Vorrichtung und Verfahren zur Regelung der Temperatur in einem CVD- Reaktor

Gebiet der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturregelung in einem CVD-Reaktor und einen CVD-Reaktor, bei dem mit einer ersten Temper atur- messeinrichtung an einer ersten Messstelle eine Substrattemperatur und an ei- ner zweiten Messstelle die Temperatur eines Suszeptors oder eines Substrathal- ters gemessen wird. Der CVD-Reaktor besitzt eine Regeleinrichtung zur Rege- lung der Substrattemperatur.

Stand der Technik

[0002] 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 Bl vorbekannt.

[0003] Die Bildung von Soll-Werten aus verschiedenen Temperaturen wird auch in der DE 10 2015 100 640 Al beschrieben. [0004] 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 Suszep- tortemperatur gemessen. Die Messung erfolgt üblicherweise mit zwei vonei- nander verschiedenen Temperaturmesseinrichtungen, wobei diese Tempera- turmesseinrichtungen Pyrometer sein können. Die Temperaturmesseinrichtun- gen 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 Mess- wert 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 Reflexionseigen- schaften des Substrates technisch schwer auszuwerten, aufzubereiten oder 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 Reaktio- nen stattfinden. Beispielsweise wird in einem erfindungsgemäßen CVD- Reaktor eine aus mehreren Komponenten bestehende Halbleiterschicht abge- schieden. 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, sondern anderweitig zu ermitteln sind.

[0005] 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 Tempera- tur-Ist-Wert erzeugen kann, der weitestgehend der Substrattemperatur ent- spricht und der zur Regelung einer Heizeinrichtung verwendet werden kann, mit dem der Suszeptor und das vom Suszeptor getragene Substrat beheizt wird. Zusammenfassung der Erfindung

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Ver- fahren zur Erzeugung einer Ist-Temperatur weiter zu verbessern und einen hierzu verwendbaren CVD-Reaktor anzugeben.

[0007] Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Er- findung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der in den nebengeordneten Ansprüchen angegebenen Lösung sind, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen.

[0008] Zunächst und im Wesentlichen wird vorgeschlagen, dass zur Bestim- mung eines gegen einen Soll-Wert geregelten Ist-Wertes, insbesondere einer Ist- Temperatur ein Rekalibrierungsfaktor verwendet wird. Der Rekalibrierungsfak- tor 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 gemes- sen werden, die um einen Zeitversatz gegenüber dem aktuellen zweiten Mess- wert 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 Verzö- gerung ist auf verschiedene Faktoren zurückzuführen, beispielsweise auf die Trägheit des Systems, die unterschiedlichen Wärmefluss wege, die Signalverar- beitungszeiten und auf eine Drehung des Suszeptors um eine Drehachse. Typi- scherweise dreht sich der Suszeptor mit 5 U/ min. Die zur Bildung des Mittel- wertes verwendeten Messwerte enthalten insbesondere Messwerte, die gegen- über dem Zeitpunkt der Messung des aktuellen zweiten Messwertes um eine Zeit zurückliegen, die beispielsweise einem Drittel, der Hälfte oder einem Gan- zen der Zeit entspricht, um die der zeitliche Verlauf des ersten Messwertes ge- genüber 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 typi- scherweise 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 Mess- werten sein. Das Zeitintervall beträgt auch hier bevorzugt zumindest die Um drehungszeit des Suszeptors oder eine Verzögerungszeit, um die sich die bei- den Messwerte zeitlich verzögert ändern und insbesondere nach einer Tempe- raturänderung zeitverzögert einen stationären Zustand einnehmen, oder min- destens 10 Sekunden. Zur Bildung des Mittelwertes können unmittelbar die ersten Temperaturwerte oder die zweiten Temper aturwerte verwendet werden. Es ist aber auch vorgesehen, zuvor den zeitlichen Verlauf der Temperatur- messwerte 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 Temperatur verlauf gewonnen werden. Die Grenz- frequenz des hierbei verwendeten, insbesondere digitalen Tiefpassfilters kann hierbei der oben genannten Zeit, also beispielsweise der Umlaufzeit des Sus- zeptors oder 10 Sekunden oder mehr entsprechen. Die Grenzfrequenz des Tief- passpassfilters kann darüber hinaus auch die reziproke Zeit sein, um die die Zeitpunkte auseinanderliegen, an denen nach einer Temper aturänderung die beiden Messwerte wieder einen stationären Zustand erreichen. Die Grenzfre- quenz beträgt insbesondere maximal 0,1 Hz. Zur Regelung wird also nicht die außerhalb des Substrates am Suszeptor gemessene zweite Temperatur verwen- det, sondern eine Mischtemperatur die aus einem Produkt eines ersten Mittel- wertes und dem zweiten Messwert berechnet wird. Zur Bildung des ersten Mit- tel wertes kann eine Vielzahl von ersten Messwerten innerhalb eines Integrati- onsintervalls von mindestens 10 Sekunden aufintegriert werden. Der erste Mit- telwert bildet somit einen zeitlichen Mittelwert der ersten Temperatur für eine gewisse zurückliegende Zeit. Bevorzugt berechnet sich der Rekalibrierungsfak- tor wie folgt:

Dabei hängt der erste Wert Mi bevorzugt ausschließlich von ersten in einem zurückliegenden Zeitintervall gemessenen Werten, also insbesondere von den Substrattemperaturen ab. Bevorzugt hängt der zweite Wert M ₂ 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 Tiefpass- filters 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 mindes- tens 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 Mess- wert gewonnen wird. Es ist ferner vorgesehen, dass jeder Mittelwert aus zu- mindest zehn Messwerten, bevorzugt mindestens 20 oder mehr als 30 Messwer- ten gebildet wird. [0009] 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 Pro- zesskammer befindet. Der Boden oder die Decke der Prozesskammer kann von einem Suszeptor ausgebildet sein. Bei dem Suszeptor kann es sich um eine ge- gebenenfalls beschichtete Graphitscheibe handeln, die von unten oder oben mit einer Heizeinrichtung, beispielsweise einer RF- oder IR-Heizeinrichtung be- heizbar ist. Auf der zur Prozesskammer weisenden Breitseitenfläche des Sus- zeptors 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 ange- ordnet sein, die in Taschen des Suszeptor s einliegen oder direkt auf der Ober- fläche des Suszeptors angeordnet sein. Der Suszeptor kann um seine Figu- renachse gedreht werden. Er kann aber auch ortsfest zum Gehäuse verbleiben. Die Substrathalter können drehbar in Taschen liegen ein und können auf einem Gaspolster aufliegen, das die Substrathalter in eine Drehung um ihre Achse versetzen kann. Der Prozesskammerdecke oder dem Prozesskammerboden 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 Ga- seinlassorgan werden gasförmige Ausgangsstoffe zusammen mit einem Trä- gergas 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 Zerle- gungsprodukten der gasförmigen Ausgangsstoffe, beispielweise GaN oder A1N. Bei den Substraten kann es sich um III-V-Substrate, Saphirsubstrate oder Siliciumsubstrate handeln. Es sind zumindest zwei Temperaturmesseinrichtun- gen vorgesehen, um die Temperatur an unterschiedlichen Stellen zu messen.

An einer ersten Messstelle kann auf einem Substrat ein erster Messwert gemes- sen werden. An einer zweiten Stelle kann außerhalb des Substrates ein zweiter Messwert gemessen werden. Der zweite Messwert kann auf derselben Seite des Suszeptors gemessen werden, auf der auch der erste Messwert gemessen wird.

Es ist aber auch vorgesehen, dass der zweite Messwert auf der Seite des Suszep- tors gemessen wird, die dem Substrat gegenüber liegt. Die beiden Messstellen können somit auf voneinander verschiedenen Seiten des Suszeptors angeordnet sein. Bei einer Variante der Erfindung können sich oberhalb der Prozessdecke zwei Pyrometer befinden, 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 Mi, der wie folgt berechnet wird,

wobei t ein Zeitintervall angibt, das zwischen 10 Sekunden und 120 Sekunden liegen kann oder auch länger andauern kann. Mit Ti ist der Messwert der ersten Temperatur bezeichnet, der beispielsweise in Sekundenabständen gemessen wird. In einer Variante der Erfindung ist der zweite Wert ein Mittelwert M ₂ , der wie folgt gebildet wird: wobei t auch hier eine Zeit von größer 10 Sekunden ist, die insbesondere im Bereich zwischen 15 Sekunden und 120 Sekunden liegen kann. Mit T ₂ ist ein Messwert der zweiten Temperatur bezeichnet der in Sekundenabständen ge- wonnen werden kann. [0010] Zur Mittelwertbildung der Mittelwerte Mi, M ₂ können nicht nur die

Temperaturmesswerte Ti, T ₂ verwendet werden. Es ist auch vorgesehen, zu- nächst aus den gemessenen Temperaturen Ti, T ₂ tiefpassgefilterte Temperatu- ren TT und/ oder T ₂ ' zu bilden, um aus diesen dynamisch gefilterten Tempera- turen TT, TT Mittelwerte zu bilden. [0011] Gemäß der ersten Variante wird aus dem ersten Mittelwert Mi ein Re- kalibrierungsfaktor Rc und daraus und einem zweiten Messwert T ₂ wie folgt

T _R (t) = Rc * T i t) ein Ist-Wert einer Temperatur berechnet, welcher Ist-Wert die Temperatur ist, die eine Regeleinrichtung gegen einen Soll- Wert regelt. [0012] Gemäß einer zweiten, bevorzugten Variante der Erfindung wird die Ist-

Temperatur wie folgt berechnet

Bei den Werten Mi und M ₂ 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 Ti, je größer die Zeit ist desto mehr verhält sich TR wie die Suszeptortemperatur T ₂ ; Mittelfristig konvergiert sie immer gegen die Substrattemperatur Ti. Zur Mes- sung der Temperaturen können auch anderweitige Temperaturmesseinrichtun- gen, beispielsweise Spektrometer verwendet werden. Es ist insbesondere vor- gesehen, dass die ersten Messwerte durch die sogenannte Bandkantenthermo- metrie (BET) ermittelt werden. Es ist insbesondere von Vorteil, die Bandkanten- thermometrie zu verwenden, wenn die Substrattemperatur kleiner als 700 Grad Celsius ist, da UV-Pyrometer bei Temperaturen unterhalb von 700 Grad Celsius ein stark ansteigendes Signal-Rausch- Verhältnis aufweisen. Bei der Bandkan- tenthermometrie wird das Substrat am Messpunkt mit Licht beaufschlagt, wo bei das Licht bevorzugt zumindest Bereichsweise ein Bereich des Spektrum aufweist, beispielsweise weißes Licht ist. Mit einem Spektrometer wird das vom Substrat emittierte Licht vermessen. Es wird insbesondere dessen Frequenz be- stimmt und hieraus eine Temperatur berechnet. Das Verfahren ist insofern von Vorteil, da es die Messwerte nicht von der Intensität des Lichtes, mit dem das Substrat beaufschlagt wird bzw. die das Substrat emittiert, abhängen. Ein An- stieg der Temperatur bewirkt eine höhere Bewegung der Gitter atome in der Schicht, was zu einer Veränderung der Bandlücke des Halbleiters führt. Die Wellenlänge des vom Substrat bzw. der darauf abgeschiedenen Schicht emit- tiert wird, vergrößert sich mit ansteigender Temperatur, sodass eine mit einem Spektrometer gemessene Peak-Wellenlänge als Maß für eine Substrattempera- tur verwendet werden kann. Bei der Peak-Wellenlänge handelt es sich um die Wellenlänge, an der das Spektrum einen Scheitelpunkt zeigt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0013] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen CVD-Reaktor, Fig. 2 eine Darstellung gemäß Figur 1 eines zweiten Ausführungsbei- spiels der Erfindung,

Fig. 3 eine Darstellung gemäß Figur 1 eines dritten Ausführungsbei- spiels der Erfindung, Fig. 4a schematisch den Temperaturverlauf Ti der Substrattemperatur bei einer Verminderung der Heizleistung,

Fig. 4b schematisch den Verlauf der Suszeptortemperatur bzw. Sub- strathaltertemperatur nach dem Absenken der Heizleistung,

Fig. 4c den zeitlichen Verlauf der unter Verwendung eines Rekalibrie- rungsfaktors gebildeten Ist-Wert, der zur Temperaturregelung verwendet wird und

Fig. 4d schematisch den zeitlichen Verlauf des Rekalibrierungsfaktors, der beim Ausführungsbeispiel ein Quotient aus einem ersten Mittelwert von in einem Zeitintervall gemessenen Substrattem- peraturen und einem zweiten Mittelwert aus in einem Zeitin- tervall gemessenen Suszeptor- oder Substrathaltertemperaturen ist.

Beschreibung der Ausführungsformen

[0014] Der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte CVD-Reaktor 1 besteht aus ei- nem gasdichten, insbesondere aus Edelstahl gefertigten Gehäuse, in dem sich ein um eine Drehachse 16 drehangetriebener Suszeptor 6 aus Graphit oder be- schichtetem Graphit befindet. Unterhalb des Suszeptors 6 befindet sich eine Heizeinrichtung 5, mit der der Suszeptor 6 beheizt werden kann. [0015] 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 Substrathal- ter 7 trägt zumindest ein zu beschichtendes Substrat 8. Der Suszeptor 6 hat eine Kreisscheibenform. Die Substrathalter 7 sind ringförmig um die Drehachse 16 angeordnet.

[0016] Beim Ausführungsbeispiel besitzt der CVD-Reaktor ein zentrales Gas- einlassorgan 12, durch welches die eingangs genannten Prozessgase in die Pro- zesskammer einströmen können, die nach unten durch den Suszeptor 6 und nach oben durch eine Prozesskammerdecke 9 begrenzt ist.

[0017] Die Prozesskammerdecke 9 besitzt Öffnungen 10, 11. Oberhalb der Öff- nungen 10, 11 befinden sich zwei Temperaturmesseinrichtungen 2, 3, bei denen es sich um Pyrometer handeln kann, die Messsignale liefern, die einer Regelein- richtung 4 zugeleitet werden. Die Regeleinrichtung 4 verwendet die von den Temperaturmesseinrichtungen 2, 3 gewonnenen ersten und zweiten Tempera- turmess werte, um die Heizeinrichtung 5 zu regeln.

[0018] Die erste Temperaturmesseinrichtung 2 misst entlang eines ersten opti- schen Weges 14 durch die Öffnung 11 hindurch an einer ersten Messstelle 17 eine Oberflächentemperatur des Substrates 8. Die zweite Temperaturmessein- richtung 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 Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel und bei dem in der Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel die Temperatur des Suszeptors 6 und bei dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die Temperatur des Substrathalters 7 ist.

[0019] Bei dem in der Figur 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 hin- durchläuft.

[0020] Bei dem in der Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel läuft der opti- sche Weg 15 durch das auf dem Substrathalter 7 aufliegenden Substrat 8 hin- durch. Die Temperaturmesseinrichtung 3 ist ein IR-Pyrometer. Das Substrat 8 ist für infrarotes Licht transparent, so dass mit dem IR-Pyrometer die Oberflä- chentemperatur 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.

[0021] Bei dem in der Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird mit der zweiten Temperaturmesseinrichtung 3 die Oberflächentemperatur des Suszep- tors 6 gemessen. Die Messstelle 18 liegt hier unmittelbar neben dem Substrat- halter. Die Messstelle 18 kann sowohl radial innerhalb als auch radial außerhalb des Substrathalters 7 liegen. Sie kann aber auch an einem Ort der Suszeptor- oberfläche liegen, der zwischen zwei benachbarten Substrathaltern 7 angeord- net ist. Es ist ferner vorgesehen, dass die Messstelle 18 zur Messung der Suszep- tortemperatur auch auf der Unterseite des Suszeptors 6 angeordnet sein kann. Zur Messung der Suszeptortemperatur können Pyrometer oder Thermoelemen- te oder dergleichen verwendet werden. [0022] Bei der zweiten Temperaturmesseinrichtung 2 kann es sich um ein UV- Pyrometer handeln, mit dem die Oberflächentemperatur des Substrates 8 ge- messen wird.

[0023] Auf dem Suszeptor 6 können auch Abdeckplatten aufliegen. Die zweite Messstelle kann auch auf einer der Abdeckplatten angeordnet sein.

[0024] Die Regeleinrichtung 4 ist derart ausgebildet, dass sie innerhalb von vorgegebenen Zeitintervallen, die mindestens 10 Sekunden, betragen erste Temperaturmesswerte Ti mathematisch miteinander verknüpft, um einen al- gebraischen Mittelwert Mi der ersten Temperatur Ti über das Intervall zu bil- den. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung derart einge- richtet ist, dass sie aus einer Vielzahl von Messwerten der zweiten Temperatur T ₂ über ein Intervall, das mindestens 10 Sekunden lang ist, einen zweiten algeb- raischen Mittelwert M ₂ der zweiten Temperatur T ₂ bildet.

[0025] Die Regeleinrichtung 4 ist ferner so eingerichtet, dass sie aus dem ers- ten Mittelwert Mi und dem aktuell gemessenen zweiten Messwert T ₂ der zwei- ten 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 Mi und des aktuellen zweiten Messwertes T ₂ besteht. [0026] In einer Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der modifi- zierte Ist-Wert TR nicht nur das Produkt aus erstem Mittelwert Mi und dem ak- tuellen zweiten Messwert T ₂ besteht, sondern zusätzlich noch durch einen zweiten Mittelwert M ₂ der zweiten Temperatur dividiert worden ist. [0027] Zur Bestimmung eines Mittelwertes werden bevorzugt mindestens zehn Messwerte entweder der ersten Temperatur Ti oder der zweiten Tempera- tur T ₂ verwendet.

[0028] Die Figur 4a zeigt die Reaktion der Temperatur Ti des Substrates 8, wenn die Heizleistung zur Verminderung der Temperatur zum Zeitpunkt ti vermindert wird. Während einer Abkühlzeit von ca. 20 bis 30 Sekunden er- reicht die Substrattemperatur Ti zu einem Zeitpunkt h ihr Minimum um an- schließend nach einem durch die Regelung bedingten Überschwinger einen geringeren Wert einzunehmen. [0029] Die Figur 4b zeigt den zeitlichen Verlauf der Temperatur T ₂ des Suszep- tors 6 oder des Substrathalters 7 nach einer Verminderung der Sollwert-Tempe- ratur. Die Temperatur T ₂ erreicht zu einem früheren Zeitpunkt, nämlich zum Zeitpunkt t ₂ ihr Minimum, um anschließend nach einem vom Regelalgorithmus bedingten Über schwinger einen im Wesentlichen konstanten Wert einzuneh- men. Aus den Figuren 4a und 4b ist ersichtlich, dass das Minimum der Sub- strattemperatur Ti zu einer späteren Zeit h erreicht wird, als das Minimum der Suszeptortemperatur T ₂ , welches bereits bei einer Zeit t ₂ erreicht wird. Die zeit- liche Differenz der beiden Zeiten t ₂ und h liegt im Bereich von 10 bis 20 Sekun- den. [0030] Die Figuren 4a und 4b zeigen, dass die Temperatur Ti geringfügig zeit- lich verzögert nach dem Vermindern der Heizleistung zum Zeitpunkt ti gegen- über der Temperatur T ₂ absinkt. Lässt man in der Betrachtung den zeitlich nach der Zeit h beobachteten Überschwinger außer Betracht, so ist ersichtlich, dass das System eine generische Zeit in Form der Zeitdifferenz h minus t ₂ besitzt, also der Zeit, innerhalb der nach einer Temperaturveränderung die beiden Temperaturen Ti, T ₂ wieder ihre stationären Zustände erreichen. [0031] Die Figur 4d zeigt einen mit der aktuellen Temperatur T ₂ des Suszep- tors zu multiplizierenden Rekalibrierungsfaktor Rc, der die Trägheit des Ver- laufs der Substrattemperatur Ti berücksichtigt. Beim Ausführungsbeispiel wird der Rekalibrierungsfaktor Rc durch den Quotienten zweier Mittelwerte gebil- det, wobei im Zähler der Mittelwert der ersten Temperaturen Ti und im Nenner der Mittelwert der zweiten Temperaturen T ₂ steht.

[0032] Die Figur 4c zeigt die so berechnete, zur Regelung verwendete Ist- Temperatur T _R , die wie folgt berechnet wird: Die Integrationszeiten zur Bildung der Mittelwerte Mi, M ₂ beträgt hier zumin- dest die Zeit, die der Suszeptor für einen Umlauf um seine Drehachse benötigt. Anstelle der Mittelwerte Mi, M ₂ können aber auch tiefpassgefilterte Tempera- turverläufe verwendet werden. Die Grenzfrequenz des dabei verwendeten, ins- besondere digitalen Tiefpassfilters ist maximal der Kehrwert der Umlaufzeit des Suszeptors.

[0033] Die Integrationszeit zur Bildung der Mittelwerte Mi, M ₂ kann aber auch zumindest die Zeitdifferenz fr minus t ₂ sein. Bei der Verwendung eines Tief- passfilters ist die maximale Grenzfrequenz gleich dem Kehrwert dieser Zeitdif- ferenz, wobei die Zeitdifferenz die Zeit ist, um die die erste Temperatur Ti der zweiten Temperatur T ₂ nachläuft.

[0034] In Abhängigkeit von der Ausführung des CVD-Reaktors reagiert die Temperatur an den Messstellen Ti bzw. T ₂ zeitlich unterschiedlich auf eine Än- derung der zugeführten Heizleistung. Dies führt zu eine Über- bzw. Unter- schätzung des Rekalibrierungsfaktors in dynamischen Situationen. Mittels ge- eigneter Filterung der Signale Ti und T ₂ lässt sich die zeitliche Antwort der ge- filterten Größen Ti' und T ₂ ' auf eine Heizleistungsänderung ausgleichen. Eine geeignete Filterung kann hierbei ein Tiefpassfilter sein. In einigen Ausfüh- rungs _V arianten des Rekalibrierungs- Verfahrens genügt die Kombination der Temperatur signale Ti und T ₂ ' bzw. TT und T ₂ um den Rekalibrierungsfaktor in ausreichender Qualität zu gewinnen.

[0035] Es ist somit auch vorgesehen, dass eine wie oben beschrieben durchge- führte Mittelwertbildung nicht mit den unmittelbar gemessenen Temperaturen, sondern mit zuvor gefilterten Temperaturen durchgeführt wird. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Gaseinlassorgan 12 ein Schower- head sein, der sich über die gesamte Fläche des Suszeptors 6 erstreckt und auf seiner zum Suszeptor weisenden Breitseitenfläche eine Vielzahl von gleichmä- ßig verteilten Gasaustrittsdüsen aufweist, durch welche das Prozessgas in die Prozesskammer eintritt. Bei diesem Ausführungsbeispiel können die Substrate 8 unmittelbar auf der zur Prozesskammer weisenden Breitseitenflächen des Suszeptors 6 aufliegen. Mit der ersten Temperaturmesseinrichtung 2 wird an einer Messstelle 17 auf dem Substrat der erste Messwert TI ermittelt. Mit einer zweiten Temperaturmesseinrichtung 3 wird an einer Messstelle außerhalb des Substrates 8, also dort, wo der Suszeptor nicht mit dem Substrat 8 bedeckt ist, ein zweiter Messwert einer Temperatur gemessen. Die zweite Messstelle kann auf derselben Breitseitenfläche des Suszeptors 6 liegen, auf der auch das Sub- strat 8 liegt. Es ist aber auch vorgesehen, dass die zweite Messstelle auf der Rückseite des Suszeptors 6 liegt, also auf der dem Substrat 8 gegenüber liegen- den Seite des Suszeptors 6. Die zweite Temperaturmesseinrichtung 3 kann so- mit auch unterhalb des Suszeptors 6 angeordnet sein.

[0036] In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Sus- zeptor 6 oberhalb der Prozesskammer angeordnet, sodass die Substrate auf der nach unten weisenden Breitseitenfläche des Suszeptors sitzen. Das Gaseinlass- organ kann dann auf der Unterseite des Suszeptors angeordnet sein. Auch bei dieser Anordnung ist es möglich, die ersten und zweiten Messwerte auf dersel- ben Breitseitenfläche des Suszeptors 7 zu ermitteln oder die ersten und zweiten Messwerte auf verschiedenen Seiten des Suszeptors 6 zu ermitteln, wobei der erste Messwert auf dem Substrat 8 und der zweite Messwert auf der Rückseite des Suszeptors 6 ermittelt werden kann.

[0037] In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eine der Temperaturmesseinrichtungen ein Spektrometer ist, mit dem die Wel- lenlänge und insbesondere eine Peak-Wellenlänge einer Lichtemission gemes- sen werden kann. Es wird der Wert einer Frequenzspitze im Spektrum gemes- sen.

[0038] Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Temperaturmesseinrichtung an Stelle des UV-Pyrometers eingesetzt wird, mit dem der Messwert der Tem- peratur auf dem Substrat 8 bestimmt wird. Die Temperatur des Substrates kann mit Bandkantenthermometrie (BET) ermittelt werden. Dies ist insbesondere bei Temperaturen unter 700 Grad Celsius von Vorteil. Dabei wird die erste Mess- stelle auf dem Substrat mit Licht beaufschlagt, beispielsweise wird weißes Licht oder ein Licht mit einem zumindest bereichsweise kontinuierlichen Spektrum verwendet. Mit dem Spektrometer wird die Licht- Antwort des Substrates er- mittelt. Die auf dem Substrat abgeschiedene Schicht luminesziert mit einer für den Bandabstand charakterisierten Frequenz. Diese Frequenz ist temperaturab- hängig, sodass durch Bestimmen der Wellenlänge bzw. der Frequenz des von der auf dem Substrat abgeschiedenen Schicht emittierten Lichtes eine Sub- strattemperatur ermittelt werden kann. Diese ersten Messwerte TI werden in der oben beschriebenen Weise zur Regelung der Temperatur verwendet. [0039] 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:

[0040] 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 Ti einer Temperatur und mit einer zweiten Temperaturmesseinrichtung 3 an einer zweiten Messstelle 18 außerhalb oder unterhalb des Substrates 8 zweite Messwerte T ₂ einer Temperatur gemes- sen werden, wobei zur Bestimmung eines gegen einen Soll- Wert geregelten Ist- Wertes TR zumindest aus zeitlich zurückliegenden ersten Messwerten Ti ein Rekalibrierungsfaktor Rc gewonnen wird, der mit dem aktuellen zweiten Messwert T ₂ multipliziert wird.

[0041] 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 Ti 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 T ₂ 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 Ti ein Rekalibrierungsfaktor Rc gewonnen wird, der mit dem aktuellen zweiten Messwert T ₂ multipliziert wird.

[0042] 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 Ti gebildeten ersten Wertes Mi und eines aus zurückliegenden zweiten Messwerten T ₂ gebildeten zweiten Wertes M ₂ ist.

[0043] Ein Verfahren oder ein CVD-Reaktor 1, welches oder welcher, dadurch gekennzeichnet ist, dass eine charakteristische Zeit, um die der mindestens eine erste Messwert Ti oder mindestens eine zweite Messwert T ₂ gegenüber dem Zeitpunkt der Bestimmung des Ist-Wertes zurückliegt, die Zeit einer Umdre- hung des Suszeptors um seine Drehachse ist oder eine Zeitdifferenz b minus t ₂ , um die sich der erste Messwert Ti zeitverzögert gegenüber dem zweiten Mess- wert T ₂ ändert und insbesondere nach einer Heizleistungsänderung wieder ei- nen 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 mindes- tens 120 Sekunden beträgt. [0044] Ein Verfahren oder ein CVD-Reaktor 1, welches oder welcher, dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mittelwerte Mi, M ₂ über die charakteristische Zeit gebildet werden.

[0045] Ein Verfahren oder ein CVD-Reaktor 1, welches oder welcher, dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Bestimmung des Ist-Wertes TR mit einem tiefpass- gefilterte erste Messwerte Ti und/ oder zweite Messwerte T ₂ verwendet wer- den, wobei die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters die reziproke charakteristi- sche Zeit ist.

[0046] Ein Verfahren oder ein CVD-Reaktor 1, welches oder welcher, dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mittelwerte Mi, M ₂ aus tiefpassgefilterten ersten bzw. zweiten Messwerten Ti, T ₂ gebildet sind. [0047] Ein Verfahren oder ein CVD-Reaktor 1, welches oder welcher, dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Bildung des Rekalibrierungsfaktors Rc ein zeitlich rückversetzter Mittelwert M ₂ der zweiten Temperatur T ₂ verwendet wird und insbesondere zusätzlich ein zeitlich rückversetzter Mittelwert Mi der ersten Temperatur Ti verwendet wird.

[0048] 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 dreh- bar angeordnet ist, der zumindest ein Substrat 8 trägt, ein Punkt auf der Ober- seite des Substrathalters 7 neben dem Substrat 8 oder einem unterhalb des Sub- strates 8 liegenden Ort auf dem Substrathalter 7 zugeordnet ist.

[0049] 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 Messeinrich- tung 2 zur Messung des ersten Messwertes Ti, der einer Substrattemperatur entspricht, ein UV-Pyrometer ist und dass die zweite Temperaturmesseinrich- tung 3, die einen Messwert der Temperatur des Substrathalters 7 oder des Sus- zeptors 6 liefert, ein IR-Pyrometer ist und/ oder dass zur Messung der zweiten Temperatur T ₂ ein Thermoelement insbesondere an der Unterseite des Suszep- tor 6 verwendet wird. Liste der Bezugszeichen

1 CVD-Reaktor Mi erster Mittelwert

2 Temperaturmesseinrichtung M ₂ zweiter Mittelwert

3 Temperaturmesseinrichtung Ti erster Messwert

4 Regeleinrichtung T ₂ zweiter Messwert

5 Heizeinrichtung TT tiefpassgefilterte Temperatur

6 Suszeptor T ₂ ' tiefpassgefilterte Temperatur

7 Substrathalter ti Zeitpunkt

8 Substrat t ₂ Zeitpunkt

9 Prozesskammerdecke t ₃ Zeitpunkt

10 Öffnung TR Temperatur-Ist- Wert

11 Öffnung Rc Rekalibrierungsfaktor

12 Gaseinlassorgan

13 Tasche

14 optischer Weg

15 optischer Weg

16 Drehachse

17 erste Messstelle

18 zweite Messstelle