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DE102018125531A1 - Device and method for controlling the temperature in a CVD reactor - Google Patents

Device and method for controlling the temperature in a CVD reactor Download PDF

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DE102018125531A1
DE102018125531A1 DE102018125531.4A DE102018125531A DE102018125531A1 DE 102018125531 A1 DE102018125531 A1 DE 102018125531A1 DE 102018125531 A DE102018125531 A DE 102018125531A DE 102018125531 A1 DE102018125531 A1 DE 102018125531A1
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DE
Germany
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temperature
measured
value
substrate
cvd reactor
Prior art date
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Application number
DE102018125531.4A
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German (de)
Inventor
Peter Sebald Lauffer
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Original Assignee
Aixtron SE
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Publication date
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Priority to TW108137084A priority patent/TW202043717A/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Temperaturregelung in einem CVD-Reaktor (1), bei dem mit einer ersten Temperaturmesseinrichtung (2) an einer ersten Messstelle (17) auf einem Substrat (8) ein erster Messwert (T) einer Temperatur und mit einer zweiten Temperaturmesseinrichtung (3) an einer zweiten Messstelle (18) außerhalb des Substrates (8) ein zweiter Messwert (T) einer Temperatur gemessen wird. Zur Regelung einer Heizung wird die Temperatur (T) mit einem Rekalibrierungsfaktor beaufschlagt, wobei der Rekalibrierungsfaktor ein Quotient aus einer Vielzahl von in einer zurückliegenden Zeit gemessenen ersten Messwerten (T) und zweiten Messwerten (T) gebildet wird. Es handelt sich insbesondere um den Quotienten zweier Mittelwerte.The invention relates to a device and a method for temperature control in a CVD reactor (1), in which a first temperature (.) And a temperature (.) Are measured with a first temperature measuring device (2) at a first measuring point (17) on a substrate (8) with a second temperature measuring device (3) at a second measuring point (18) outside the substrate (8) a second measured value (T) of a temperature is measured. To regulate a heater, a recalibration factor is applied to the temperature (T), the recalibration factor being a quotient of a large number of first measured values (T) and second measured values (T) measured in the past. In particular, it is the quotient of two mean values.

Description

Gebiet der TechnikTechnical field

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturregelung in einem CVD-Reaktor und einen CVD-Reaktor, bei dem mit einer ersten Temperaturmesseinrichtung an einer ersten Messstelle eine Substrattemperatur und an einer zweiten Messstelle die Temperatur eines Suszeptors oder eines Substrathalters gemessen wird. Der CVD-Reaktor besitzt eine Regeleinrichtung zur Regelung der Substrattemperatur.The invention relates to a method for temperature control in a CVD reactor and a CVD reactor, in which a substrate temperature is measured with a first temperature measuring device at a first measuring point and the temperature of a susceptor or a substrate holder is measured at a second measuring point. The CVD reactor has a control device for controlling the substrate temperature.

Stand der TechnikState of the art

Verfahren zur Messung der Temperatur von Substratoberflächen oder von Suszeptoroberflächen, bei denen mittels zwei Pyrometern an verschiedenen Stellen auf dem Suszeptor Temperaturen gemessen werden, sind beispielsweise aus der US 8,888,360 B2 ; 9,200,965 B2 oder US 6,398,406 B1 vorbekannt.Methods for measuring the temperature of substrate surfaces or of susceptor surfaces, in which temperatures are measured by means of two pyrometers at different points on the susceptor, are known, for example, from US Pat US 8,888,360 B2 ; 9,200,965 B2 or US 6,398,406 B1 previously known.

Die Bildung von Soll-Werten aus verschiedenen Temperaturen wird auch in der DE 10 2015 100 640 A1 beschrieben.The formation of target values from different temperatures is also in the DE 10 2015 100 640 A1 described.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Beim Abscheiden von Schichten auf Substraten in einem CVD-Reaktor werden an ersten Messstellen erste Messwerte einer Substrattemperatur und an zweiten Messstellen außerhalb des Substrates zweite Messwerte einer Suszeptortemperatur gemessen. Die Messung erfolgt üblicherweise mit zwei voneinander verschiedenen Temperaturmesseinrichtungen, wobei diese Temperaturmesseinrichtungen Pyrometer sein können. Die Temperaturmesseinrichtungen können qualitativ voneinander verschiedene Messwerte liefern, wobei sich die Messwerte qualitativ dadurch unterscheiden, dass beispielsweise nur der zweite Messwert technisch für eine Regelung geeignet ist und der erste Messwert technisch nicht für eine Regelung geeignet ist. Beispielsweise kann der erste Messwert deshalb technisch nicht für eine Regelung verwendet werden, weil er ein nachlaufender Messwert ist, der nur zeitverzögert zur Verfügung steht, und weil der erste Messwert Schwankungen unterliegt oder aufgrund von Oberflächeneigenschaften, Emissionseigenschaften oder Reflexionseigenschaften des Substrates technisch schwer zu ermitteln ist. Die technologisch relevante Temperatur ist aber nicht die mit dem zweiten Messwert gemessene Temperatur, sondern die Oberflächentemperatur des Substrates, da an dieser Oberfläche chemische oder physikalische Reaktionen stattfinden. Beispielsweise wird in einem erfindungsgemäßen CVD-Reaktor eine aus mehreren Komponenten bestehende Halbleiterschicht abgeschieden. Der CVD-Reaktor kann beispielsweise dazu verwendet werden GaN-Schichten oder AlN-Schichten abzuscheiden. Das Abscheiden dieser Schichten kann auf Siliciumsubstraten aber auch auf Saphirsubstraten stattfinden. Das Material der Schichten bzw. des Substrates kann für infrarotes Licht transparent sein, so dass erste Messwerte nicht mit einem IR-Pyrometer ermittelbar sind.When layers are deposited on substrates in a CVD reactor, first measured values of a substrate temperature are measured at first measuring points and second measured values of a susceptor temperature are measured at second measuring points outside the substrate. The measurement is usually carried out using two different temperature measuring devices, which temperature measuring devices can be pyrometers. The temperature measuring devices can deliver qualitatively different measured values, the measured values differing qualitatively in that, for example, only the second measured value is technically suitable for regulation and the first measured value is not technically suitable for regulation. For example, the first measured value cannot be used technically for a control because it is a lagging measured value that is only available with a time delay and because the first measured value is subject to fluctuations or is technically difficult to determine due to surface properties, emission properties or reflection properties of the substrate . However, the technologically relevant temperature is not the temperature measured with the second measured value, but the surface temperature of the substrate, since chemical or physical reactions take place on this surface. For example, a semiconductor layer consisting of several components is deposited in a CVD reactor according to the invention. The CVD reactor can be used, for example, to deposit GaN layers or AlN layers. These layers can be deposited on silicon substrates but also on sapphire substrates. The material of the layers or of the substrate can be transparent to infrared light, so that the first measured values cannot be determined with an IR pyrometer.

Aus dem oben genannten Stand der Technik wurden bereits Vorschläge gemacht, wie man mit Hilfe mathematischer Funktionen, deren Argumente mehrere zu verschiedenen Zeiten gemessene Messwerte sind, einen Temperatur-Ist-Wert erzeugen kann, der weitestgehend der Substrattemperatur entspricht und der zur Regelung einer Heizeinrichtung verwendet werden kann, mit dem der Suszeptor und das vom Suszeptor getragene Substrat beheizt wird.Proposals have already been made from the above-mentioned prior art on how to use mathematical functions, the arguments of which are several measured values measured at different times, to generate an actual temperature value which largely corresponds to the substrate temperature and which is used to control a heating device can be used to heat the susceptor and the substrate carried by the susceptor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren zur Erzeugung einer Ist-Temperatur weiter zu verbessern und einen hierzu verwendbaren CVD-Reaktor anzugeben.The object of the invention is to further improve the above-mentioned method for generating an actual temperature and to provide a CVD reactor which can be used for this purpose.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der in den nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Lösung sind, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen.The object is achieved by the invention specified in the claims, the subclaims not only being advantageous developments of the solution specified in the independent claims, but also representing independent solutions to the object.

Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass zur Bestimmung eines gegen einen Soll-Wert geregelten Ist-Wertes, insbesondere einer Ist-Temperatur ein Rekalibrierungsfaktor verwendet wird. Der Rekalibrierungsfaktor wird zumindest aus mehreren ersten Messwerten gewonnen, die in einem Zeitintervall von mindestens 10 Sekunden zeitlich zurückliegend gewonnen werden können. Mit dem Rekalibrierungsfaktor wird der aktuelle zweite Messwert multipliziert. In einer ersten Variante wird der Rekalibrierungsfaktor aus einem Mittelwert von in einem Zeitintervall gemessenen ersten Messwerten gebildet. Das Zeitintervall kann Messwerte enthalten, die zu einer Zeit gemessen werden, die um einen Zeitversatz gegenüber dem aktuellen zweiten Messwert zurückliegen. Der zeitliche Verlauf der Substrattemperatur, also des ersten Messwertes, kann gegenüber dem zeitlichen Verlauf der Suszeptortemperatur, also des zweiten Messwertes, zeitlich verzögert sein. Die zeitliche Verzögerung liegt etwa in der Größenordnung von 10 bis 30 Sekunden. Die zeitliche Verzögerung ist auf verschiedene Faktoren zurückzuführen, beispielsweise auf die Trägheit des Systems, die unterschiedlichen Wärmeflusswege, die Signalverarbeitungszeiten und auf eine Drehung des Suszeptors um eine Drehachse. Typischerweise dreht sich der Suszeptor mit 5 U/min. Die zur Bildung des Mittelwertes verwendeten Messwerte enthalten insbesondere Messwerte, die gegenüber dem Zeitpunkt der Messung des aktuellen zweiten Messwertes um eine Zeit zurückliegen, die beispielsweise einem Drittel, der Hälfte oder einem Ganzen der Zeit entspricht, um die der zeitliche Verlauf des ersten Messwertes gegenüber dem zeitlichen Verlauf des zweiten Messwertes verzögert ist. Es ist insbesondere vorgesehen, dass zur Gewinnung des Rekalibrierungsfaktors erste Messwerte verwendet werden, die um eine Zeit zurückliegen, die mindestens der Zeit einer Umdrehung des Suszeptors entspricht. Diese Zeiten liegen typischerweise oberhalb von 4 Sekunden oder oberhalb von 12 Sekunden. In einer bevorzugten Variante enthält der Rekalibrierungsfaktor einen Quotienten aus dem ersten Wert, insbesondere dem oben erörterten Mittelwert und einem zweiten Wert, wobei der zweite Wert aus zeitlich zurückliegenden zweiten Messwerten gebildet wird. Der zweite Wert kann ebenso wie der erste Wert ein Mittelwert aus einer Mehrzahl in einem Zeitintervall gemessenen ersten Messwerten sein. Das Zeitintervall beträgt auch hier bevorzugt zumindest die Umdrehungszeit des Suszeptors oder eine Verzögerungszeit, um die sich die beiden Messwerte zeitlich verzögert ändern und insbesondere nach einer Temperaturänderung zeitverzögert einen stationären Zustand einnehmen, oder mindestens 10 Sekunden. Zur Bildung des Mittelwertes können unmittelbar die ersten Temperaturwerte oder die zweiten Temperaturwerte verwendet werden. Es ist aber auch vorgesehen, zuvor den zeitlichen Verlauf der Temperaturmesswerte mit einem Tiefpassfilter zu filtern. Alternativ zur Mittelwertbildung kann der erste Wert zur Erzeugung des Rekalibrierungsfaktors und/oder der zweite Wert zur Erzeugung des Rekalibrierungsfaktors auch jeweils über einen tiefpassgefilterten zeitlichen Temperaturverlauf gewonnen werden. Die Grenzfrequenz des hierbei verwendeten, insbesondere digitalen Tiefpassfilters kann hierbei der oben genannten Zeit, also beispielsweise der Umlaufzeit des Suszeptors oder 10 Sekunden oder mehr entsprechen. Die Grenzfrequenz des Tiefpasspassfilters kann darüber hinaus auch die reziproke Zeit sein, um die die Zeitpunkte auseinanderliegen, an denen nach einer Temperaturänderung die beiden Messwerte wieder einen stationären Zustand erreichen. Die Grenzfrequenz beträgt insbesondere maximal 0,1 Hz. Zur Regelung wird also nicht die außerhalb des Substrates am Suszeptor gemessene zweite Temperatur verwendet, sondern eine Mischtemperatur die aus einem Produkt eines ersten Mittelwertes und dem zweiten Messwert berechnet wird. Zur Bildung des ersten Mittelwertes wird eine Vielzahl von ersten Messwerten innerhalb eines Integrationsintervalls von mindestens 10 Sekunden aufintegriert. Der erste Mittelwert bildet somit einen zeitlichen Mittelwert der ersten Temperatur für eine gewisse zurückliegende Zeit. Bevorzugt berechnet sich der Rekalibrierungsfaktor wie folgt: R c = M 1 M 2

Figure DE102018125531A1_0001
First and foremost, it is proposed that a recalibration factor be used to determine an actual value regulated against a target value, in particular an actual temperature. The recalibration factor is obtained from at least several first measured values, which can be obtained in a time interval of at least 10 seconds in the past. The current second measured value is multiplied by the recalibration factor. In a first variant, the recalibration factor is formed from an average of first measured values measured in a time interval. The time interval can contain measured values that are measured at a time that is one time behind the current second measured value. The time course of the substrate temperature, that is to say the first measured value, can be delayed in relation to the time course of the susceptor temperature, that is to say the second measured value. The time delay is of the order of 10 to 30 seconds. The time delay is due to various factors, for example the inertia of the system, the different heat flow paths, the signal processing times and a rotation of the susceptor about an axis of rotation. Typically, the susceptor rotates at 5 rpm. The used to form the mean Measured values in particular contain measured values that are a time behind the time of the measurement of the current second measured value, which corresponds, for example, to one third, half or a whole of the time by which the time course of the first measured value is delayed compared to the time course of the second measured value is. In particular, it is provided that the first measurement values are used to obtain the recalibration factor, which lie back by a time that corresponds at least to the time of one revolution of the susceptor. These times are typically above 4 seconds or above 12 seconds. In a preferred variant, the recalibration factor contains a quotient from the first value, in particular the mean value discussed above, and a second value, the second value being formed from second measurement values in the past. Like the first value, the second value can be an average of a plurality of first measured values measured in a time interval. Here, too, the time interval is preferably at least the rotation time of the susceptor or a delay time by which the two measured values change with a time delay and in particular assume a steady state after a temperature change, or at least 10 seconds. The first temperature values or the second temperature values can be used directly to form the mean value. However, it is also provided to filter the temporal course of the temperature measured values with a low-pass filter beforehand. As an alternative to averaging, the first value for generating the recalibration factor and / or the second value for generating the recalibration factor can also be obtained in each case via a low-pass filtered temperature profile over time. The cut-off frequency of the digital low-pass filter used here, in particular, can correspond to the time mentioned above, that is to say, for example, the round trip time of the susceptor or 10 seconds or more. The cut-off frequency of the low-pass filter can also be the reciprocal time by which the times are apart at which the two measured values again reach a steady state after a temperature change. The limit frequency is in particular a maximum of 0.1 Hz. The second temperature measured outside the substrate at the susceptor is therefore not used for the control, but rather a mixed temperature which is calculated from a product of a first mean value and the second measured value. To form the first average, a large number of first measured values are integrated within an integration interval of at least 10 seconds. The first average thus forms an average over time of the first temperature for a certain past time. The recalibration factor is preferably calculated as follows: R c = M 1 M 2nd
Figure DE102018125531A1_0001

Dabei hängt der erste Wert M1 bevorzugt ausschließlich von ersten in einem zurückliegenden Zeitintervall gemessenen Werten, also insbesondere von den Substrattemperaturen ab. Bevorzugt hängt der zweite Wert M2 ausschließlich von in einem zurückliegenden Zeitintervall gemessenen zweiten Werten, also bevorzugt den Suszeptortemperaturen oder Substrathaltertemperaturen ab. In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass das Zeitintervall bzw. als reziproke Zeit die Grenzfrequenz eines Tiefpassfilters länger als 10 Sekunden andauert, es kann beispielsweise mindestens 15 Sekunden, mindestens 20 Sekunden, mindestens 40 Sekunden, mindestens 60 Sekunden, mindestens 80 Sekunden, mindestens 100 Sekunden oder mindestens 120 Sekunden lang sein. Je länger das Zeitintervall ist, desto träger reagiert die Regelung auf Änderungen der mit der ersten Temperaturmesseinrichtung gelieferten Messwerte. Es ist vorgesehen, dass in etwa jeder Sekunde ein Messwert gewonnen wird. Es ist ferner vorgesehen, dass jeder Mittelwert aus zumindest zehn Messwerten, bevorzugt mindestens 20 oder mehr als 30 Messwerten gebildet wird.The first value depends M 1 preferably exclusively from first values measured in a previous time interval, that is to say in particular from the substrate temperatures. The second value preferably depends M 2 exclusively from second values measured in a previous time interval, that is to say preferably from the susceptor temperatures or substrate holder temperatures. In a further development of the method according to the invention, it can be provided that the time interval or as the reciprocal time the cut-off frequency of a low-pass filter lasts longer than 10 seconds, for example at least 15 seconds, at least 20 seconds, at least 40 seconds, at least 60 seconds, at least 80 seconds , be at least 100 seconds or at least 120 seconds long. The longer the time interval, the slower the control reacts to changes in the measured values supplied with the first temperature measuring device. It is envisaged that a measured value is obtained approximately every second. It is further provided that each mean value is formed from at least ten measured values, preferably at least 20 or more than 30 measured values.

Bei dem verwendeten CVD-Reaktor kann es sich um einen CVD-Reaktor handeln, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der CVD-Reaktor besitzt ein gasdichtes, evakuierbares Gehäuse, in dem sich eine Prozesskammer befindet. Der Boden der Prozesskammer wird von einem Suszeptor ausgebildet. Bei dem Suszeptor kann es sich um eine gegebenenfalls beschichtete Graphitscheibe handeln, die von unten mit einer Heizeinrichtung, beispielsweise einer RF- oder IR-Heizeinrichtung beheizbar ist. Auf der zur Prozesskammer weisenden Breitseitenfläche des Suszeptors können ein oder mehrere Substrate angeordnet sein. Zwischen den Substraten können Abdeckplatten vorgesehen sein, die die Suszeptoroberfläche abdecken. Die ein oder mehreren Substrate können auf Substrathaltern angeordnet sein, die in Taschen des Suszeptors einliegen. Der Suszeptor kann um seine Figurenachse gedreht werden. Die Substrathalter liegen drehbar in den Taschen ein und können auf einem Gaspolster aufliegen, das die Substrathalter in eine Drehung um ihre Achse versetzen kann. Der Prozesskammerdecke kann ein Gaseinlassorgan zugeordnet sein. Es kann sich um ein im Zentrum der Prozesskammer angeordnetes zentrales Gaseinlassorgan handeln. Es ist aber auch vorgesehen, dass das Gaseinlassorgan von einem Showerhead ausgebildet ist, der sich im Wesentlichen über die gesamte Breitseitenfläche des Suszeptor erstreckt und eine Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen aufweist. Durch das Gaseinlassorgan werden gasförmige Ausgangsstoffe zusammen mit einem Trägergas in die Prozesskammer eingeleitet, wo sich die Ausgangsstoffe, bei denen es sich um Hydride von Elementen der V. Hauptgruppe und metallorganischen Verbindungen der III. Hauptgruppe handeln, zerlegen. Das Temperaturprofil innerhalb der Prozesskammer beeinflusst das Schichtwachstum von Zerlegungsprodukten der gasförmigen Ausgangsstoffe, beispielweise GaN oder AlN. Bei den Substraten kann es sich um Saphirsubstrate oder Siliciumsubstrate handeln. Oberhalb der Prozesskammerdecke befinden sich zwei Pyrometer, von denen eines an einer ersten Messstelle auf einem Substrat den ersten Messwert und ein zweites Pyrometer an einer zweiten Messstelle außerhalb des Substrates, beispielsweise auf der Suszeptoroberfläche oder auf dem Boden einer Tasche in der ein Substrathalter gelagert ist, einen zweiten Messwert liefern. Gemäß einer Variante der Erfindung ist der erste Wert ein Mittelwert M1 , der wie folgt berechnet wird, M 1 = 1 τ t τ t T 1 d t

Figure DE102018125531A1_0002
wobei τ ein Zeitintervall angibt, das zwischen 10 Sekunden und 120 Sekunden liegen kann oder auch länger andauern kann. Mit T1 ist der Messwert der ersten Temperatur bezeichnet, der beispielsweise in Sekundenabständen gemessen wird. In einer Variante der Erfindung ist der zweite Wert ein Mittelwert M2 , der wie folgt gebildet wird: M 2 = 1 τ t τ t T 2 d t
Figure DE102018125531A1_0003
wobei τ auch hier eine Zeit von größer 10 Sekunden ist, die insbesondere im Bereich zwischen 15 Sekunden und 120 Sekunden liegen kann. Mit T2 ist ein Messwert der zweiten Temperatur bezeichnet der in Sekundenabständen gewonnen werden kann.The CVD reactor used can be a CVD reactor as is known from the prior art. The CVD reactor has a gas-tight, evacuable housing in which a process chamber is located. The bottom of the process chamber is formed by a susceptor. The susceptor can be an optionally coated graphite disc, which can be heated from below with a heating device, for example an RF or IR heating device. One or more substrates can be arranged on the broad side surface of the susceptor facing the process chamber. Cover plates can be provided between the substrates, which cover the susceptor surface. The one or more substrates can be arranged on substrate holders which lie in pockets of the susceptor. The susceptor can be rotated around its figure axis. The substrate holders lie rotatably in the pockets and can rest on a gas cushion, which can set the substrate holder in rotation about its axis. A gas inlet element can be assigned to the process chamber ceiling. It can be a central gas inlet element arranged in the center of the process chamber. However, it is also provided that the gas inlet element is formed by a showerhead, which extends essentially over the entire broad side surface of the susceptor and has a large number of gas outlet openings. Through the gas inlet element, gaseous starting materials are together with a carrier gas is introduced into the process chamber, where the starting materials, which are hydrides of elements of the 5th main group and organometallic compounds of the III . Main group act, disassemble. The temperature profile within the process chamber influences the layer growth of decomposition products of the gaseous starting materials, for example GaN or AlN. The substrates can be sapphire or silicon substrates. Above the process chamber ceiling there are two pyrometers, one of which has the first measured value at a first measuring point on a substrate and a second pyrometer at a second measuring point outside the substrate, for example on the susceptor surface or on the bottom of a pocket in which a substrate holder is stored, deliver a second reading. According to a variant of the invention, the first value is an average M 1 which is calculated as follows M 1 = 1 τ t - τ t T 1 d t
Figure DE102018125531A1_0002
where τ indicates a time interval that can be between 10 seconds and 120 seconds or can last longer. With T 1 denotes the measured value of the first temperature, which is measured, for example, at intervals of seconds. In a variant of the invention, the second value is an average M 2 , which is formed as follows: M 2nd = 1 τ t - τ t T 2nd d t
Figure DE102018125531A1_0003
where τ is also a time of more than 10 seconds, which can be in particular in the range between 15 seconds and 120 seconds. With T 2 is a measured value of the second temperature that can be obtained in intervals of seconds.

Zur Mittelwertbildung der Mittelwerte M1 , M2 können nicht nur die Temperaturmesswerte T1 , T2 verwendet werden. Es ist auch vorgesehen, zunächst aus den gemessenen Temperaturen T1 , T2 tiefpassgefilterte Temperaturen T1' und/oder T2' zu bilden, um aus diesen dynamisch gefilterten Temperaturen T1', T2' Mittelwerte zu bilden.For averaging the averages M 1 , M 2 can't just measure the temperature T 1 , T 2 be used. It is also provided, initially from the measured temperatures T 1 , T 2 low pass filtered temperatures T 1 ' and or T 2 ' form to get out of these dynamically filtered temperatures T 1 ' , T 2 ' To form averages.

Gemäß der ersten Variante wird aus dem ersten Mittelwert M1 ein Rekalibrierungsfaktor Rc und daraus und einem zweiten Messwert T2 wie folgt T R ( t ) = R c T 2 ( t )

Figure DE102018125531A1_0004
ein Ist-Wert einer Temperatur berechnet, welcher Ist-Wert die Temperatur ist, die eine Regeleinrichtung gegen einen Soll-Wert regelt.According to the first variant, the first mean value becomes M 1 a recalibration factor Rc and from it and a second reading T 2 as follows T R ( t ) = R c T 2nd ( t )
Figure DE102018125531A1_0004
an actual value of a temperature is calculated, which actual value is the temperature that a control device controls against a target value.

Gemäß einer zweiten, bevorzugten Variante der Erfindung wird die Ist-Temperatur wie folgt berechnet T R ( t ) = 1 M 2 M 1 T 2 ( t )

Figure DE102018125531A1_0005
Bei den Werten M1 und M2 handelt es sich gewissermaßen um geglättete, in der Vergangenheit zurückliegende erste und zweite Temperaturen. Je kleiner das Zeitintervall ist, innerhalb dessen die Glättung stattfindet, desto mehr verhält sich die Temperatur TR im kurzfristigem Regime wie die Substrattemperatur T1 , je größer die Zeit ist desto mehr verhält sich TR wie die Suszeptortemperatur T2 ; Mittelfristig konvergiert sie immer gegen die Substrattemperatur T1 .According to a second, preferred variant of the invention, the actual temperature is calculated as follows T R ( t ) = 1 M 2nd M 1 T 2nd ( t )
Figure DE102018125531A1_0005
With the values M 1 and M 2 they are, to a certain extent, smoothed past and first temperatures in the past. The smaller the time interval within which the smoothing takes place, the more the temperature behaves T R in the short-term regime like the substrate temperature T 1 , the longer the time, the more it behaves T R like the susceptor temperature T 2 ; In the medium term, it always converges to the substrate temperature T 1 .

FigurenlisteFigure list

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigt:

  • 1 einen Querschnitt durch einen CVD-Reaktor,
  • 2 eine Darstellung gemäß 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
  • 3 eine Darstellung gemäß 1 eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
  • 4a schematisch den Temperaturverlauf T1 der Substrattemperatur bei einer Verminderung der Heizleistung,
  • 4b schematisch den Verlauf der Suszeptortemperatur bzw. Substrathaltertemperatur nach dem Absenken der Heizleistung,
  • 4c den zeitlichen Verlauf der unter Verwendung eines Rekalibrierungsfaktors gebildeten Ist-Wert, der zur Temperaturregelung verwendet wird und
  • 4d schematisch den zeitlichen Verlauf des Rekalibrierungsfaktors, der beim Ausführungsbeispiel ein Quotient aus einem ersten Mittelwert von in einem Zeitintervall gemessenen Substrattemperaturen und einem zweiten Mittelwert aus in einem Zeitintervall gemessenen Suszeptor- oder Substrathaltertemperaturen ist.
An embodiment of the invention is explained below with reference to the accompanying drawings. It shows:
  • 1 a cross section through a CVD reactor,
  • 2nd a representation according to 1 a second embodiment of the invention,
  • 3rd a representation according to 1 a third embodiment of the invention,
  • 4a schematically the temperature curve T 1 the substrate temperature when the heating power is reduced,
  • 4b schematically the course of the susceptor temperature or substrate holder temperature after the heating power has been reduced,
  • 4c the time profile of the actual value formed using a recalibration factor, which is used for temperature control, and
  • 4d schematically the time course of the recalibration factor, which in the exemplary embodiment is a quotient of a first mean value of substrate temperatures measured in a time interval and a second mean value of susceptor or substrate holder temperatures measured in a time interval.

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

Der in den 1 bis 3 dargestellte CVD-Reaktor 1 besteht aus einem gasdichten, insbesondere aus Edelstahl gefertigten Gehäuse, in dem sich ein um eine Drehachse 16 drehangetriebener Suszeptor 6 aus Graphit oder beschichtetem Graphit befindet. Unterhalb des Suszeptors 6 befindet sich eine Heizeinrichtung 5, mit der der Suszeptor 6 beheizt werden kann.The one in the 1 to 3rd CVD reactor shown 1 consists of a gas-tight housing, in particular made of stainless steel, in which there is an axis of rotation 16 rotary driven susceptor 6 made of graphite or coated graphite. Below the susceptor 6 there is a heater 5 with which the susceptor 6 can be heated.

Auf der Oberseite des Suszeptors 6 befinden sich Taschen 13, in denen jeweils Substrathalter 7 angeordnet sind. Die Substrathalter 7 können auf einem Gaskissen ruhen und um Drehachsen 16 angetrieben werden. Jeder Substrathalter 7 trägt zumindest ein zu beschichtendes Substrat 8. Der Suszeptor 6 hat eine Kreisscheibenform. Die Substrathalter 7 sind ringförmig um die Drehachse 16 angeordnet. On the top of the susceptor 6 there are pockets 13 , in each of which substrate holder 7 are arranged. The substrate holder 7 can rest on a gas cushion and around axes of rotation 16 are driven. Any substrate holder 7 carries at least one substrate to be coated 8th . The susceptor 6 has a circular disc shape. The substrate holder 7 are ring-shaped around the axis of rotation 16 arranged.

Beim Ausführungsbeispiel besitzt der CVD-Reaktor ein zentrales Gaseinlassorgan 12, durch welches die eingangs genannten Prozessgase in die Prozesskammer einströmen können, die nach unten durch den Suszeptor 6 und nach oben durch eine Prozesskammerdecke 9 begrenzt ist.In the exemplary embodiment, the CVD reactor has a central gas inlet element 12th , through which the process gases mentioned in the beginning can flow into the process chamber, down through the susceptor 6 and up through a process chamber ceiling 9 is limited.

Die Prozesskammerdecke 9 besitzt Öffnungen 10, 11. Oberhalb der Öffnungen 10, 11 befinden sich zwei Temperaturmesseinrichtungen 2, 3, bei denen es sich um Pyrometer handeln kann, die Messsignale liefern, die einer Regeleinrichtung 4 zugeleitet werden. Die Regeleinrichtung 4 verwendet die von den Temperaturmesseinrichtungen 2, 3 gewonnenen ersten und zweiten Temperaturmesswerte, um die Heizeinrichtung 5 zu regeln.The process chamber ceiling 9 has openings 10th , 11 . Above the openings 10th , 11 there are two temperature measuring devices 2nd , 3rd , which can be pyrometers that supply measurement signals to a control device 4th be forwarded. The control device 4th uses that from the temperature measuring devices 2nd , 3rd obtained first and second temperature readings to the heater 5 to regulate.

Die erste Temperaturmesseinrichtung 2 misst entlang eines ersten optischen Weges 14 durch die Öffnung 11 hindurch an einer ersten Messstelle 17 eine Oberflächentemperatur des Substrates 8. Die zweite Temperaturmesseinrichtung 3 misst entlang eines zweiten optischen Weges 15 durch die Öffnung 10 hindurch an einer zweiten Messstelle 18 eine Temperatur des Suszeptors 6. Die zweite Temperaturmesseinrichtung 3 misst entlang eines zweiten optischen Weges 15 durch die Öffnung 10 hindurch an einer zweiten Messstelle 18 eine Temperatur, die bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel und bei dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die Temperatur des Suszeptors 6 und bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Temperatur des Substrathalters 7 ist.The first temperature measuring device 2nd measures along a first optical path 14 through the opening 11 through at a first measuring point 17th a surface temperature of the substrate 8th . The second temperature measuring device 3rd measures along a second optical path 15 through the opening 10th through at a second measuring point 18th a temperature of the susceptor 6 . The second temperature measuring device 3rd measures along a second optical path 15 through the opening 10th through at a second measuring point 18th a temperature at which in the 1 illustrated embodiment and in which in the 3rd illustrated embodiment, the temperature of the susceptor 6 and the one in the 2nd illustrated embodiment, the temperature of the substrate holder 7 is.

Bei dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die zweite Messstelle 18 am Boden einer Tasche 13, so dass der optische Weg 15 durch einen Ringspalt zwischen Substrathalter 7 und die Taschenwand hindurchläuft.The one in the 1 illustrated embodiment is the second measuring point 18th on the bottom of a bag 13 so the optical path 15 through an annular gap between the substrate holder 7 and the pocket wall runs through.

Bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel läuft der optische Weg 15 durch das auf dem Substrathalter 7 aufliegenden Substrat 8 hindurch. Die Temperaturmesseinrichtung 3 ist ein IR-Pyrometer. Das Substrat 8 ist für infrarotes Licht transparent, so dass mit dem IR-Pyrometer die Oberflächentemperatur des Substrathalters 7 bestimmt werden kann. Alternativ dazu kann die Messstelle 18 aber auch neben dem Substrat 8 auf der Oberseite des Substrathalters 7 liegen.The one in the 2nd illustrated embodiment runs the optical path 15 through that on the substrate holder 7 overlying substrate 8th through it. The temperature measuring device 3rd is an IR pyrometer. The substrate 8th is transparent to infrared light, so that with the IR pyrometer the surface temperature of the substrate holder 7 can be determined. Alternatively, the measuring point 18th but also next to the substrate 8th on the top of the substrate holder 7 lie.

Bei dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird mit der zweiten Temperaturmesseinrichtung 3 die Oberflächentemperatur des Suszeptors 6 gemessen. Die Messstelle 18 liegt hier unmittelbar neben dem Substrathalter. Die Messstelle 18 kann sowohl radial innerhalb als auch radial außerhalb des Substrathalters 7 liegen. Sie kann aber auch an einem Ort der Suszeptoroberfläche liegen, der zwischen zwei benachbarten Substrathaltern 7 angeordnet ist. Es ist ferner vorgesehen, dass die Messstelle 18 zur Messung der Suszeptortemperatur auch auf der Unterseite des Suszeptors 6 angeordnet sein kann. Zur Messung der Suszeptortemperatur können Pyrometer oder Thermoelemente oder dergleichen verwendet werden.The one in the 3rd Embodiment shown is with the second temperature measuring device 3rd the surface temperature of the susceptor 6 measured. The measuring point 18th is right next to the substrate holder. The measuring point 18th can be both radially inside and radially outside of the substrate holder 7 lie. However, it can also be located at a location on the susceptor surface that is between two adjacent substrate holders 7 is arranged. It is also provided that the measuring point 18th for measuring the susceptor temperature also on the underside of the susceptor 6 can be arranged. Pyrometers or thermocouples or the like can be used to measure the susceptor temperature.

Bei der zweiten Temperaturmesseinrichtung 2 kann es sich um ein UV-Pyrometer handeln, mit dem die Oberflächentemperatur des Substrates 8 gemessen wird.In the second temperature measuring device 2nd it can be a UV pyrometer, with which the surface temperature of the substrate 8th is measured.

Auf dem Suszeptor 6 können auch Abdeckplatten aufliegen. Die zweite Messstelle kann auch auf einer der Abdeckplatten angeordnet sein.On the susceptor 6 can also cover plates. The second measuring point can also be arranged on one of the cover plates.

Die Regeleinrichtung 4 ist derart ausgebildet, dass sie innerhalb von vorgegebenen Zeitintervallen, die mindestens 10 Sekunden, betragen erste Temperaturmesswerte T1 mathematisch miteinander verknüpft, um einen algebraischen Mittelwert M1 der ersten Temperatur T1 über das Intervall zu bilden. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung derart eingerichtet ist, dass sie aus einer Vielzahl von Messwerten der zweiten Temperatur T2 über ein Intervall, das mindestens 10 Sekunden lang ist, einen zweiten algebraischen Mittelwert M2 der zweiten Temperatur T2 bildet.The control device 4th is designed in such a way that, within predetermined time intervals, which are at least 10 seconds, the first temperature measured values T 1 mathematically linked to an algebraic mean M 1 the first temperature T 1 to form over the interval. It can also be provided that the control device is set up in such a way that it comprises a plurality of measured values of the second temperature T 2 a second algebraic mean over an interval of at least 10 seconds M 2 the second temperature T 2 forms.

Die Regeleinrichtung 4 ist ferner so eingerichtet, dass sie aus dem ersten Mittelwert M1 und dem aktuell gemessenen zweiten Messwert T2 der zweiten Temperatur an der zweiten Messstelle 18 einen Ist-Wert TR bildet, der zur Regelung der Heizeinrichtung 5 verwendet wird, wobei die modifizierte Ist-Temperatur TR zumindest aus einem Produkt des ersten Mittelwertes M1 und des aktuellen zweiten Messwertes T2 besteht.The control device 4th is also set up to be from the first mean M 1 and the currently measured second measured value T 2 the second temperature at the second measuring point 18th an actual value T R forms the regulation of the heating device 5 is used, the modified actual temperature T R at least from a product of the first mean M 1 and the current second measured value T 2 consists.

In einer Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der modifizierte Ist-Wert TR nicht nur das Produkt aus erstem Mittelwert M1 und dem aktuellen zweiten Messwert T2 besteht, sondern zusätzlich noch durch einen zweiten Mittelwert M2 der zweiten Temperatur dividiert worden ist.In a variant of the invention it can be provided that the modified actual value T R not just the product of the first mean M 1 and the current second measured value T 2 exists, but also by a second mean M 2 the second temperature has been divided.

Zur Bestimmung eines Mittelwertes werden bevorzugt mindestens zehn Messwerte entweder der ersten Temperatur T1 oder der zweiten Temperatur T2 verwendet.To determine an average, at least ten measured values of either the first temperature are preferred T 1 or the second temperature T 2 used.

Die 4a zeigt die Reaktion der Temperatur T1 des Substrates 8, wenn die Heizleistung zur Verminderung der Temperatur zum Zeitpunkt t1 vermindert wird. Während einer Abkühlzeit von ca. 20 bis 30 Sekunden erreicht die Substrattemperatur T1 zu einem Zeitpunkt t3 ihr Minimum um anschließend nach einem durch die Regelung bedingten Überschwinger einen geringeren Wert einzunehmen. The 4a shows the reaction of temperature T 1 of the substrate 8th when the heat output to reduce the temperature at the time t 1 is reduced. The substrate temperature reaches during a cooling time of approx. 20 to 30 seconds T 1 at a time t 3 their minimum to then take a lower value after an overshoot caused by the regulation.

Die 4b zeigt den zeitlichen Verlauf der Temperatur T2 des Suszeptors 6 oder des Substrathalters 7 nach einer Verminderung der Sollwert-Temperatur. Die Temperatur T2 erreicht zu einem früheren Zeitpunkt, nämlich zum Zeitpunkt t2 ihr Minimum, um anschließend nach einem vom Regelalgorithmus bedingten Überschwinger einen im Wesentlichen konstanten Wert einzunehmen. Aus den 4a und 4b ist ersichtlich, dass das Minimum der Substrattemperatur T1 zu einer späteren Zeit t3 erreicht wird, als das Minimum der Suszeptortemperatur T2 , welches bereits bei einer Zeit t2 erreicht wird. Die zeitliche Differenz der beiden Zeiten t2 und t3 liegt im Bereich von 10 bis 20 Sekunden.The 4b shows the temperature over time T 2 of the susceptor 6 or the substrate holder 7 after a decrease in the setpoint temperature. The temperature T 2 reached earlier, namely at the time t 2 their minimum in order to then assume a substantially constant value after an overshoot caused by the control algorithm. From the 4a and 4b it can be seen that the minimum of the substrate temperature T 1 at a later time t 3 is reached as the minimum of the susceptor temperature T 2 which is already at a time t 2 is achieved. The time difference between the two times t 2 and t 3 is in the range of 10 to 20 seconds.

Die 4a und 4b zeigen, dass die Temperatur T1 geringfügig zeitlich verzögert nach dem Vermindern der Heizleistung zum Zeitpunkt t1 gegenüber der Temperatur T2 absinkt. Lässt man in der Betrachtung den zeitlich nach der Zeit t3 beobachteten Überschwinger außer Betracht, so ist ersichtlich, dass das System eine generische Zeit in Form der Zeitdifferenz t3 minus t2 besitzt, also der Zeit, innerhalb der nach einer Temperaturveränderung die beiden Temperaturen T1 , T2 wieder ihre stationären Zustände erreichen.The 4a and 4b show that the temperature T 1 slightly delayed after the heating output has decreased at the time t 1 versus temperature T 2 sinks. If you look at the time after time t 3 observed overshoot, it can be seen that the system has a generic time in the form of the time difference t 3 minus t 2 possesses, i.e. the time within which the two temperatures after a temperature change T 1 , T 2 return to their steady state.

Die 4d zeigt einen mit der aktuellen Temperatur T2 des Suszeptors zu multiplizierenden Rekalibrierungsfaktor Rc, der die Trägheit des Verlaufs der Substrattemperatur T1 berücksichtigt. Beim Ausführungsbeispiel wird der Rekalibrierungsfaktor Rc durch den Quotienten zweier Mittelwerte gebildet, wobei im Zähler der Mittelwert der ersten Temperaturen T1 und im Nenner der Mittelwert der zweiten Temperaturen T2 steht.The 4d shows one with the current temperature T 2 the recalibration factor to be multiplied by the susceptor Rc , which is the inertia of the history of the substrate temperature T 1 considered. In the exemplary embodiment, the recalibration factor Rc is formed by the quotient of two mean values, the mean of the first temperatures in the counter T 1 and the mean of the second temperatures in the denominator T 2 stands.

Die 4c zeigt die so berechnete, zur Regelung verwendete Ist-Temperatur TR , die wie folgt berechnet wird: T R ( t ) = 1 M 2 M 1 T 2 ( t )

Figure DE102018125531A1_0006
Die Integrationszeiten zur Bildung der Mittelwerte M1 , M2 beträgt hier zumindest die Zeit, die der Suszeptor für einen Umlauf um seine Drehachse benötigt. Anstelle der Mittelwerte M1 , M2 können aber auch tiefpassgefilterte Temperaturverläufe verwendet werden. Die Grenzfrequenz des dabei verwendeten, insbesondere digitalen Tiefpassfilters ist maximal der Kehrwert der Umlaufzeit des Suszeptors.The 4c shows the calculated actual temperature used for control T R , which is calculated as follows: T R ( t ) = 1 M 2nd M 1 T 2nd ( t )
Figure DE102018125531A1_0006
The integration times for averaging M 1 , M 2 is at least the time that the susceptor needs for one revolution around its axis of rotation. Instead of averages M 1 , M 2 low-pass filtered temperature profiles can also be used. The limit frequency of the, in particular digital, low-pass filter used here is at most the reciprocal of the round trip time of the susceptor.

Die Integrationszeit zur Bildung der Mittelwerte M1 , M2 kann aber auch zumindest die Zeitdifferenz t3 minus t2 sein. Bei der Verwendung eines Tiefpassfilters ist die maximale Grenzfrequenz gleich dem Kehrwert dieser Zeitdifferenz, wobei die Zeitdifferenz die Zeit ist, um die die erste Temperatur T1 der zweiten Temperatur T2 nachläuft.The integration time for forming the mean values M 1 , M 2 but can also at least the time difference t 3 minus t 2 be. When using a low-pass filter, the maximum cut-off frequency is equal to the reciprocal of this time difference, the time difference being the time by which the first temperature T 1 the second temperature T 2 runs after.

In Abhängigkeit von der Ausführung des CVD-Reaktors reagiert die Temperatur an den Messstellen T1 bzw. T2 zeitlich unterschiedlich auf eine Änderung der zugeführten Heizleistung. Dies führt zu eine Über- bzw. Unterschätzung des Rekalibrierungsfaktors in dynamischen Situationen. Mittels geeigneter Filterung der Signale T1 und T2 lässt sich die zeitliche Antwort der gefilterten Größen T1' und T2' auf eine Heizleistungsänderung ausgleichen. Eine geeignete Filterung kann hierbei ein Tiefpassfilter sein. In einigen Ausführungsvarianten des Rekalibrierungs-Verfahrens genügt die Kombination der Temperatursignale T1 und T2' bzw. T1' und T2 um den Rekalibrierungsfaktor in ausreichender Qualität zu gewinnen.Depending on the design of the CVD reactor, the temperature at the measuring points reacts T 1 respectively. T 2 different in time for a change in the heating power supplied. This leads to an overestimation or underestimation of the recalibration factor in dynamic situations. By means of suitable filtering of the signals T 1 and T 2 the temporal response of the filtered quantities can be T 1 ' and T 2 ' compensate for a change in heating output. A suitable filtering can be a low pass filter. In some embodiment variants of the recalibration method, the combination of the temperature signals is sufficient T 1 and T 2 ' respectively. T 1 ' and T 2 in order to obtain the recalibration factor in sufficient quality.

Es ist somit auch vorgesehen, dass eine wie oben beschrieben durchgeführte Mittelwertbildung nicht mit den unmittelbar gemessenen Temperaturen, sondern mit zuvor gefilterten Temperaturen durchgeführt wird.It is therefore also provided that averaging, as described above, is not carried out with the directly measured temperatures, but with previously filtered temperatures.

Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:The above statements serve to explain the inventions covered by the application as a whole, which also independently further develop the prior art at least through the following combinations of features, it being possible for two, more or all of these combinations of features to also be combined, namely:

Ein Verfahren zur Temperaturregelung in einem CVD-Reaktor 1, bei dem mit einer ersten Temperaturmesseinrichtung 2 an einer ersten Messstelle 17 auf einem Substrat 8 erste Messwerte T1 einer Temperatur und mit einer zweiten Temperaturmesseinrichtung 3 an einer zweiten Messstelle 18 außerhalb oder unterhalb des Substrates 8 zweite Messwerte T2 einer Temperatur gemessen werden, wobei zur Bestimmung eines gegen einen Soll-Wert geregelten Ist-Wertes TR zumindest aus zeitlich zurückliegenden ersten Messwerten T1 ein Rekalibrierungsfaktor Rc gewonnen wird, der mit dem aktuellen zweiten Messwert T2 multipliziert wird.A process for temperature control in a CVD reactor 1 , in which with a first temperature measuring device 2nd at a first measuring point 17th on a substrate 8th first measured values T 1 a temperature and with a second temperature measuring device 3rd at a second measuring point 18th outside or below the substrate 8th second readings T 2 a temperature can be measured, with the determination of an actual value regulated against a target value T R at least from the first measured values in the past T 1 a recalibration factor Rc is obtained with the current second measured value T 2 is multiplied.

Ein CVD-Reaktor 1 mit einer ersten Temperaturmesseinrichtung 2, die so eingerichtet ist, dass sie an einer ersten Messstelle 17, die auf einem Substrat 8 angeordnet ist, erste Messwerte T1 einer Temperatur liefert und mit einer zweiten Temperaturmesseinrichtung 3, die so eingerichtet ist, dass sie an einer zweiten Messstelle 18 außerhalb oder unterhalb des Substrates 8 gemessene zweite Messwerte T2 einer Temperatur liefert, mit einer Regeleinrichtung 4 zur Temperaturregelung, wobei die Regeleinrichtung 4 so eingerichtet ist, dass zur Bestimmung eines gegen einen Soll-Wert geregelten Ist-Wertes TR zumindest aus zeitlich zurückliegenden ersten Messwerten T1 ein Rekalibrierungsfaktor Rc gewonnen wird, der mit dem aktuellen zweiten Messwert T2 multipliziert wird.A CVD reactor 1 with a first temperature measuring device 2nd , which is set up so that it is at a first measuring point 17th that on a substrate 8th is arranged, first measured values T 1 supplies a temperature and with a second temperature measuring device 3rd , which is set up so that it is at a second measuring point 18th outside or below the substrate 8th measured second measured values T 2 supplies a temperature with a control device 4th for temperature control, the control device 4th is set up in such a way that for determining an actual value regulated against a target value T R at least from the first measured values in the past T 1 a recalibration factor Rc is obtained with the current second measured value T 2 is multiplied.

Ein Verfahren oder ein CVD-Reaktor 1, welches oder welcher, dadurch gekennzeichnet ist, dass der Rekalibrierungsfaktor Rc ein Quotient eines aus zeitlich zurückliegenden ersten Messwerten T1 gebildeten ersten Wertes M1 und eines aus zurückliegenden zweiten Messwerten T2 gebildeten zweiten Wertes M2 ist.A process or a CVD reactor 1 which or which is characterized in that the recalibration factor Rc a quotient of a first measured value from the past T 1 formed first value M 1 and one from previous second measured values T 2 formed second value M 2 is.

Ein Verfahren oder ein CVD-Reaktor 1, welches oder welcher, dadurch gekennzeichnet ist, dass eine charakteristische Zeit, um die der mindestens eine erste Messwert T1 oder mindestens eine zweite Messwert T2 gegenüber dem Zeitpunkt der Bestimmung des Ist-Wertes zurückliegt, die Zeit einer Umdrehung des Suszeptors um seine Drehachse ist oder eine Zeitdifferenz t3 minus t2 , um die sich der erste Messwert T1 zeitverzögert gegenüber dem zweiten Messwert T2 ändert und insbesondere nach einer Heizleistungsänderung wieder einen stationären Zustand einnimmt oder mindestens 10 Sekunden, mindestens 15 Sekunden, mindestens 20 Sekunden, mindestens 40 Sekunden, mindestens 60 Sekunden, mindestens 80 Sekunden, mindestens 100 Sekunden oder mindestens 120 Sekunden beträgt.A process or a CVD reactor 1 , which or which, is characterized in that a characteristic time around which the at least one first measured value T 1 or at least a second reading T 2 compared to the time of the determination of the actual value, the time of a rotation of the susceptor about its axis of rotation or a time difference t 3 minus t 2 around which the first measured value is concerned T 1 delayed compared to the second measured value T 2 changes and in particular returns to a steady state after a change in heating output or is at least 10 seconds, at least 15 seconds, at least 20 seconds, at least 40 seconds, at least 60 seconds, at least 80 seconds, at least 100 seconds or at least 120 seconds.

Ein Verfahren oder ein CVD-Reaktor 1, welches oder welcher, dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mittelwerte M1 , M2 über die charakteristische Zeit gebildet werden.A process or a CVD reactor 1 , which or which, is characterized in that the mean values M 1 , M 2 be formed over the characteristic time.

Ein Verfahren oder ein CVD-Reaktor 1, welches oder welcher, dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Bestimmung des Ist-Wertes TR mit einem tiefpassgefilterte erste Messwerte T1 und/oder zweite Messwerte T2 verwendet werden, wobei die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters die reziproke charakteristische Zeit ist.A process or a CVD reactor 1 , which or which is characterized in that for determining the actual value T R with a low-pass filtered first measurement T 1 and / or second measured values T 2 are used, the cut-off frequency of the low-pass filter being the reciprocal characteristic time.

Ein Verfahren oder ein CVD-Reaktor 1, welches oder welcher, dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mittelwerte M1 , M2 aus tiefpassgefilterten ersten bzw. zweiten Messwerten T1 , T2 gebildet sind.A process or a CVD reactor 1 , which or which, is characterized in that the mean values M 1 , M 2 from low-pass filtered first and second measured values T 1 , T 2 are formed.

Ein Verfahren oder ein CVD-Reaktor 1, welches oder welcher, dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Bildung des Rekalibrierungsfaktors Rc ein zeitlich rückversetzter Mittelwert M2 der zweiten Temperatur T2 verwendet wird und insbesondere zusätzlich ein zeitlich rückversetzter Mittelwert M1 der ersten Temperatur T1 verwendet wird.A process or a CVD reactor 1 , which or which, characterized in that to form the recalibration factor Rc a time-shifted mean M 2 the second temperature T 2 is used, and in particular an additional time-shifted mean M 1 the first temperature T 1 is used.

Ein Verfahren oder ein CVD-Reaktor 1, welches oder welcher, dadurch gekennzeichnet ist, dass der CVD-Reaktor 1 einen von seiner Unterseite mit einer Heizeinrichtung 5 beheizbaren Suszeptor aufweist, wobei die zweite Messstelle 18 einer Oberseite des Suszeptors 6, einer Unterseite des Suszeptors 6, dem Boden einer Tasche 13 im Suszeptor 6, in der ein Substrathalter 7 drehbar angeordnet ist, der zumindest ein Substrat 8 trägt, ein Punkt auf der Oberseite des Substrathalters 7 neben dem Substrat 8 oder einem unterhalb des Substrates 8 liegenden Ort auf dem Substrathalter 7 zugeordnet ist.A process or a CVD reactor 1 , which or which, characterized in that the CVD reactor 1 one from its bottom with a heater 5 Heated susceptor, the second measuring point 18th a top of the susceptor 6 , an underside of the susceptor 6 , the bottom of a bag 13 in the susceptor 6 in which a substrate holder 7 is rotatably arranged, the at least one substrate 8th carries a dot on the top of the substrate holder 7 next to the substrate 8th or one below the substrate 8th lying place on the substrate holder 7 assigned.

Ein Verfahren oder ein CVD-Reaktor 1, welches oder welcher, dadurch gekennzeichnet ist, dass die ersten und zweiten Temperaturmesseinrichtungen 2, 3 Pyrometer sind, deren optische Wege 14, 15 durch Öffnungen 10, 11 einer Prozesskammerdecke 9 hindurchtreten und/oder dass die erste Messeinrichtung 2 zur Messung des ersten Messwertes T1 , der einer Substrattemperatur entspricht, ein UV-Pyrometer ist und dass die zweite Temperaturmesseinrichtung 3, die einen Messwert der Temperatur des Substrathalters 7 oder des Suszeptors 6 liefert, ein IR-Pyrometer ist und/oder dass zur Messung der zweiten Temperatur T2 ein Thermoelement insbesondere an der Unterseite des Suszeptor 6 verwendet wird.A process or a CVD reactor 1 , which or which, characterized in that the first and second temperature measuring devices 2nd , 3rd Pyrometers are their optical paths 14 , 15 through openings 10th , 11 a process chamber ceiling 9 pass through and / or that the first measuring device 2nd for measuring the first measured value T 1 , which corresponds to a substrate temperature, is a UV pyrometer and that the second temperature measuring device 3rd which is a measurement of the temperature of the substrate holder 7 or the susceptor 6 delivers, is an IR pyrometer and / or that for measuring the second temperature T 2 a thermocouple in particular on the underside of the susceptor 6 is used.

BezugszeichenlisteReference list

11
CVD-ReaktorCVD reactor
22nd
TemperaturmesseinrichtungTemperature measuring device
33rd
TemperaturmesseinrichtungTemperature measuring device
44th
RegeleinrichtungControl device
55
HeizeinrichtungHeating device
66
SuszeptorSusceptor
77
SubstrathalterSubstrate holder
88th
SubstratSubstrate
99
ProzesskammerdeckeProcess chamber ceiling
1010th
Öffnungopening
1111
Öffnungopening
1212th
GaseinlassorganGas inlet member
1313
Taschebag
1414
optischer Wegoptical path
1515
optischer Wegoptical path
1616
DrehachseAxis of rotation
1717th
erste Messstellefirst measuring point
1818th
zweite Messstelle second measuring point
M1 M 1
erster Mittelwertfirst mean
M2 M 2
zweiter Mittelwertsecond mean
T1 T 1
erster Messwertfirst reading
T2 T 2
zweiter Messwertsecond reading
T1'T 1 '
tiefpassgefilterte Temperaturlow pass filtered temperature
T2'T 2 '
tiefpassgefilterte Temperaturlow pass filtered temperature
t1 t 1
Zeitpunkttime
t2 t 2
Zeitpunkttime
t3 t 3
Zeitpunkttime
TR T R
Temperatur-Ist-WertActual temperature value
RcRc
RekalibrierungsfaktorRecalibration factor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (11)

Verfahren zur Temperaturregelung in einem CVD-Reaktor (1), bei dem mit einer ersten Temperaturmesseinrichtung (2) an einer ersten Messstelle (17) auf einem Substrat (8) erste Messwerte (T1) einer Temperatur und mit einer zweiten Temperaturmesseinrichtung (3) an einer zweiten Messstelle (18) außerhalb oder unterhalb des Substrates (8) zweite Messwerte (T2) einer Temperatur gemessen werden, wobei zur Bestimmung eines gegen einen Soll-Wert geregelten Ist-Wertes (TR) zumindest aus zeitlich zurückliegenden ersten Messwerten (T1) ein Rekalibrierungsfaktor (Rc) gewonnen wird, der mit dem aktuellen zweiten Messwert (T2) multipliziert wird.Method for temperature control in a CVD reactor (1), in which first measurement values (T 1 ) of a temperature are measured with a first temperature measurement device (2) at a first measurement point (17) on a substrate (8) and with a second temperature measurement device (3) At a second measuring point (18) outside or below the substrate (8), second measured values (T 2 ) of a temperature are measured, with an actual value (T R ) regulated against a target value being determined, at least from first measured values dating back in time ( T 1 ) a recalibration factor (Rc) is obtained, which is multiplied by the current second measured value (T 2 ). CVD-Reaktor (1) mit einer ersten Temperaturmesseinrichtung (2), die so eingerichtet ist, dass sie an einer ersten Messstelle (17), die auf einem Substrat (8) angeordnet ist, erste Messwerte (T1) einer Temperatur liefert und mit einer zweiten Temperaturmesseinrichtung (3), die so eingerichtet ist, dass sie an einer zweiten Messstelle (18) außerhalb oder unterhalb des Substrates (8) gemessene zweite Messwerte (T2) einer Temperatur liefert, mit einer Regeleinrichtung (4) zur Temperaturregelung, wobei die Regeleinrichtung (4) so eingerichtet ist, dass zur Bestimmung eines gegen einen Soll-Wert geregelten Ist-Wertes (TR) zumindest aus zeitlich zurückliegenden ersten Messwerten (T1) ein Rekalibrierungsfaktor (Rc) gewonnen wird, der mit dem aktuellen zweiten Messwert (T2) multipliziert wird.CVD reactor (1) with a first temperature measuring device (2), which is set up in such a way that it supplies first measured values (T 1 ) of a temperature at a first measuring point (17), which is arranged on a substrate (8), and with a second temperature measuring device (3), which is set up in such a way that it delivers second measured values (T 2 ) of a temperature measured at a second measuring point (18) outside or below the substrate (8), with a control device (4) for temperature control, wherein the control device (4) is set up in such a way that for determining an actual value (T R ) regulated against a target value, a recalibration factor (Rc) is obtained at least from previous first measured values (T 1 ), which is based on the current second measured value (T 2 ) is multiplied. Verfahren nach Anspruch 1 oder CVD-Reaktor (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rekalibrierungsfaktor (Rc) ein Quotient eines aus zeitlich zurückliegenden ersten Messwerten (T1) gebildeten ersten Wertes (M1) und eines aus zurückliegenden zweiten Messwerten (T2) gebildeten zweiten Wertes (M2) ist.Procedure according to Claim 1 or CVD reactor (1) Claim 2 Characterized in that the Rekalibrierungsfaktor (Rc) is a quotient of a formed from temporally previous first measurement values (T 1) the first value (M 1) and one from the past second measured values (T 2) the second value is formed (M 2). Verfahren oder CVD-Reaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine charakteristische Zeit, um die der mindestens eine erste Messwert (T1) oder mindestens eine zweite Messwert (T2) gegenüber dem Zeitpunkt der Bestimmung des Ist-Wertes zurückliegt, die Zeit einer Umdrehung des Suszeptors um seine Drehachse ist oder eine Zeitdifferenz (t3) minus (t2), um die sich der erste Messwert (T1) zeitverzögert gegenüber dem zweiten Messwert (T2) ändert und insbesondere nach einer Heizleistungsänderung wieder einen stationären Zustand einnimmt oder mindestens 10 Sekunden, mindestens 15 Sekunden, mindestens 20 Sekunden, mindestens 40 Sekunden, mindestens 60 Sekunden, mindestens 80 Sekunden, mindestens 100 Sekunden oder mindestens 120 Sekunden beträgt.Method or CVD reactor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a characteristic time by which the at least one first measured value (T 1 ) or at least one second measured value (T 2 ) compared to the time of the determination of the actual Value, the time of one revolution of the susceptor around its axis of rotation or a time difference (t 3 ) minus (t 2 ) by which the first measured value (T 1 ) changes with a time delay compared to the second measured value (T 2 ) and in particular after one Change in heating power returns to a steady state or is at least 10 seconds, at least 15 seconds, at least 20 seconds, at least 40 seconds, at least 60 seconds, at least 80 seconds, at least 100 seconds or at least 120 seconds. Verfahren oder CVD-Reaktor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelwerte (M1, M2) über die charakteristische Zeit gebildet werden.Method or CVD reactor (1) according to Claim 4 , characterized in that the mean values (M 1 , M 2 ) are formed over the characteristic time. Verfahren oder CVD-Reaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Ist-Wertes (TR) mit einem tiefpassgefilterte erste Messwerte (T1) und/oder zweite Messwerte (T2) verwendet werden, wobei die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters die reziproke charakteristische Zeit ist.Method or CVD reactor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that first measured values (T 1 ) and / or second measured values (T 2 ) are used to determine the actual value (T R ) with a low-pass filter, wherein the cut-off frequency of the low-pass filter is the reciprocal characteristic time. Verfahren oder CVD-Reaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelwerte (M1, M2) aus tiefpassgefilterten ersten bzw. zweiten Messwerten (T1, T2) gebildet sind.Method or CVD reactor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the mean values (M 1 , M 2 ) are formed from low-pass filtered first and second measured values (T 1 , T 2 ). Verfahren oder CVD-Reaktor (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des Rekalibrierungsfaktors (Rc) ein zeitlich rückversetzter Mittelwert (M2) der zweiten Temperatur (T2) verwendet wird und insbesondere zusätzlich ein zeitlich rückversetzter Mittelwert (M1) der ersten Temperatur (T1) verwendet wird.Method or CVD reactor (1) according to one of the Claims 4 to 7 , characterized in that a time-shifted mean value (M 2 ) of the second temperature (T 2 ) is used to form the recalibration factor (Rc) and in particular an additional time-shifted mean value (M 1 ) of the first temperature (T 1 ) is used. Verfahren oder CVD-Reaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der CVD-Reaktor (1) einen von seiner Unterseite mit einer Heizeinrichtung (5) beheizbaren Suszeptor aufweist, wobei die zweite Messstelle (18) einer Oberseite des Suszeptors (6), einer Unterseite des Suszeptors (6), dem Boden einer Tasche (13) im Suszeptor (6), in der ein Substrathalter (7) drehbar angeordnet ist, der zumindest ein Substrat (8) trägt, ein Punkt auf der Oberseite des Substrathalters (7) neben dem Substrat (8) oder einem unterhalb des Substrates (8) liegenden Ort auf dem Substrathalter (7) zugeordnet ist.Method or CVD reactor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the CVD reactor (1) has a susceptor which can be heated from its underside with a heating device (5), the second measuring point (18) being an upper side of the susceptor (6), an underside of the susceptor (6), the bottom of a pocket (13) in the susceptor (6), in which a substrate holder (7) is rotatably arranged, which carries at least one substrate (8), a point on the top the substrate holder (7) next to the substrate (8) or a location below the substrate (8) on the substrate holder (7). Verfahren oder CVD-Reaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Temperaturmesseinrichtungen (2, 3) Pyrometer sind, deren optische Wege (14, 15) durch Öffnungen (10, 11) einer Prozesskammerdecke (9) hindurchtreten und/oder dass die erste Messeinrichtung (2) zur Messung des ersten Messwertes (T1), der einer Substrattemperatur entspricht, ein UV-Pyrometer ist und dass die zweite Temperaturmesseinrichtung (3), die einen Messwert der Temperatur des Substrathalters (7) oder des Suszeptors (6) liefert, ein IR-Pyrometer ist und/oder dass zur Messung der zweiten Temperatur (T2) ein Thermoelement insbesondere an der Unterseite des Suszeptor (6) verwendet wird.Method or CVD reactor (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first and second temperature measuring devices (2, 3) are pyrometers whose optical paths (14, 15) through openings (10, 11) of a process chamber ceiling (9 ) and / or that the first measuring device (2) for measuring the first measured value (T 1 ), which corresponds to a substrate temperature, is a UV pyrometer and that the second temperature measuring device (3), which measures the temperature of the substrate holder (7 ) or the susceptor (6), is an IR pyrometer and / or that a thermocouple is used in particular on the underside of the susceptor (6) to measure the second temperature (T 2 ). CVD-Reaktor (1) oder Verfahren zur Temperaturregelung in einem CVD-Reaktor (1), gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.CVD reactor (1) or method for temperature control in a CVD reactor (1), characterized by one or more of the characterizing features of one of the preceding claims.
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