characterized in that, in a calibration phase that precedes the process phase in time, a plurality of value tuples is determined in several calibration steps Cl.1, CI.2, CI.3, each having a value of the first parameter TS, LS, a value of the second parameter (TS, QC) and an actual temperature TW of the substrate surface that is established at these values, with one of the multitude of value tuples by interpolation representing the actual temperature TW via at least one of the parameters Function F is formed from which a value TW1 of the at least one parameter TC, QC; TS, LS is obtained, which is correlated with an actual tempera ture TW of the substrate surface, which comes closest to a predetermined substrate temperature.
  • a method which is characterized in that several first calibration or conditioning steps follow one another directly, with provision being made in particular that the several calibration or conditioning steps are carried out with gradually increasing or decreasing temperatures and / or with changing cooling parameters .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines eine Prozesskammer (3) aufweisenden CVD-Reaktors (1), bei dem während eines Prozesses in ein oder mehreren Prozessschritten (R1, R2, R3) einer Prozessphase (PR), bei der sich ein Substrat (2) in der Prozesskammer (3) befindet, mittels von einer Steuereinrichtung (10) gemäß einem in der Steuereinrichtung (10) gespeicherten Rezept gelieferten Steuerdaten jeweils eine Prozesstemperatur (T), ein Druck (P) eingestellt und ein Prozessgasfluss (Q) in die Prozesskammer (3) eingespeist wird, wobei während des Prozesses mittels Sensoren Messdaten ermittelt werden, aus denen ein aktueller „Fingerabdruck" berechnet wird, der mit einem in gleicher Art bei ein oder mehreren älteren Prozessen ermittelten historischen „Fingerabdruck" verglichen wird.Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass der „Fingerabdruck" nur solche Werte oder Gruppen von Werten umfasst, die aus Messwerten gewonnen werden, die während ein oder mehrerer Konditionierschritte (C1.1, C1.2, C1.3) einer Konditionierphase (PC, PC')erfasst sind, bei denen jeweils gemäß vom Rezept gelieferten Steuerdaten eine Konditioniertemperatur (T), ein Konditionierdruck (P) eingestellt und ein Konditioniergasfluss (Q) in die Prozesskammer (3) eingespeist wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Erfassung eines Zustandes eines CVD-Reaktors unter
Produktionsbedingungen
Gebiet der Technik
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines eine Prozess kammer aufweisenden CVD-Reaktors, bei dem während eines Prozesses in ein oder mehreren Prozessschritten einer Prozessphase, bei der sich ein Substrat in der Prozesskammer befindet, mittels von einer Steuereinrichtung gemäß einem in der Steuereinrichtung gespeicherten Rezept gelieferten Steuerdaten jeweils eine Prozesstemperatur, ein Druck und ein Prozessgasfluss in die Prozesskam mer eingestellt wird, wobei während des Prozesses mittels Sensoren Messdaten ermittelt werden, aus denen ein aktueller„Fingerabdruck" berechnet wird, der mit einem in gleicher Art bei ein oder mehreren älteren Prozessen ermittelten historischen„Fingerabdruck" verglichen wird.
Stand der Technik
[0002] Ein CVD-Reaktor ist Teil einer Beschichtungsanlage, die im Produktions prozess von beschichteten Halbleitersubstraten nach vom Betreiber der Anlage vorgegebenen Rezepten jeweils Behandlungsphasen des Substrates durchführt, bei denen Substrate automahsch, halbautomatisch oder manuell auf einen inner halb des CVD-Reaktors angeordneten Suszeptor aufgebracht werden. Die Pro zesskammer, in der sich der Suszeptor beßndet, wird abgepumpt, gespült und auf eine Prozesstemperatur gebracht, bei der Prozessgase in die Prozesskammer eingespeist werden, so dass auf der Substratoberfläche eine Schicht abgeschieden wird. Die Behandlungsphase des Prozesses kann eine Vielzahl von Prozessschrit ten umfassen, die mit unterschiedlichen Prozessparametern, also bei verschiede nen Temperaturen, Totaldrucken oder Prozessgaszusammensetzungen, durchge führt werden. [0003] Vor oder nach einer jeweiligen Behandlungsphase wird der CVD- Reaktor konditioniert. Es ist auch vorgesehen, dass der CVD-Reaktor vor einer Behandlungsphase kalibriert wird. Das Verfahren kann somit eine Kalibrier oder Konditionierphase aufweisen, die einer Prozessphase vorgeordnet ist. In der Kalibrierphase werden Prozessparameter, insbesondere Wärmezufuhrpara meter und Wärmeabgabeparameter, variiert. Es handelt sich dabei um Parame ter, die den Wärmezufluss zum Substrat beziehungsweise die Wärmeabgabe des Substrates beeinflussen. Bei einer Variation dieser Parameter ändert sich die Substrattemperatur. In einem Kalibrierschritt können somit die Werte für ver schiedene Parameter ermittelt werden, mit denen eine vorgegebene Substrat temperatur erreichbar ist.
[0004] In einer Konditionierungsphase soll die Prozesskammer in einen defi nierten Sollzustand gebracht werden. Die Konditionierungsphase besteht in der Regel ebenfalls aus einer Vielzahl von Schritten, nämlich einer Vielzahl von Konditionierschritten. Während eines Konditionierschrittes wird die Prozess kammer auf eine Konditionierungstemperatur gebracht. Es wird ein Konditio niergas in die Prozesskammer eingebracht. Bei dem Konditioniergas kann es sich um ein Ätzgas, beispielsweise um Chlor, oder eine ein Halogen enthalten de Verbindung handeln. Das Konditioniergas kann aber auch ein anderes Gas sein. Mit dem Konditioniergas kann eine Reinigung der Prozesskammer erfol gen. Mit dem Konditioniergas kann aber auch eine Vorbeschichtung oder Ober flächenkonditionierung von Oberflächen der Prozesskammer einhergehen. Zumindest ein Konditionierschritt erfolgt nach fest vorgegebenen Prozesspara metern.
[0005] Die US 6,455,437 Bl und US 2004 / 0254762 Al beschreiben Verfahren zum Betrieb eines CVD-Reaktors, bei denen aus während des Prozesses ermit telten Messwerten Fingerabdrücke gebildet werden. Jedem Prozessschritt ist ein individueller Fingerabdruck zugeordnet. Auf diese Weise gebildete historische Fingerabdrücke können mit aktuellen Fingerabdrücken verglichen werden, um frühzeitig Erkenntnisse über den Betriebszustand des CVD-Reaktors zu gewin nen.
[0006] Die US 7,212,950 B2 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines CVD- Reaktors, bei dem in einer Fabrik mehrere gleich gestaltete CVD-Reaktoren verwendet werden. Um zu erkennen, ob Prozessdaten in den einzelnen Reakto ren einer Drift unterliegen, werden aus Messdaten charakteristische„Fingerab drücke" gebildet, die miteinander verglichen werden können.
[0007] Die JP 2016213400 A beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines CVD- Reaktors, bei dem während der Prozessschritte Prozessdaten gewonnen wer den, die in einer Datensammlung abgespeichert werden.
[0008] Die US 7,583,833 B2 beschreibt ein System und ein Verfahren zur Quali tätssicherung eines CVD- Abscheideprozesses, bei dem während des Betriebs Messwerte ermittelt werden, die mit historischen Messwerten verglichen wer den. Ein Verfahren zur Ermittlung der Parameter, bei dem in einem dem Be handlungsverfahren zeitlich vorgeordneten Kalibrierverfahren eine Vielzahl von Werten ermittelt werden, ist aus der US 2007/0195853 Al bekannt. Aus der Vielzahl von Werten werden die Parameter ermittelt, die eine Ist-Temperatur liefern, die eine vorgegebene Temperatur am nächsten kommt. Dort werden unter Verwendung eines„Setup-Rec ipe" schrittweise Temperaturen erhöht. Bei jedem Schritt werden an mehreren Sensoren Temper aturwerte gemessen. Die dabei gewonnenen Werte bilden eine Matrix, mit der aus einem Standardmo dell, welches die thermischen Charakteristika berücksichtigt, ein kalibriertes thermisches Modell berechnet wird, welches die tatsächlich erreichten Tempe raturen wiedergibt. [0009] Der zuvor beschriebene Stand der Technik ermöglicht es, Prozesse mit einer Abfolge identischer Prozessschritte hinsichtlich der Stabilität des Prozes ses miteinander zu vergleichen. Werden die Steuerdaten vom Anwender vari iert, so müssen aktualisierte Fingerabdrücke gewonnen werden, um die Stabili- tat der später mit denselben Steuerdaten durchgeführten Prozesse zu analysie ren.
Zusammenfassung der Erfindung
[0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verlässliche Kenntnisse über die thermischen Charakteristika des Anlagenzustandes eines CVD- Reaktors auch dann zu bekommen, wenn der Anwender die Steuerdaten in der Prozessphase variiert.
[0011] Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Er findung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der nebengeordneten Ansprüche, sondern auch eigenständige Lösungen der Auf gabe darstellen. [0012] Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung werden Maßnahmen vorge schlagen, mit denen eine aussagekräftige statistische Analyse eines Anlagenzu standes möglich ist, insbesondere auch dann, wenn während der Prozessphase voneinander verschiedene Prozessschritte durchgeführt werden.
[0013] Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Konditionierschritt mit fest vorgegebenen, unveränderbaren Prozessparame tern durchgeführt wird. Jeder der Vielzahl der in der Produktion von beschich teten Halbleitersubstraten durchgeführten Prozesse besitzt diesen zumindest einen ersten Konditionierschritt, der gegebenenfalls mit zweiten Konditionier schritten kombiniert werden kann, die individuelle Prozessparameter aufwei- sen. Erfindungsgemäß werden zumindest während dieses ersten Konditionier schrittes Prozessdaten ermittelt und diese Prozessdaten mit gleichartigen Pro zessdaten statistisch ausgewertet. Es werden somit nur die Prozessdaten statis tisch miteinander verknüpft, die in denselben ersten, d.h. mit denselben vorge gebenen Prozessparametern durchgeführten Konditionierschritten ermittelt worden sind. Die Prozessdaten sind insbesondere gemessene Daten, wie ein Totaldruck innerhalb der Prozesskammer, eine Temperatur innerhalb der Pro zesskammer oder ein gemessener Partialdruck eines Prozessgases. Die Prozess parameter sind Solltemperaturen, Solldrücke und Sollflüsse von Prozessgasen. Als Prozessparameter beziehungsweise Prozessdaten können aber auch die Sollwerte beziehungsweise Istwerte von Temperierbadtemperaturen, Feuchtig keitswerten etc. sein. Der CVD-Reaktor besitzt eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung besitzt einen Speicher. In den Speicher kann ein Rezept abge speichert werden, nach welchem der Prozess durchgeführt wird. Der Prozess lässt sich in zwei Phasen aufteilen, einer Konditionierphase, in der die Prozess kammer bei Abwesenheit der Substrate oder in Anwesenheit eines Dummy- Substrates konditioniert wird, und einer Prozessphase, in der ein sich in der Prozesskammer befindliches Substrat prozessiert wird, beispielsweise in der ein Substrat mit ein oder mehreren Schichten beschichtet wird. Sowohl die Prozess phase als auch die Konditionierphase kann jeweils mehrere Schritte aufweisen. Die Steuereinrichtung liefert für jeden Prozessschritt und für jeden Konditio nierschritt Steuerdaten, nach denen eine Konditioniertemperatur oder Prozess temperatur, ein Konditionierdruck oder Prozessdruck und ein Positioniergas fluss oder ein Prozessgasfluss eingestellt wird. Der Konditioniergasfluss und der Prozessgasfluss kann dabei eine Vielzahl von Einzelgasflüssen aufweisen, beispielsweise einen Trägergasfluss und mehrere Reaktionsgasflüsse. Während der einzelnen Schritte werden mittels geeigneter Sensoren an verschiedenen Stellen innerhalb der Prozesskammer, aber auch außerhalb der Prozesskammer, Messwerte aufgenommen. Die Messwerte können Partialdrucke in einer Gas phase innerhalb oder außerhalb der Prozesskammer sein. Die Messdaten kön- nen aber auch Temperaturen an verschiedenen Orten innerhalb oder außerhalb der Prozesskammer sein. So können die Messdaten Abgastemperaturen, Tem peraturen von Wänden innerhalb der Prozesskammer sein. In Betracht kommen aber auch Messwerte von Abluftsensoren, Sensoren, die die Temperaturen an derweitiger Aggregate, beispielsweise Pumpen, aber auch Kühlkreisläufe mes sen. Die Messwerte können in einem Schaltschrank, in einem Be- und Entlade kabinett zum Beladen des CVD-Reaktors, in einem Schrank, in dem sich ein Gasmischsystem befindet oder in einem Pumpengehäuse aufgenommen wer den. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besitzt eine Kon ditionierphase mehrere erste Konditionierschritte, also Konditionierschritte, die immer mit denselben Prozessparametern durchgeführt werden, wobei bevor zugt diese mehreren ersten Konditionierschritte unmittelbar aufeinander fol gen. Die Messwerte, die während eines Konditionierschrittes gemessen werden abgespeichert. Zur Berechnung eines historischen„Fingerabdruckes" werden die historischen Messwerte statistisch behandelt. Es werden hierzu bevorzugt ausschließlich solche Messwerte einer Vielzahl historischer Prozesse verwendet, die während in allen Prozessen gleichen Konditionierschritten gewonnen wor den sind. Der historische„Fingerabdruck" kann somit das Ergebnis einer Be rechnung sein, bei der Messwerte von mit untereinander identischen Prozess parametern durchgeführten Konditionierschritte in Beziehung gesetzt werden. Der mit diesem historischen„Fingerabdruck" zu vergleichende aktuelle Finger abdruck wurde mit Messwerten gewonnen, die in ein oder mehreren Konditio nierschritten ermittelt worden sind, die dieselben Prozessparameter aufweisen, wie die zur Ermittlung des historischen„Fingerabdrucks" verwendeten. Es können Minimalwerte, Maximalwerte, Mittelwerte und Standardabweichungen gebildet werden. Mit den so gewonnen historischen Statistikdaten werden die aktuellen Prozessdaten in Beziehung gesetzt, um Abweichungen des CVD- Reaktors oder der CVD- Anlage von einem Sollzustand zu ermitteln. In einem Prozess durchläuft eine einen CVD-Reaktor aufweisende Fertigungsanlage bei spielsweise den folgenden Produktionszyklus, wobei mit einem vorgegebenen Algorithmus, also einer Rechenregel, aus den historischen Messwerten und den aktuellen Messwerten Werte oder Gruppen von Werten berechnet, die hier als „Fingerabdruck" bezeichnet werden. Aus den statistischen Berechnungen lässt sich ein ein- oder mehrdimensionales Fenster berechnen, in dem ein aktueller „Fingerabdruck" liegen muss, um den Ist-Zustand des CVD-Reaktors als in Ordnung zu bezeichnen. Der Prozess ist ein Produktionszyklus, der mehrere, nahezu vollständig automatisierte Phasen umfasst, wobei wesentliche Phasen eine Prozessphase und eine Konditionierungsphase sind. Der Prozess beginnt in der Regel damit, dass der Reaktor darauf vorbereitet wird, mit zu beschich tenden Substraten beladen zu werden. Unbeschichtete Substrate werden hierzu von außerhalb in die Prozesskammer gebracht. Die Prozesskammer wird auf den Abscheidungsprozess vorbereitet. Danach erfolgt der Abscheidungspro zess, der eine Prozessphase darstellt und bei dem mehrere Beschichtungspro zesse bei unterschiedlichen Prozessparametern durchgeführt werden können. Ein Beschichtungsprozess kann mehrere Prozessschritte aufweisen. Nach Been digung des Abscheidungsprozesses wird der CVD-Reaktor auf den Transfer der Substrate aus der Prozesskammer vorbereitet. Nach dem Heraustranspor tieren der beschichteten Substrate aus der Prozesskammer wird die Prozess kammer auf die Konditionierungsschritte vorbereitet. Es werden dann in einer Konditionierphase mehrere erste und zweite Konditionierungsschritte durchge führt, wobei sich die zweiten von den ersten Konditionierungsschritten dadurch unterscheiden, dass die zweiten Konditionierungsschritte mit Steuer parametern durchgeführt werden, die sich ändern beziehungsweise die vom Anlagenbetreiber geändert werden können, und die ersten Konditionierungs schritte ausschließlich Steuerparameter besitzen, die fest vorgegeben sind, ins besondere vom Anlagenbetreiber nicht veränderbar sind, sondern nur vom Hersteller der Anlage. In einer ersten Variante sind die ersten Konditionie rungsschritte bevorzugt Bestandteil jedes Prozesses, wobei einzelne der mehre ren Prozesse, die identische erste Konditionierungs schritte aufweisen, vonei nander verschiedene Prozessschritte oder zweite Konditionierungsschritte auf- weisen können. Während bei dieser ersten Variante die Konditionierschritte Reinigungs schritte enthalten können, bei denen beispielsweise Chlor oder Ammoniak in die Prozesskammer eingespeist wird, so dass parasitäre Belegun gen an Wänden der Prozesskammer bei erhöhten Temperaturen entfernt wer den, können die ersten Konditionier schritte einer zweiten Variante Temper schritte sein. Diese Variante wird im Wesentlichen nur nach einer Wartung der Prozesskammer durchgeführt, während derer die Prozesskammer geöffnet wurde, so dass Luft in das Innere der Prozesskammer eingetreten ist. Durch Ausheizen der Prozesskammer bei hohen Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen zwischen 700°C und 1200°C wird etwaiges an den Oberflächen von Wänden in der Prozesskammer adsorbiertes Wasser entfernt. Es wird ins besondere Wasserstoff in die Prozesskammer eingespeist. Bei dieser Art der Konditionierung kann vorgesehen sein, dass die geregelte Prozesskammertem peratur in mehreren Schritten von etwa 700°C auf etwa 1200°C erhöht wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass während jedes dieser Schritte der Wärme fluss von einer Heizeinrichtung zur Heizung des Suszeptors zu einer Kühlein richtung, die oberhalb einer Prozesskammerdecke angeordnet ist, variiert wird. Hierzu kann beispielsweise der Wärmewiderstand der Prozesskammerdecke variiert werden, indem in einen Spalt ein Temperiergas mit wechselnden Wär meleitfähigkeiten eingespeist wird. Der Spalt befindet sich beispielsweise zwi schen einer unteren Deckenplatte der Prozesskammerdecke und einer oberen Deckenplatte der Prozesskammer decke, die bevorzugt an einem Temperierkör per anliegt. Bei dieser Art der Konditionierung wird eine Vielzahl von Mess werten erfasst, insbesondere die Prozesskammerdeckentemperatur und eine Substrattemperatur, die auf einem auf einem Substrathalter angeordneten Dummy-Wafer gemessen wird. Die Messungen können mit Pyrometern durch geführt werden. Aus jeweils gleichzeitig durchgeführten Messungen kann ein Wert gewonnen werden, der mit historischen Werten verglichen werden kann. Bei diesem Wert kann es sich um einen einzelnen Messwert handeln. Es kann sich aber auch um einen oder mehrere statistisch aus einer Vielzahl von Mess- werten ermittelten Wert handeln. Die zuvor beschriebenen Prozesse verlaufen im weitestgehenden Maße vollständig automatisiert ab. Der manuelle Eingriff des Anlagenbetreibers besteht im Wesentlichen darin, Kassetten mit unbe schichteten Substraten zur Verfügung zu stellen beziehungsweise die Kassetten mit beschichteten Substraten zu entnehmen. Der Anlagenbetreiber legt darüber hinaus das Behandlungsrezept fest, was mit der Anlage eines Steuerungspro grammes einhergehend, welches anhand der Prozessparameter Aktoren, bei spielsweise Massenflusskontroller, Heizer oder dergleichen, mit Sollwerten ver sorgt. Eine Konditionierungsphase besitzt beispielsweise die folgenden Kondi- tionierungsschritte: a) Aufheizen der Prozesskammer unter Wasserstoffatmosphäre,
b) Wechseln auf eine Inertgasatmosphäre (Stickstoff),
c) Einbringen eines Ätzgases (Ch) zur Reinigung der Prozesskammer und die Prozesskammer angrenzende Hohlräume, wie Gaseinlassorgan und Gasauslassorgan,
d) Spülen der Prozesskammer und daran angrenzende Hohlräume mit ei nem Inertgas,
e) Erhöhung der Prozesskammertemperatur und Einbringen eines Konditio niergases, beispielsweise NH3, zum Aufheizen der Prozesskammer und daran angrenzender Hohlräume,
f) Spülen der Prozesskammer mit einem Inertgas und gegebenenfalls NH3, g) Einbringen eines Ätzgases, beispielsweise Chlor, zur Reinigung der Pro zesskammer und daran angrenzender Hohlräume (dieser Schritt kann ge gebenenfalls mehrfach wiederholt werden),
h) Spülen der Prozesskammer und daran angrenzender Hohlräume mit ei nem Inertgas,
i) Erhöhung der Prozesskammertemperatur, Einbringen eines weiteren Konditioniergases oder erneut von NH3 und Wechsel auf eine Wasser- Stoffatmosphäre zum Ausheizen sämtlicher mit dem Prozessgas oder dem Konditioniergas in Berührung tretenden Bestandteile des CVD-Reaktors, j) Abkühlen des Reaktors unter Wasserstoff-/ Ammoniakatmosphäre, k) Spülen des Reaktorinneren mit Inertgas.
[0014] Freie Parameter stehend dem Anlagenbetreiber im Wesentlichen hin sichtlich der Reinigungs schritte g), j), k) zur Verfügung.
[0015] Während der gesamten Konditionierungsphasen werden Daten erfasst, die sich während der einzelnen Konditionierschritte nicht verändern dürfen, beispielsweise Kühlbadtemperaturen oder Schaltschrank- Ablufteigenschaften. Mit diesen Werten kann eine Stabilität und Plausibilität gemessener, insbeson dere anderer Werte bewertet werden. Mit Temperatursensoren werden u.a. Wärmeströme erfasst. Hierzu werden Daten von Temperatur sensoren und ins besondere Pyrometern verwendet. Mit den Temperatursensoren lässt sich eine Bewertung eines Zustandes einer Heizung oder anderer temperierbarer Reak torkomponenten vornehmen. Es werden insbesondere auch Daten aus dem Be reich eines Vakuumsystems erfasst, welches insbesondere Drosselventile und Pumpen beinhaltet.
[0016] Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Parameter zur Temperierung der Oberfläche eines von einem Suszeptor eines CVD-Reaktors getragenen Substrates auf eine vorgegebene Substrattem peratur, um das Substrat in zumindest einem Prozessschritt einer Prozessphase bei dieser Temperatur thermisch zu behandeln, wobei ein erster Parameter ein Wärmezufuhrparameter ist, der einen von einer Wärmequelle dem Suszeptor zugeführten ersten Wärmefluss beeinflusst, und ein zweiter Parameter ein Wärmeabgabeparameter ist, der einen von der Oberfläche des Substrates an eine Wärmesenke abgegebenen zweiten Wärmefluss beeinflusst. [0017] Bei einem gattungsgemäßen CVD-Reaktor liegt das Substrat in einer Wärmeübertragungsstrecke zwischen einer Wärmequelle, die üblicherweise eine Heizeinrichtung zum Beheizen des Suszeptors ist, und einer Wärmesenke, die üblicherweise eine Prozesskammerdecke beziehungsweise eine an die Pro zesskammerdecke angrenzende Kühleinrichtung ist. Die Temperatur der Ober fläche eines vom Suszeptor getragenen Substrates hängt von den Wärmezu fuhrparametern ab. Die thermodynamischen Zusammenhänge werden insbe sondere in der DE 10 2017 105 333 Al beschrieben, in der die Wärmeübertra gungsstrecken zwischen Wärmequelle und Substrat beziehungsweise Substrat und Wärmesenke als Wärmeflusswiderstände angesehen werden. Diese Wär meflusswiderstände können sich durch Änderungen von Eigenschaften, insbe sondere Oberflächeneigenschaften innerhalb der Prozesskammer während des Lebens der Prozesskammer ändern. Die Wärmeflusswiderstände hängen insbe sondere von der Art der zuvor in der Prozesskammer durchgeführten Prozess schritte ab. Sie werden insbesondere durch parasitäre Belegungen der Oberflä chen von Suszeptor und Prozesskammerdecke beeinflusst. Ein Wärmezufuhr parameter kann beispielsweise die insbesondere an einer Unterseite, also der Heizeinrichtung zugewandten Seite des Suszeptors gemessene Suszeptortem- peratur sein, auf die die Unterseite des Suszeptors geregelt wird. Der Wärme zufuhrparameter kann aber auch die der Heizeinrichtung zugeführte Leistung sein. Ein Wärmeabgabeparameter kann die Temperatur einer Prozesskammer decke sein, die ebenfalls auf eine Solltemperatur geregelt werden kann. Dies kann durch Modifikation der Kühlleistung einer Kühleinrichtung erfolgen. Es ist aber auch möglich, die Prozesskammerdeckentemperatur dadurch zu beein flussen, dass ein Mischungsverhältnis eines Temperiergases, welches in einen Spalt zwischen Prozesskammerdecke und Kühleinrichtung eingespeist wird, variiert wird. Das Temperiergas besteht aus zwei Gasen mit unterschiedlichen W ärmeleitfähigkeiten. [0018] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Mittel anzugeben, mit de nen zuverlässig Werte für einen Wärmezufuhrparameter und einen Wärmeab gabeparameter zu ermitteln, bei denen sich eine vorgegebene Substrattempera tur auf der zur Prozesskammer weisenden Oberfläche des Substrates einstellt.
[0019] Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass in ein oder mehreren Kalibrier schritten eine Vielzahl von Wertetupeln ermittelt wird. Jedes dieser Wertetupel weist einen Wert eines ersten Parameters und einen Wert eines zweiten Para meters auf, wobei diese Parameter die geregelte Suszeptortemperatur und/ oder die geregelte Prozesskammer-Deckentemperatur sein können. Die Parameter können aber auch die Heizleistung und/ oder das Mischungsver hältnis des Temperiergases oder die Wärmeabfuhrleistung der Kühleinrichtung sein. Aus der Vielzahl von Wertetupeln wird durch eine zumindest eindimen sionale Interpolation eine die Ist-Temperatur der Oberfläche des Substrates über zumindest einen der Parameter darstellenden Funktion gebildet. Die Funktion kann eine Einzelfunktion einer Funktionenschar sein. Aus dieser Funktion, die auch eine zweidimensionale Funktion sein kann, wird zumindest ein Parameter gewonnen, der mit einer Ist-Temperatur der Substratoberfläche korreliert, die der aus einem Rezept vorgegebenen Substrattemperatur am nächsten kommt. Hierzu wird gewissermaßen aus der insbesondere eindimen sionalen Funktion eine Umkehrfunktion gebildet. Zur Ermittlung der Wer tetupel kann das zuvor beschriebene Verfahren verwendet werden. Bei diesem Verfahren wird schrittweise ein erster Parameter, beispielsweise die Suszeptor temperatur, verändert, insbesondere erhöht. Während jedes Schrittes wird auch der zweite Parameter variiert, beispielsweise die Prozesskammer- Deckentemperatur, schrittweise erhöht. Dies kann in der zuvor beschriebenen Weise dadurch erfolgen, dass in einen Spalt zwischen Prozesskammerdecke und Kühleinrichtung ein Temperiergas mit einer unterschiedlichen Zusammen setzung eingespeist wird. Die Vielzahl dabei gewonnener Messwerte können Stützstellen einer als Fläche darstellbaren zweidimensionalen mathematischen Funktion sein. Die Funktion kann in einem dreidimensionalen Koordinatensys tem derart dargestellt werden, dass beispielsweise eine X-Achse die Suszeptor- temperatur, eine Y-Achse die Prozesskammer-Deckentemperatur und die Z- Achse die gemessene Oberflächentemperatur am Substrat darstellt. Die Suszep- tortemperatur und die Prozesskammer-Deckentemperatur können geregelte Temperaturen sein. Die gemessene Ist-Temperatur der Substratoberfläche kann mit einem Pyrometer gemessen werden. Eine derart aufgebaute gitternetzartig dargestellte Funktion lässt sich als Flächengebirge interpolieren. Aus der dabei entstandenen Fläche kann der Punkt in der X-Y-Fläche ermittelt werden, der einen Funktionswert liefert, der der vorgegebenen Substrattemperatur am nächsten kommt. In einer alternativen Auswertung der gewonnenen Messwerte können aber auch mehrere eindimensionale Funktionen verwendet werden, wobei jeder Kalibrierschritt, der bei derselben Suszeptortemperatur durchge führt wird, eine interpolierte Messkurve liefert, die die gemessene Substratober flächentemperatur ober die Prozesskammer-Deckentemperatur darstellt. Aus dieser Messkurve kann, gewissermaßen unter Bildung einer Umkehrfunktion, der Parameter, also die Prozesskammer-Deckentemperatur ermittelt werden, die bei der jeweiligen Suszeptortemperatur zu einer Substratoberflächentempe ratur korreliert, die einer vorgegebenen Substrattemperatur am nächsten kommt. In der auf die Kalibrierphase folgenden Prozessphase werden anstelle von Standard-Kalibrierkurven die in der Kalibrierphase gewonnenen Kalibrier kurven verwendet, um die von einem Rezept vorgegebenen Parameter, wie Suszeptortemperatur und Prozesskammer-Deckentemperatur zu modifizieren. In einer vorgegebenen Rezeptur können Parameter, wie beispielsweise die Sus zeptortemperatur oder die Prozesskammer-Deckentemperatur, vorgegeben werden, nach der sich gemäß einer Standardkennlinie die gewünschte Sub strattemperatur ergibt. In der Kalibrierphase wird eine modifizierte Kennlinie gewonnen, anhand der sich modifizierte Einstellwerte ergeben. [0020] Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt eine Steuereinrichtung, die programmierbar ist. Über die Programmierung können Prozessparameter der Konditionierphase und der Prozessphase vorgegeben werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet der Prozess und insbe- sondere jeder Prozess, der mit der Vorrichtung durchgeführt wird, ein oder mehrere Kalibrier- oder Konditionierschritte, die mit fest vorgegebenen Pro zessparametern durchgeführt werden. Diese Kalibrier- oder Konditionierschrit te können vom Anwender nicht ausgelassen werden. Die Prozessparameter dieser Kalibrier- oder Konditionierschritte können auch nicht geändert werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden ausschließlich die in diesen unveränderbaren Schritten mit den unveränderbaren Prozesspa rametern gewonnenen Messwerte zur Bildung des„Fingerabdrucks" verwen det. Der Fingerabdruck wird somit in unveränderbar vorgegebenen Schritten des Prozess mit fest vorgegebenen Prozessparametern, wie insbesondere einem Totaldruck in der Prozesskammer, einem Gasfluss durch die Prozesskammer und zumindest ein oder mehreren festen Temperaturen in der Prozesskammer ermittelt. Dies bringt den Vorteil, dass ein Betriebs zustand der Vorrichtung ob jektiv ermittelbar ist, auch wenn mit der Vorrichtung verschiedene Fertigungs prozesse durchgeführt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0021] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen CVD-Reaktor,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Rezeptes,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Rezeptes, Fig. 4 eine graphische Darstellung eines„Fingerabdrucks" betreffend das erste Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2
Fig. 5 eine Darstellung gemäß Figur 4 betreffend das zweite Ausfüh rungsbeispiel gemäß Figur 3, Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Querschnittes durch eine
Prozesskammer zur Verdeutlichung des Wärmeflusses Hl, H2, H3, H4 von einer Heizeinrichtung 6 zu einer Kühleinrichtung 22 und innerhalb der Prozesskammer gemessener Temperatu ren T, TS und TW, Fig. 7 eine Darstellung eines Temperaturverlaufes T über die Zeit t bei vier aufeinanderfolgenden Konditionierschritten Cl.l, CI.2,
CI.3 und C1.4, während derer schrittweise eine Suszeptortem- peratur TS von etwa 700°C auf 1200°C erhöht wird und dabei eine Substrattemperatur TW und eine Deckentemperatur TC gemessen wird,
Fig. 8 anhand eines ersten Beispiels, wie aus den bei der Konditionie rung gemäß Figur 7 gewonnenen Messwerten Ml bis M16 und NI bis N16 Werte Kl bis K16 eines Fingerabdrucks berechnet werden,
Fig. 9 schematisch eine Darstellung, wie Werte Kl bis K4 eines Fin gerabdrucks mit Werten K'l bis IC 4 eines historischen Finger abdrucks verglichen werden, Fig. 10 eine Darstellung einer aus einer Vielzahl von Wertetupeln durch Interpolation berechneten zweidimensionalen Funktion über die Suszeptortemperatur Ts und die Prozesskammer- Deckentemperatur TC, wobei die Funktion F die Oberflächen- temperaturen TW des Substrates darstellen und
Fig. 11 eine Darstellung einer Standard-Kalibrierkurve 25 und einer in der Kalibrierphase ermittelten Kalibrierkurve 25' in einem Ko ordinatensystem, welches in der X-Achse die Prozesskammer- Deckentemperatur TC und in einer Y-Achse die Oberflächen temperatur TW des Substrates angibt.
Beschreibung der Ausführungsformen
[0022] Die Figur 1 zeigt schematisch einen CVD-Reaktor, wie er Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist beziehungsweise an welchem das er findungsgemäße Verfahren ausgeübt werden kann.
[0023] In einem nach außen gasdichten, insbesondere aus Edelstahl bestehen- den Gehäuse des CVD-Reaktors 1 befindet sich eine Prozesskammer 3. Die Pro zesskammer befindet sich oberhalb eines aus Graphit oder beschichtetem Gra phit bestehenden Suszeptors 4, der von unten her mittels einer IR-Heizeinrich- tung 6 beheizbar ist. Die von der Heizeinrichtung 6 erzeugten elektromagneti schen Wechselfelder erzeugen im Suszeptor 4 Wirbelströme, die zum Aufhei- zen des Suszeptors 4 führen. Auf der Oberseite des Suszeptors 4 liegen ein oder mehrere Substrate 2, die während eines innerhalb der Prozesskammer 3 durch geführten Prozesses beschichtet werden sollen. Durch einen Gaseinlass 5 kön nen Trägergase oder Prozessgase in die Prozesskammer 3 eingespeist werden. Es ist eine Vakuumpumpe 12 vorgesehen, vor der ein Drosselventil 11 ange- ordnet ist. Mit einer Steuereinrichtung 10 können Gasflüsse der mit 7, 8 und 9 bezeichneten Gasquellen eingestellt werden, die mittels des Gaseinlasses 5 in die Prozesskammer 3 eingespeist werden. Mit der Steuereinrichtung 10 kann darüber hinaus auch die Heizeinrichtung 6, das Drosselventil 11 und die Pum pe 12 gesteuert werden.
[0024] Eine Flüssigkeitsquelle 13, die beispielsweise eine metallorganische Verbindung enthält, befindet sich in einem Temperierbad 14, dessen Tempera tur überwachbar ist. Eine Prozesskammerdecke 18 besitzt eine nicht dargestellte Kühleinrichtung und Mittel zur Beeinflussung ihrer Wärmeleiteigenschaften. Die gesamte Vorrichtung befindet sich in einem Kabinett 15, welches zur Um gebung hin im Wesentlichen gasdicht abgeschlossen sein kann. Das Kabinett 15 besitzt eine Zuluft 16 und eine Abluft 17. Die Gaszusammensetzung in der Ab luft 17 und die Ablufttemperatur kann gemessen werden.
[0025] Durch die Höhlungen der spiralförmigen Heizeinrichtung 6 kann ein Kühlfluss hindurchfließen, dessen Temperatur von Sensoren überwacht wird.
[0026] In der Steuereinrichtung 10 können voneinander verschiedene Rezepte abgespeichert werden, mit denen verschiedene Schichten auf einem Substrat 2 abgeschieden werden können.
[0027] Jeweils ein Prozess umfasst eine Vielzahl von Schritten, wobei sich die Schritte in voneinander verschiedene Phasen aufteilen lassen. In einer Konditi onierungsphase PC, die beispielsweise vor der eigentlichen Beschichtungsphase durchgeführt werden kann, wird die Prozesskammer 3 beziehungsweise das Reaktorsystem auf einen Sollzustand gebracht. Die Konditionierschritte Cl.l, CI.2 und CI.3 werden bei untereinander verschiedenen Konditionierparame tern durchgeführt. Während der verschiedenen Konditionierschritte Cl.l, CI.2, CI.3 können beispielsweise die Temperaturen T innerhalb der Prozesskam- mer 3 oder die Totaldrucke P innerhalb der Prozesskammer 3 oder die Gasflüs se Q (Quantität und/ oder Qualität) der Konditioniergase verschieden sein. Bei jedem mit dem CVD-Reaktor 1 durchgeführten Prozess sind die Steuerparame ter SP, die zur Steuerung der Temperatur, des Totaldrucks oder der Gasflüsse vorgegeben werden, jedoch fest und können vom Anwender nicht verändert werden.
[0028] Bei dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Konditionierungsphase drei Konditionierschritte, die jeweils mit unveränderba ren Steuerparametern durchgeführt werden müssen.
[0029] Bei dem in der Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Konditionierungsphase PC neben den ersten Konditionierschritten Cl.l, CI.2 und CI.3, die mit fest vorgegebenen Steuerparametern durchgeführt werden müssen, zweite Konditionierschritte C2.1, C2.2, die mit variablen Steuerpara metern durchgeführt werden können. Bei den Konditionierschritten C2.1, C2.2 kann der Anwender die Steuerparameter ändern.
[0030] An die Konditionierungsphase PC schließt sich eine Prozessphase PR an, die verschiedene aufeinander folgende Prozessschritte RI, R2 und R3 auf weist, die zum Behandeln von in der Prozesskammer 3 angeordneten Substra ten dienen, beispielsweise um die Substrate 2 mit ein oder mehreren Schichten zu beschichten. Die Steuerparameter der Prozessschritte RI, R2 und R3 können vom Anwender variiert werden.
[0031] Erfindungsgemäß werden während aller Schritte der Konditionierungs phase PC und der Prozessphase PR Messwerte gesammelt, die mit Messsenso ren ermittelt werden. Die Messdaten werden in einem Speicher der Steuerein richtung 10 oder in einem Speichersystem abgespeichert. [0032] Erfindungsgemäß werden nur von den Messwerten, die während der unveränderbaren ersten Konditionierschritte Cl.l, C1.2, C1.3 gewonnenen werden,„Fingerabdrücke" gebildet. Hierzu werden die Messwerte in geeigne ter Weise miteinander verknüpft, dass zumindest ein den„Fingerabdruck" bil dender Wert oder eine Gruppe den„Fingerabdruck" bildender Werte erzeugt werden. Diese Werte können statistisch behandelt werden. Beispielsweise kann ein Minimalwert, ein Maximalwert und eine Standardabweichung gebildet werden. Dies erfolgt insbesondere dadurch, dass Messwerte einer Vielzahl von in der Vergangenheit durchgeführter Prozesse, die als in Ordnung angesehen wurden, verwendet werden.
[0033] Allgemein kann ein Fingerabdruck ein einzelner Wert sein. Bevorzugt besteht der„Fingerabdruck" aber aus einer Vielzahl von Werten, die aus einer Vielzahl von Messwerten gewonnen werden. Die Messwerte können beispiels weise Kühlflüssigkeitstemperaturen, Ablufttemperaturen, Temperaturen des Temperierbades 14, Pumpentemperaturen, Gasdurchflusswerte oder Drucke sein. Von diesen Messwerten können während eines Konditionierschrittes Mess reihen gebildet werden. Von diesen Messreihen können statistische Werte er zeugt werden, beispielsweise Minimum, Maximum, Mittelwert und Standard abweichung. Die statistischen Werte können Bestandteil des Fingerabdrucks sein.
[0034] Ein nach denselben Regeln ermittelter„Fingerabdruck" eines aktuellen Prozesses kann mit einem historischen„Fingerabdruck", der durch Auswer tung einer Vielzahl von historischen Prozessen gebildet ist, verglichen werden. Dabei kann beispielsweise geprüft werden, ob der aktuelle„Fingerabdruck" beziehungsweise die den„Fingerabdruck" verkörpernden Werte in einem zu lässigen Wertefenster liegen. [0035] Bei den zur Bildung des aktuellen beziehungsweise historischen„Fin gerabdrucks" verwendeten Messwerten kann es sich um Messwerte handeln, die innerhalb der Prozesskammer 3 ermittelt werden, also beispielsweise um Temperaturen, die an Wänden, Decken oder anderen Bereichen der Prozess kammer 3 ermittelt werden. Es kann sich aber auch um Messwerte handeln, die außerhalb der Prozesskammer 3 ermittelt werden, beispielsweise in einem Ab gasstrom. Hier kann die Abgastemperatur oder können Gaskonzentrationen im Abgas gemessen werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass Pumpentempera turen, Ventilstellungen oder Ist-Gasflüsse als Messwerte zur Bildung des„Fin gerabdruckes" verwendet werden. Als Messwert kann beispielsweise auch die Temperatur der durch die Heizspirale 6 fließende Kühlflüssigkeitsstrom ver wendet werden.
[0036] Einige der Gasquellen 7, 8, 9 können in Temperierbädern angeordnet sein. Die Temperaturen dieser Temperierbäder können als Messwerte zur Bil dung des„Fingerabdruckes" verwendet werden.
[0037] Die Vorrichtung kann einen Schaltschrank aufweisen, beispielsweise einen Schrank, in dem elektrische Komponenten angeordnet sind oder in dem ein Gasmischsystem oder eine Be- oder Entladeeinrichtung für den CVD- Reaktor angeordnet ist. Es kann ein Sensor vorgesehen sein, um darin eine cha rakteristische Schaltschranktemperatur zu messen. Auch diese Temperatur kann zur Ermittlung des„Fingerabdrucks" verwendet werden.
[0038] Das System kann Kühlwasserkreisläufe aufweisen, mit denen beispiels weise eine Prozesskammerdecke oder das Reaktorgehäuse 1 gekühlt wird. Die Kühlwassertemperatur kann ebenfalls zur Bildung des„Fingerabdrucks" ver wendet werden. [0039] Wesentlich ist, dass die Parameter der Konditionierschritte die zur Verwendung des historischen„Fingerabdrucks" verwendet werden, identisch sind mit den Parametern der Konditionierschritte, aus dessen Messwerten der aktuelle„Fingerabdruck" ermittelt wird.
[0040] Mit dem zuvor beschriebenen Verfahren kann der aktuelle„Fingerab druck" nach vorgegebenen statistischen Regeln dahingehend ausgewertet wer den. Es kann insbesondere geprüft werden, ob eine InformaÜon an den Benut zer abgegeben werden muss, so dass dieser Wartung und Instandhaltungs maßnahmen planen kann. Der Vergleich des aktuellen„Fingerabdrucks" mit dem historischen„Fingerabdruck" erfolgt somit gemäß einem regelbasierten Entscheidungssystem. Bei der Auswertung werden je nach Regel entweder nur letztmalig erfasste Daten berücksichtigt oder auch Daten aus weit zurücklie genden Konditionierungsphasen.
[0041] Die bei der Bildung der„Fingerabdrücke", aber auch beim Vergleich aktueller„Fingerabdrücke" mit historischen„Fingerabdrücken" verwendeten Regeln können sein:
Univariante und mulhvariante Wertebereichs- und Grenzwertüberprü fung:
z.B. Mittelwert x außerhalb des Intervalls [y, z],
Standardabweichung a > b,
Mittelwert a innerhalb des Intervalls [b, c] und Mittelwert x außerhalb des Intervalls [y, z],
Überprüfung der Veränderung zum vorherigen Konditionierungsprozes ses:
z.B. Mittelwert [n] < Mittelwert [n-1] * 0.9 Wertebereichsüberprüfung auf Basis eines gleitenden Fensters (mit variab len Fensterweiten) über die vorherigen Konditionierungsprozesse:
z.B. Standardabweichung [n] außerhalb des Intervalls (Standardabwei chung [n-1 .. n-10 \ - 0.5 ; Standardabweichung [n-1 .. n-10 ] + 0.5) - Wertebereichs- und Grenzwertüberprüfung eines extrapolierten Wertes auf Basis historischer Daten.
[0042] Bei historischen Statistikdaten, die vor und nach einer Wartungs- oder Instandhaltungsmaßnahme aufgenommen wurden, kann es einen solchen Un terschied geben, der zu einer Regelverletzung und einem potenziellen falschen Alarm führen kann.
[0043] Um dies zu verhindern, kann eine Regel so definiert werden, dass sie bei der Betrachtung von historischen Daten (z.B. eines gleitenden Durch schnitts) nur diejenigen Daten berücksichtigt, welche nach dem letzten War tungszeitpunkt durchgeführt wurden. [0044] Die Information, wann eine Wartung durchgeführt wurde, erhält das regelausführende System von einem übergeordneten Produktionsleitsystem.
[0045] Wie oben ausgeführt, besitzt der typische Produktionszyklus sich ab wechselnde Prozessphasen und Konditionierphasen. Bei einer ersten Variante der Erfindung wird in Konditionierschritten dieser Konditionierphase eine Vielzahl von Werten gewonnen, die beispielsweise durch eine permanente Messung während des Konditionierschrittes erfasst werden. Beispielsweise können die Temperaturen, Flüsse oder Drucke während des mindestens einen ersten Konditionierschritts über eine längere Zeit gemessen werden. Um aus diesen Messwerten einen charakteristischen„Fingerabdruck" zu bilden, wer- den aus diesen Messungen Tempera turmittelwerte, Temperaturstandardabwei chungen, Minima und Maxima berechnet. Diese statistischen Daten bilden dann einen Fingerabdruck, so dass der Fingerabdruck eine Vielzahl von statisti schen Daten voneinander verschiedener Messwerte aufweisen kann. Durch Vergleich dieser Fingerabdrücke mit historischen Fingerabdrücken kann der aktuelle Zustand der Beschichtungsanlage charakterisiert werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die historischen Daten nur solche Daten aufweisen, die von beispielsweise den letzten zehn zurückliegenden Konditionierphasen ge wonnen worden sind.
[0046] Es kann vorgesehen sein, dass die Prozesskammer zum Austausch von Austauschteilen oder auch aus anderen Gründen, jedenfalls zu Wartungszwe cken geöffnet werden muss. Bei einer derartigen Öffnung der Prozesskammer kann Umgebungsluft in die Prozesskammer hineintreten, so dass in der Luft enthaltene Feuchtigkeit an Wänden der Prozesskammer adsorbieren kann. Um die Prozesskammer nach einer Wartung zu konditionieren, wird die Prozess kammer unter nahezu Vakuumbedingungen oder während eines Einspeisens von Wasserstoff in die Prozesskammer, der mittels einer Pumpeinrichtung wieder abgepumpt wird, auf hohe Temperaturen aufgeheizt, wobei diese Tem peraturen im Bereich von 700°C und 800°C liegen. Das Aufheizen kann in meh reren Schritten erfolgen. Das Aufheizen erfolgt nach fest in der Steuereinrich tung 10 vorgegebenen Prozessparametern und ist insbesondere durch den An lagenbetreiber nicht veränderbar.
[0047] Anstelle einer Konditionierphase kann vor der Prozessphase aber auch eine Kalibrierphase durchgeführt werden. Es ist insbesondere aber auch vorge sehen, sowohl eine Kalibrierphase als auch eine Konditionierphase vor einer Prozessphase durchzuführen. In einer Kalibrierphase wird in ein oder mehre ren Kalibrierschritten durch Variation der Suszeptortemperatur TS und der Prozesskammer-Deckentemperatur TC eine Vielzahl von Wertetupeln ermittelt, wobei jeder Wertetupel einen Wert der Suszeptortemperatur TS, einen Wert der Prozesskammer-Deckentemperatur TC und einen gemessenen Wert der Ober flächentemperatur TW des Substrates 2 aufweist.
[0048] Die Figur 6 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen CVD- Reaktor, bei dem eine Heizeinrichtung 6 einen Wärmefluss Hl in den Suszep- tor 4 erzeugt. In einer Tasche des Suszeptors befindet sich ein Substrathalter 19, der von einem Gaskissen getragen wird, welches von einem Spülgasfluss QS erzeugt wird. Hierdurch bildet sich ein Spalt 21 zwischen dem Boden der Ta sche des Suszeptors 4 und der Unterseite des Substrathalters 19, durch welchen Spalt 21 ein zweiter Wärmefluss H2 fließt. Die Wärme fließt durch den Sub strathalter 19 und durch das auf dem Substrathalter 19 aufliegende Substrat 2. Mit H3 ist ein Wärmefluss bezeichnet, der von der Oberfläche des Substrates 2 hin zur Prozesskammerdecke 18 strömt. Die Prozesskammerdecke 18 ist durch einen Spalt 20 von einer Kühleinrichtung 22 beabstandet. In diesem Spalt 20 befindet sich ein Temperiergas. Das Temperiergas wird von dem Spülgas QC gebildet, welches in den Spalt 20 eingespeist wird, wobei das Spülgas QC eine Mischung von Gasen mit voneinander verschiedenen Wärmeleitfähigkeiten ist, beispielsweise H2 und N2. Der Wärmefluss H4 durch den Spalt 20 lässt sich durch Variation der Zusammensetzung des Spülgases QC beeinflussen.
[0049] Oberhalb der Prozesskammerdecke 18 befindet sich die Kühleinrich tung 22, die mittels einer Kühlflüssigkeit auf eine Solltemperatur gekühlt wird. Die Kühlmitteltemperatur kann gemessen werden und ebenfalls zur Bildung des Fingerabdrucks verwendet werden.
[0050] Durch einen Balance der Wärmeleiteigenschaften aller Bestandteile im Wärmefluss Hl, H2, H3, H4 kann die Temperatur der Oberfläche des Substra- tes 2, nämlich die Substrattemperatur TW und die Temperatur der Prozess kammerdecke, nämlich die Prozesskammer-Deckentemperatur TC, beeinflusst werden.
[0051] Mit der Bezugsziffer 23 ist ein erster Temperaturregler bezeichnet, der die an der Unterseite des Suszeptors 4 gemessene Suszeptortemperatur TS ge gen einen Sollwert Ts0 regelt. Dies erfolgt durch Beeinflussung der in die Heiz einrichtung 6 eingespeisten Heizleistung LS. Die Suszeptortemperatur TS oder die Heizleistung LS bildet einen Wärmezufuhrparameter aus, mit dem ein Wärmefluss Hl, H2 von der Heizeinrichtung 6 zum Substrat 2 beeinflusst wird.
[0052] Die Bezugsziffer 24 bezeichnet einen zweiten Regelkreis, mit dem die Prozesskammer-Deckentemperatur TC gegen einen Sollwert Tc0 geregelt wird. Dies kann durch Beeinflussung der Kühlmitteltemperatur der Kühleinrich tung 22 erfolgen. Dies kann aber auch durch Variation des Mischungsverhält nisses des in den Spalt 20 eingespeisten Temperiergases QC erfolgen. Das Tem periergas besteht aus einer Mischung eines eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf weisenden Gases, beispielsweise H2, und eines eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Gases, beispielsweise N2. Die Prozesskammer-Deckentempera tur TC oder das Mischungsverhältnis des Temperiergases QC oder die Kühl leistung der Kühleinrichtung 22 bilden einen Wärmeabgabeparameter.
[0053] Die Figur 7 ist ein Temperatur-/ Zeit-Diagramm. Die Figur 7 zeigt vier nacheinander durchgeführte erste Kalibrier- oder Konditionierschritte Cl.l,
CI.2, C1.3 und C1.4. Während dieser Kalibrier- oder Konditionierschritte Cl.l, CI.2, CI.3 und C1.4 wird die Suszeptortemperatur TS, die auf der Unterseite des Suszeptors 4 gemessen wird, schrittweise von etwa 750°C bis etwa 1200°C erhöht. Einhergehend damit wird die Substrattemperatur TW und die Prozess kammer-Deckentemperatur TC gemessen. [0054] Es ist erkennbar, dass die Messwerte NI, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8, N9, N10, Nil, N12, N13, N14, N15, N16 der Substrattemperatur TW geringer sind, als die Suszeptortemperatur TS, die zur Regelung der Prozesstemperatur verwendet wird.
[0055] Die untere Kurve in der Figur 7 zeigt den Verlauf der Prozesskammer- Deckentemperatur TC, wobei zeitlich hintereinander in jedem der vier Kalib rier- oder Konditionierschritte das Mischungsverhältnis des in den Spalt 20 ein gespeisten Spülgases QC variiert wird. Die Messung Ml ist eine Temperatur messung der Prozesskammer-Deckentemperatur, bei der der Tb- Anteil in der Tb/N2-Mischung des Spülgases QC 95 Prozent ist. Der Messwert M2 wurde bei einem Mischungsverhältnis von 35 Prozent, der Messwert M3 bei einem Mi schungsverhältnis von 65 Prozent und der Messwert M4 bei einem Mischungs verhältnis von 5 Prozent Tb gewonnen. Insgesamt wurde während der vier Ka librier- oder Konditionierschritte 16 Temper aturwerte TC gewonnen und 16 Temper aturwerte TW. In jedem der Kalibrier- oder Konditionierschritte wur den die vier zuvor bezeichneten Spülgaszusammensetzungen nacheinander in den Spalt 20 der Prozesskammerdecke 18 eingespeist. Jede der Messungen Ml bis Ml 6 und NI bis NI 6 wurde über mehrere, beispielsweise 20 Sekunden durchgeführt. Während der Messung wurden Mittelwerte und andere statisti sche Daten gewonnen. Die Messwerte NI bis N16, Ml bis M16 und eventuell zusätzlich berechneter Statistikdaten repräsentieren einen„thermischen Finger abdruck" des CVD-Reaktors.
[0056] Ergänzend dazu können aus den während der jeweiligen Messung ge wonnenen Einzelmessungen, die in der oben beschriebenen Weise statistisch ausgewertet werden, auch die zeitlichen Steigungen, also die erste Ableitung nach der Zeit, berechnet werden. Auch aus diesen abgeleiteten Werten können Statistikdaten berechnet werden, die in den thermischen Fingerabdruck einflie- ßen. Der so gewonnene thermische Fingerabdruck kann mit einem historischen oder mehreren historischen oder einem gemittelten historischen Fingerabdruck verglichen werden. Die Figur 8 zeigt mit Kl, K2, K3, K4 bis K16 Messwertpaare, die die Messungen Nl/Ml, N2/M2 ... N16/M16 repräsentieren. Auf der X- Achse ist dabei die Prozesskammer-Deckentemperatur TC der jeweiligen Mes sung Ml, M2... dargestellt. Auf der Y-Achse ist die gemessene Substrattempe ratur TW abgetragen. Es sind somit die Messwerte NI, N2 ..., die hier die Lage der Punkte Kl, K2 ... bestimmen. Die durchgezogene Linie ist eine Regressions kurve und kann mit einer strichpunktiert dargestellten Linie verglichen wer den, die den historischen Fingerabdruck repräsentiert.
[0057] Die Figur 9 zeigt eine ähnliche Darstellung wie Figur 8, wobei hier an stelle einer linearen Regressionskurve eine quadratische Regressionskurve durch die Punkte Kl, K2, K3 und K4 gezogen ist. Die Punkte Kl, K2, K3, K4 auf der Kurve können mit den historischen Messpunkten K'l, I 2, IC3, I 4 vergli chen werden, wobei ein Abstand di in der Suszeptortemperatur TW und ein Abstand d2 in der Prozesskammer-Deckentemperatur TC ermittelt wird. Diese Abstände di, d2 können mit Maximalwerten verglichen werden. Überschreiten die Abstände di, d2 die vorgegebenen Maximalwerte, so ist dies ein Zeichen dafür, dass sich am Zustand des CVD-Reaktors etwas geändert hat. Liegen die Abstände di, d2 aber innerhalb vorgegebener Wertfenster, so wird dies dahin gehend interpretiert, dass sich der CVD-Reaktor in einem Sollzustand befindet.
[0058] Das in der Figur 7 dargestellte Verfahren wird auch dazu verwendet, um die thermischen Eigenschaften eines CVD-Reaktors 1 zu ermitteln und ins besondere um eine Kennlinie zu kalibrieren. In einer Kalibrierphase, die vor einer Prozessphase durchgeführt wird, in der in ein oder mehreren Prozess schritten ein Substrat 2 thermisch behandelt, insbesondere beschichtet wird, werden Parameter ermittelt, mit denen sich eine vorgegebene Substrattempera- tur TW einstellen lässt. Die in der Figur 7 mit Cl.l, C1.2, C1.3 und C1.4 darge stellten Schritte bilden Kalibrierschritte, bei denen bei jeweils auf einem festge haltenen Wert einer Suszeptortemperatur TS die Mischungsverhältnisse des Temperiergases QC verändert werden. Das Mischungsverhältnis und eine Kühlleistung der Kühleinrichtung 22 bilden weitere Parameter aus. Dies wird für eine Vielzahl verschiedener Suszeptortemperaturen TS wiederholt. Die in dieser Weise ermittelten Messwerte bilden jeweils Tupel aus, die folgende Ele mente beinhalten: Die eingestellte und insbesondere geregelte Suszeptortempe ratur TS, das Mischungsverhältnis des Temperiergases oder die geregelte Tem peratur TC der Prozesskammerdecke und gegebenenfalls zusätzlich die Kühl leistung der Kühleinrichtung 22 sowie gegebenenfalls weitere den Wärmezu fluss zum Substrat 2 und den Wärmeabfluss vom Substrat beeinflussende Wärmezufuhrparameter oder Wärmeabgabeparameter.
[0059] Zur Vereinfachung zeigt die Figur 10 nur den Einfluss zweier Parame ter, nämlich der Suszeptortemperatur TS und der Prozesskammer-Deckentem peratur TC auf die Substrattemperatur TW. Die Substrattemperatur TW ist dort als zweidimensionale Funktion F über den beiden Argumenten TC und TS dar gestellt. Die Funktion F wird durch eine flächige (zweidimensionale) Interpola tion über die von den gemessenen Wertetupeln gebildeten Stützstellen berech net. Aus dem dadurch gewonnenen„Flächengebirge" kann der Punkt ermittelt werden, der dem Wert TW1 entspricht, der einer vorgegebenen Substrattempe ratur am nächsten kommt beziehungsweise einer vorgegebenen Substrattempe ratur entspricht. Dieser Wert TW1 korrespondiert zu einem Wert TC1 einer Prozesskammer-Deckentemperatur TC und einem Wert TS1 einer Suszeptor temperatur TS.
[0060] In einem nach der Kalibrierphase durchgeführten Prozessschritt einer Prozessphase, in dem die Substrattemperatur TW diesen Wert TW1 erreichen soll, werden dann der Suszeptor 4 auf die Suszeptortemperatur TS1 und die Prozesskammerdecke 18 auf diese Temperatur TC1 geregelt.
[0061] Die Figur 11 zeigt eine Standard-Kennlinie 25, wie sie durch eine Re zeptur vorgegeben wird. Der Punkt 26 ist der Punkt, an dem unter Standardbe dingungen eine Prozesskammer-Deckentemperatur TC1 bei einer vorgegebe nen Suszeptortemperatur TS zu einer Substrattemperatur TW1 führt. Die Stan dard-Kennlinie 25 ist eine Kurve einer Kurvenschar, wobei jede Kurve der Kur venschar zu einer anderen Suszeptortemperatur TS korrespondiert.
[0062] Die Bezugsziffer 25' bezeichnet eine korrigierte Kennlinie. Diese korri gierte Kennlinie 25' wurde durch das zuvor beschriebene Kalibrierverfahren ermittelt. Die korrigierte Kennlinie 25' ist ebenfalls eine Kurve einer Kurven schar. Die Kurvenschar besitzt eine Vielzahl von Kurven, die jeweils bei einer der verschiedenen Suszeptortemperaturen TS aufgenommen worden sind, also jeweils in einem Kalibrierschritt Cl.l, CI.2, CI.3 oder C1.4. Aus den in den ein zelnen Kalibrierschritten Cl.l, CI.2, CI.3 und C1.4 aufgenommenen Messwer ten wurde durch eine Interpolation die Kurve der Funktion F ermittelt, die die korrigierte Kennlinie 25' darstellt. Von dieser Funktion F lässt sich die Umkehr funktion bilden, so dass zu einer vorgegebenen Substiattemperatur TW1 unmit telbar die aktuelle Prozesskammer-Deckentemperatur TC2 ermittelbar ist.
[0063] Es wird unter anderem als vorteilhaft erachtet, dass während der Kalib rierphase durch gezielte Variation von Parametern, die den Wärmezufluss und den Wärmeabfluss zum Substrat beeinflussen, Wertetupel ermittelt werden. Die Parameter sind beispielsweise die Suszeptortemperatur TS und/ oder die Pro zesskammer-Deckentemperatur TC. Die Wertetupel enthalten als weiteres Ele ment die jeweils gemessene Substrattemperatur. Durch Interpolation wird aus diesen Wertetupeln eine mehrdimensionale Funktion oder eine Schar eindi- mensionaler Funktionen ermittelt. Durch eine Intervallschachtelung, einer Tay lor-Entwicklung oder anderer geeigneter mathematischer, insbesondere nume rischer Verfahren wird anhand dieser Funktionen beziehungsweise Funktio nenscharen der Parametersatz ermittelt, der zu einer Substrattemperatur TW korrespondiert, die einer in einem Prozessschritt gewünschten Substrattempe ratur am nächsten kommt oder dieser entspricht.
[0064] Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die zur Ermittlung der Kalibrierfunktion F durchgeführten Kalibrierschritte Teil einer Konditionie rungsphase sind.
[0065] 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:
[0066] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der„Fingerab druck" auch oder nur solche Werte oder Gruppen von Werten umfasst, die aus Messwerten gewonnen werden, die während ein oder mehrerer Kalibrier- oder Konditionierschritte Cl.l, CI.2, CI.3 einer Kalibrier- oder Konditionierphase PC, PC' erfasst sind, bei denen jeweils gemäß vom Rezept gelieferten Steuerda ten zumindest eine Kalibrier- oder Konditioniertemperatur T und ein Kalibrier oder Konditionierdruck P eingestellt sowie ein Kalibrier- oder Konditioniergas fluss Q in die Prozesskammer 3 eingespeist wird.
[0067] Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der„Fingerab druck" auch oder nur solche Werte oder eine Gruppe von Werten umfasst, die aus Messwerten gewonnen werden, die während ein oder mehrerer Kalibrier- oder Konditionierschritte Cl.l, CI.2, CI.3 einer Kalibrier- oder Konditionier phase PC, PC' erfasst sind, bei denen jeweils gemäß vom Rezept gelieferten Steuerdaten zumindest eine Kalibrier- oder Konditioniertemperatur T und ein Kalibrier- oder Konditionierdruck P eingestellt sowie ein Kalibrier- oder Kondi tioniergasfluss Q in die Prozesskammer 3 eingespeist wird.
[0068] Ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kalibrier- oder Konditionierschritte erste Kalibrier- oder Konditionier schritte Cl.l, C1.2, C1.3 und zweite Kalibrier- oder Konditionierschritte C2.1, C2.2 aufweisen, wobei der„Fingerabdruck" nur solche Werte oder eine Gruppe von Werten umfasst, die aus während der ersten Kalibrier- oder Konditionier schritte Cl.l, CI.2, CI.3 erfassten Messwerten gewonnen werden, wobei die Steuerdaten der ersten Kalibrier- oder Konditionierschritte Cl.l, CI.2, CI.3 un- veränderbar in der Steuereinrichtung 10 gespeichert sind.
[0069] Ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Messwerte Werte physikalischer Größen sind, die innerhalb der Pro zesskammer 3 oder außerhalb der Prozesskammer 3 gemessen werden und ins besondere Kühlwassertemperaturen, Temperierbadtemperaturen von Tempe rierbädern 14, Durchflussraten, Temperaturen von Pumpen, Gasleitungen oder Flüssigkeitsleitungen, in einem Abgasstrom oder einer Schaltschrank- Abluft 17 gemessene Temperaturen oder Gaskonzentrationswerte oder dergleichen sind.
[0070] Ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest einer des ein oder mehreren ersten Kalibrier- oder Konditio nierschritts CI, C2, C3, C4 ein Reinigungsschritt ist, bei dem ein Reinigungsgas in die Prozesskammer 3 eingespeist wird, welches insbesondere ein Halogen, beispielsweise Chlor, oder ein Hydrid, beispielsweise Ammoniak, enthält. [0071] Ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der„Fingerabdruck", insbesondere der historische„Fingerabdruck" durch eine statistische Auswertung von Messdaten insbesondere älterer Prozesse ge wonnen wird, wobei statistische Mittelwerte, Minimalwerte, Maximalwerte und/ oder Standardabweichungen ermittelt werden.
[0072] Ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest einer der ein oder mehreren ersten Konditionierschrittes Cl.l, CI.2, CI.3 ein Temperier schritt ist, bei dem bei einer erhöhten Temperatur, ins besondere in einem Bereich zwischen 700 und 1200°C ein Temperiergas, bei spielsweise Wasserstoff, in die Prozesskammer eingespeist wird.
[0073] Ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass vor beziehungsweise nach jeder Prozessphase PR eine Konditionierpha se PC durchgeführt wird, während der ein„Fingerabdruck" gewonnen wird.
[0074] Ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Konditionierschritt PC mit ein oder mehreren ersten Konditionier schritten Cl.l, CI.2, CI.3 nach einer vorangehenden Wartung W durchgeführt wird, und/ oder dass ein Kalibrier- oder Konditionierschritt PC mit ein oder mehreren ersten Kalibrier- oder Konditionierschritten Cl.l, C1.2, C1.3 nach ei ner vorangehenden Wartung W durchgeführt wird, während derer Umge bungsluft in die Prozesskammer 3 gelangt ist, wobei der aus den ein oder meh reren Messwerten gewonnene„Fingerabdruck" ein„thermischer Fingerab druck" ist.
[0075] Ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der Vergleich des aktuellen„Fingerabdrucks" mit dem historischen„Fin gerabdruck" gemäß einem regelbasierten Entscheidungssystem erfolgt. [0076] Ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest ein Wert des„Fingerabdrucks" aus einer Messreihe zeitlich hin tereinander gewonnener Messwerte berechnet wird, wobei insbesondere vorge sehen ist, dass von den Messwerten eine Ableitung nach der Zeit gebildet wird.
[0077] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass in einer der Pro zessphase zeitlich vorgeordneten Kalibierphase in mehreren Kalibrierschrit ten Cl.l, CI.2, CI.3 eine Vielzahl von Wertetupeln ermitteln wird, jeweils auf weisend einen Wert des ersten Parameters TS, LS, einen Wert des zweiten Para meters (TS, QC) und eine bei diesen Werten sich einstellende Ist-Temperatur TW der Substratoberfläche, wobei aus der Vielzahl der Wertetupeln durch eine Interpolation eine die Ist-Temperatur TW über zumindest eine der Parameter darstellende Funktion F gebildet wird, aus der ein Wert TW1 des zumindest einen Parameters TC, QC; TS, LS gewonnen wird, der mit einer Ist-Tempera tur TW der Substratoberfläche korreliert ist, der einer vorgegebenen Substrat temperatur am nächsten kommt.
[0078] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Wärmezufuhr parameter eine Suszeptor-Soll-Temperatur Ts0 ist, gegen die ein erster Regel kreis 23 eine Suszeptor-Ist-Temperatur Ts durch Variation einer in eine Heiz einrichtung 6 eingespeiste Heizleistung LS regelt oder die Heizleistung LS und/ oder dass der Wärmeabfuhrparameter die Soll-Temperatur einer Kühlein richtung 22, das Mischungsverhältnis eines aus zwei Gasen mit unterschiedli chen Wärmeleiteigenschaften bestehenden Temperiergases ist, das in einen Spalt 20 zwischen einer Kühleinrichtung 22 und einer Prozesskammerdecke 18 eingespeist wird, oder eine Prozesskammerdecken-Soll-Temperatur Tc0 ist, ge gen die ein zweiter Regelkreis 24 eine Prozesskammerdecken-Ist-Tempera- tur Tc regelt. [0079] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Durchführung der Interpolation eine ein- oder mehrdimensionale Funktion gebildet wird, de ren Stützstellen die Wertetupel bilden.
[0080] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass mehrere erste Ka librier- oder Konditionierschritte unmittelbar aufeinander folgen, wobei insbe sondere vorgesehen ist, dass die mehreren Kalibrier- oder Konditionierschritte bei schrittweise ansteigenden oder abfallenden Temperaturen und/ oder mit wechselnden Kühlparametern durchgeführt werden.
[0081] Ein Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Messwerte ei ne Substrattemperatur TW und eine Prozesskammer-Deckentemperatur TC umfassen, wobei in der Kalibrier- oder Konditionierphase PC nacheinander Temperaturen TS und Wärmeleitfähigkeiten in einem Wärmefluss Hl, H2, H3, H4 von einer Heizeinrichtung 6 zu einer Kühleinrichtung 22 verändert werden.
[0082] 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 Prioritätsun terlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmel dung mit aufzunehmen. Die Unter ansprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigen ständige 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 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 CVD-Reaktor di Abstand
2 Substrat d2 Abstand
3 Prozesskammer t Zeit
4 Suszeptor
5 Gaseinlass
6 Heizeinrichtung Cl.l erster Kalibrier-
7 Gasquelle / Konditionierschritt
8 Gasquelle CI.2 erster Kalibrier-
9 Gasquelle / Konditionierschritt
10 Steuereinrichtung CI.3 erster Kalibrier-
11 Drosselventil / Konditionierschritt
12 Vakuumpumpe C2.1 zweiter Kalibrier-
13 Flüssigkeitsquelle / Konditionierschritt
14 Temperierbad C2.2 zweiter Kalibrier-
15 Kabinett / Konditionierschritt
16 Zuluft F Funktion
17 Abluft Hl Wärmefluss
18 Prozesskammerdecke H2 Wärmefluss
19 Substrathalter H3 Wärmefluss
20 Spalt H4 Wärmefluss
21 Spalt Kl K16 Messwert
22 Kühleinrichtung Kl' K16' historischer Messwert
23 erster Regelkreis LS Heizleistung
24 zweiter Regelkreis Ml M16 Messwert
25 Standard-Kennlinie NI N16 Messwert
25' korrigierte Kennlinie P Druck
26 Punkt PI erster Parameter
26' Punkt P2 zweiter Parameter PC Konditionierphase PC' Konditionierphase PR Prozessphase Q Prozessgasfiuss QC Spülgas
QS Spülgas
RI Prozessschritt R2 Prozessschritt R3 Prozessschritt TS Suszeptortemperatur TC Deckentemperatur TW Substrattemperatur

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines eine Prozesskammer (3) aufweisenden CVD- Reaktors (1), bei dem während eines Prozesses in ein oder mehreren Pro zessschritten (RI, R2, R3) einer Prozessphase (PR), bei der sich ein Sub strat (2) in der Prozesskammer (3) befindet, und gemäß vom Anwender va riierbaren ersten Steuerdaten jeweils zumindest eine Prozesstemperatur (T) und ein Prozessdruck (P) eingestellt sowie ein Prozessgasfluss (Q) in die Prozesskammer (3) eingespeist wird, wobei während des Prozesses mittels Sensoren Messdaten ermittelt werden, aus denen ein aktueller„Fingerab druck" berechnet wird, der mit einem in gleicher Art bei ein oder mehreren älteren Prozessen ermittelten historischen„Fingerabdruck" verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozess vor oder nach der Prozess phase (PR) eine Kalibrier- oder KondiÜonierphase (PC, PC1) aufweist, bei der in ein oder mehreren Kalibrier- oder Konditionierschritten (Cl.l, CI.2, CI.3), gemäß vom Anwender nicht variier baren zweiten Steuerdaten zu mindest eine Kalibrier- oder KondiÜoniertemperatur (T) und ein Kalibrier- oder Konditionierdruck (P) eingestellt sowie ein Kalibrier- oder KondiÜo- niergasfluss (Q) in die Prozesskammer (3) eingespeist wird, und dass der „Fingerabdruck" auch solche oder nur solche Werte oder Gruppen von Werten umfasst, die aus Messwerten gewonnen werden, die während der KondiÜonierphase (PC, PC1) erfasst werden.
2. Vorrichtung mit einem CVD-Reaktor (1) und einer Steuereinrichtung (10) zu dessen Steuerung, wobei in der Steuereinrichtung (10) ein Rezept ge speichert ist, nachdem während eines Prozesses, in ein oder mehreren Prozessschritten (RI, R2, R3) einer Prozessphase (PR), bei der sich ein Sub- straf (2) in der Prozesskammer (3) befindet, mittels vom Rezept gelieferten ersten, vom Anwender variierbaren Steuerdaten jeweils zumindest eine Prozesstemperatur (T) und ein Prozessdruck (P) eingestellt sowie ein Pro- zessgasfluss (Q) in die Prozesskammer (3) eingespeist wird, wobei wäh rend des Prozesses mittels Sensoren Messdaten ermittelt werden, aus de nen ein aktueller„Fingerabdruck" berechnet wird, der mit einem in glei cher Art bei ein oder mehreren älteren Prozessen ermittelten historischen „Fingerabdruck" verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Pro zess vor oder nach der Prozessphase (PR) eine Kalibrier- oder Konditio nierphase (PC, PC1) aufweist, bei der in ein oder mehreren Kalibrier- oder Konditionierschritten (Cl.l, CI.2, CI.3), gemäß vom Anwender nicht vari ierbaren zweiten Steuerdaten zumindest eine Kalibrier- oder Konditionier temperatur (T) und ein Kalibrier- oder Konditionierdruck (P) eingestellt sowie ein Kalibrier- oder Konditioniergasfluss (Q) in die Prozesskam mer (3) eingespeist wird, und dass der„Fingerabdruck" auch solche oder nur solche Werte oder Gruppen von Werten umfasst, die aus Messwerten gewonnen werden, die während der Konditionierphase (PC, PC1) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrier- oder Konditionierschritte erste Kalib rier- oder Konditionierschritte (Cl.l, CI.2, C1.3) und zweite Kalibrier- oder Konditionierschritte (C2.1, C2.2) aufweisen, wobei der„Fingerabdruck" nur solche Werte oder eine Gruppe von Werten umfasst, die aus während der ersten Kalibrier- oder Konditionierschritte (Cl.l, C1.2, C1.3) erfassten Mess werten gewonnen werden, wobei die Steuerdaten der ersten Kalibrier- oder Konditionierschritte (Cl.l, CI.2, CI.3) unveränderbar in der Steuereinrich tung (10) gespeichert sind.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte Werte physikalischer Grö ßen sind, die innerhalb der Prozesskammer (3) oder außerhalb der Pro- zesskammer (3) gemessen werden und / oder insbesondere Kühlwasser temperaturen, Temperierbadtemperaturen von Temperierbädern (14), Durchflussraten, Temperaturen von Pumpen, Gasleitungen oder Flüssig keitsleitungen, in einem Abgasstrom oder einer Schaltschrank- Abluft (17) gemessene Temperaturen oder Gaskonzentrationswerte sind.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer des ein oder mehreren ers ten Kalibrier- oder Konditionierschritts (CI, C2, C3, C4) ein Reinigungs schritt ist, bei dem ein Reinigungsgas in die Prozesskammer (3) einge speist wird, und/ oder dass das Reinigungsgas ein Halogen, oder Chlor, oder ein Hydrid, oder Ammoniak, enthält.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der„Fingerabdruck", und/ oder der histo rische„Fingerabdruck" durch eine statistische Auswertung von Mess daten insbesondere älterer Prozesse gewonnen wird, wobei statistische Mittelwerte, Minimalwerte, Maximalwerte und/ oder Standardabwei chungen ermittelt werden.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der ein oder mehreren ers ten Konditionierschritte (Cl.l, CI.2, CI.3) ein Temperierschritt ist, bei dem bei einer erhöhten Temperatur, und/ oder bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen 700 und 1200°C ein Temperiergas, oder Wasserstoff, in die Prozesskammer eingespeist wird.
Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor beziehungsweise nach jeder Prozess- phase (PR) eine Kalibrier- oder Konditionierphase (PC) durchgeführt wird, während der ein„Fingerabdruck" gewonnen wird und/ oder dass ein Kalibrier- oder Konditionierschritt (PC) mit ein oder mehreren ersten Kalibrier- oder Konditionierschritten (Cl.l, C1.2, C1.3) nach einer voran- gehenden Wartung (W) durchgeführt wird, während derer Umgebungs luft in die Prozesskammer (3) gelangt ist, wobei der aus den ein oder meh reren Messwerten gewonnene„Fingerabdruck" ein„thermischer Finger abdruck" ist.
9. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich des aktuellen„Fingerab drucks" mit dem historischen„Fingerabdruck" gemäß einem regelbasier ten Entscheidungssystem erfolgt.
10. Verfahren oder Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Wert des„Fingerabdrucks" aus einer Messreihe zeitlich hintereinander gewonnener Messwerte be rechnet wird, und/ oder dass von den Messwerten eine Ableitung nach der Zeit gebildet wird.
11. Verfahren zur Ermittlung der Parameter zur Temperierung der Oberfläche eines von einem Suszeptor (4) eines CVD-Reaktors (1) getragenen Substra- tes (2) auf eine vorgegebene Substrattemperatur (TW), um das Substrat (2) in zumindest einem Prozessschritt (RI) einer Prozessphase (PR) bei dieser Temperatur (TS) thermisch zu behandeln, wobei ein erster Parameter (TS, LS) ein Wärmezufuhrparameter ist, der einen von einer Wärmequelle (6) dem Suszeptor (4) zu geführten ersten Wärmefluss (Hl, H2) beeinflusst, und ein zweiter Parameter (TS, QC) ein Wärmeabgabeparameter ist, der einen von der Oberfläche des Substrates (2) an eine Wärmesenke (22) ab- gegebenen zweiten Wärmefluss (H3, H4) beeinflusst, dadurch gekenn zeichnet, dass in einer der Prozessphase zeitlich vorgeordneten Kalibier phase in mehreren Kalibrierschritten (Cl.l, CI.2, CI.3) eine Vielzahl von Wertetupeln ermitteln wird, jeweils aufweisend einen Wert des ersten Pa- rameters (TS, LS), einen Wert des zweiten Parameters (TS, QC) und eine bei diesen Werten sich einstellende Ist-Temperatur (TW) der Substratober fläche, wobei aus der Vielzahl der Wertetupeln durch eine Interpolation eine die Ist-Temperatur (TW) über zumindest eine der Parameter darstel lende Funktion (F) gebildet wird, aus der ein Wert (TW1) des zumindest einen Parameters (TC, QC; TS, LS) gewonnen wird, der mit einer Ist-
Temperatur (TW) der Substratoberfläche korreliert ist, der einer vorgege benen Substrattemperatur am nächsten kommt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärme zufuhrparameter eine Suszeptor-Soll-Temperatur (Ts0) ist, gegen die ein erster Regelkreis (23) eine Suszeptor-Ist-Temperatur (Ts) durch Variation einer in eine Heizeinrichtung (6) eingespeiste Heizleistung (LS) regelt oder die Heizleistung (LS) und/ oder dass der Wärmeabfuhrparameter die Soll- Temperatur einer Kühleinrichtung (22), das Mischungsverhältnis eines aus zwei Gasen mit unterschiedlichen Wärmeleiteigenschaften bestehen- den Temperiergases ist, das in einen Spalt (20) zwischen einer Kühlein richtung (22) und einer Prozesskammerdecke (18) eingespeist wird, oder eine Prozesskammerdecken-Soll-Temperatur (Tc0) ist, gegen die ein zwei ter Regelkreis (24) eine Prozesskammerdecken-Ist-Temperatur (Tc) regelt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeich net, dass zur Durchführung der Interpolation eine ein- oder mehrdimen sionale Funktion gebildet wird, deren Stützstellen die Wertetupel bilden.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass mehrere erste Kalibrier- oder Konditionierschritte unmittel bar aufeinander folgen, und/ oder dass die mehreren Kalibrier- oder Kon ditionierschritte bei schrittweise ansteigenden oder abfallenden Tempera- turen und / oder mit wechselnden Kühlparametern durchgeführt werden.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Messwerte eine Substrattemperatur (TW) und eine Pro zesskammer-Deckentemperatur (TC) umfassen, wobei in der Kalibrier oder Konditionierphase (PC) nacheinander Temperaturen (TS) und Wär- meleitfähigkeiten in einem Wärmefluss (Hl, H2, H3, H4) von einer Heiz einrichtung (6) zu einer Kühleinrichtung (22) verändert werden.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass bei einer Mehrzahl hintereinander durchgeführten Prozes sen, bei denen in einer Prozessphase ein Substrat beschichtet wird, wäh- rend jeweils einer Konditionierphase Kalibrier- oder Konditionierschritte mit denselben Prozessparametern durchgeführt werden und die Messwer te zur Bildung des Fingerabdrucks ausschließlich in diesen Kalibrier- oder Konditionierschritten ermittelt werden.
17. Verfahren, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnen den Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.
PCT/EP2020/057797 2019-03-21 2020-03-20 Verfahren zur erfassung eines zustandes eines cvd-reaktors unter produktionsbedingungen WO2020188087A2 (de)

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