CN106169432B - 按需填充的安瓿再填充 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及按需填充的安瓿再填充，公开了使用按需填充安瓿的方法和设备。所述按需填充安瓿可以在执行其它沉积工艺的同时用前体再填充安瓿。所述按需填充可以保持所述安瓿内的前体液位在较恒定的液位。可以计算所述液位以得到最佳头部体积。所述按需填充也可以保持所述前体在接近最佳前体温度的温度的温度。所述按需填充可以在由于用所述前体填充所述安瓿引起的所述前体的搅动最小地影响所述衬底沉积的所述沉积工艺的部分期间进行。通过使用按需填充可以提高衬底生产量。

Description

按需填充的安瓿再填充
技术领域
本发明总体上涉及半导体处理领域，更具体涉及按需填充的安瓿再填充。
背景技术
某些衬底处理操作可能利用前体。前体可以容纳在安瓿中并被周期地输送到反应器。可能希望恒定的头部体积和恒定的前体温度以确保被处理的衬底的均匀性。另外，在处理衬底时，再填充引起的前体搅动可能是不可取的。再填充占用时间并会影响生产量。
发明内容
在某些实现方案中，可以详述一种用于再填充衬底处理装置的安瓿的方法。所述方法可以包括：(a)确定安瓿再填充开始条件得到满足，其中所述安瓿再填充开始条件包括确定所述衬底处理装置处于或将要进入用所述前体再填充所述安瓿引起的前体的搅动会对所述衬底处理装置处理的衬底的一致性具有最小影响的阶段；(b)用前体再填充所述安瓿，其中用前体再填充所述安瓿与至少一个其它的衬底处理操作同时执行；(c)确定安瓿再填充停止条件得到满足；并且(d)停止用所述前体再填充所述安瓿。
本公开的一个方面涉及用于填充衬底处理装置的安瓿的方法。这样的方法其特征可以在于以下操作：(a)确定用液体前体填充所述安瓿的安瓿填充开始条件得到满足；(b)用前体填充所述安瓿，其中用所述前体填充所述安瓿与至少一个其它的衬底处理操作同时执行；(c)读取在所述安瓿中指示所述填充还没有完成的传感器液位；(d)确定二次填充停止条件得到满足；以及(e)响应于确定所述二次填充停止条件得到满足，停止用所述前体对所述安瓿的所述填充。
在某些实施方式中，所述方法还包括维持在安瓿接收所述前体的最后时间结束时开始的填充的累积时间。在一些实现方式中，所述二次填充停止条件涉及确定所述填充的累积时间超过阈值。在一些实现方式中，当安瓿再填充暂时停止且沉积开始时所述填充的累积时间暂时停止一次或多次，但是当填充再开始时，所述填充的累积时间重新开始。在一些实现方式中，所述阈值介于约50秒和90秒之间。
在某些实施方式中，该方法包括在操作(e)停止所述填充时，启动软关机(softshutdown)。在一些情况下，当产生在所述安瓿中的传感器液位的所述传感器发生故障时，执行所述方法。在一些情况下，当提供所述液体前体到所述安瓿的系统发生故障时，执行所述方法。
在某些实施方式中，所述安瓿填充开始条件包括确定所述衬底处理装置处于或将要进入用所述前体填充所述安瓿引起的所述液体前体的搅动会对所述衬底处理装置处理的衬底的一致性具有最小影响的阶段。在一些实施方式中，所述安瓿填充开始条件涉及确定沉积操作的序列已在包含于所述衬底处理装置中的衬底上完成。在一些情况下，所述沉积操作的序列是与原子层沉积相关联的沉积操作。在某些实施方式中，所述安瓿填充开始条件包括确定所述前体体积在阈值体积以下。在某些实施方式中，所述安瓿填充开始条件包括确定用于沉积操作的设置目前正在执行。
在一些实现方式中，与填充所述安瓿同时执行的所述至少一个其它的衬底处理操作包括晶片换位操作。在一些情况下，与填充所述安瓿同时执行的所述至少一个其它的衬底处理操作包括前体和/或所述衬底的温度浸泡。在一些情况下，与填充所述安瓿同时执行的所述至少一个其它的衬底处理操作包括抽排至基压(pump to base)的操作。
本公开的一些方面涉及用于控制衬底处理装置的安瓿的填充的方法。这样的方法其特征可以在于以下操作：(a)启动沉积循环的数量的计数器，在所述沉积循环期间，将前体输送到衬底处理装置的反应室，其中所述前体以液体形式被储存在所述安瓿内；(b)确定安瓿填充开始条件得到满足；(c)读取在所述安瓿中的指示所述安瓿是足够满的以致所述液体前体不应被提供给所述安瓿的传感器液位；(d)确定由所述计数器计数的沉积循环的数量超过阈值；以及(e)响应于确定由所述计数器计数的沉积循环的数量超过阈值，停止所述沉积循环。在一些实现方式中，所述阈值介于约3000和6000个沉积循环之间。
在某些实施方式中，当所述液体前体被输送到所述安瓿时，在(a)中的启动所述计数器发生，并且所述计数器继续计数，直到液体前体被再次输送到所述安瓿。在一些实现方式中，所述方法包括：在操作(e)中，当停止所述沉积循环时初始化软关机。
在一些情况下，当产生在所述安瓿中的传感器液位的所述传感器发生故障时，执行所述方法。在某些实施方式中，所述安瓿填充开始条件包括确定所述衬底处理装置处于或将要进入用所述前体填充所述安瓿引起的所述液体前体的搅动会对所述衬底处理装置处理的衬底的一致性具有最小影响的阶段。在某些实施方式中，所述安瓿填充开始条件包括确定沉积操作的序列已在包含于所述衬底处理装置中的衬底上完成。在一些实施例中，所述沉积操作的序列是与原子层沉积相关联的沉积操作。
在一些实现方式中，所述安瓿填充开始条件包括确定用于沉积操作的设置当前正在执行。在一些实现方式中，所述安瓿填充条件包括与填充所述安瓿同时执行的一个其它的衬底处理操作，该一个其它的衬底处理操作选自由晶片换位操作、前体和/或所述衬底的温度浸泡、抽排至基压的操作组成的组。
本公开的一些方面涉及前体再填充系统，其特征可以在于以下特点：(1)安瓿，其被构造成流体连接到前体输送系统和前体源上并被配置成容纳液体前体；以及(2)一个或多个控制器，其被构造成：(a)启动沉积循环的数量的计数器，在所述沉积循环期间，将前体输送到衬底处理装置的反应室，其中所述前体以液体形式被储存在所述安瓿内；(b)确定安瓿填充开始条件得到满足；(c)读取在所述安瓿中的指示所述安瓿是足够满的以致所述液体前体不应被提供给所述安瓿的传感器液位；(d)确定由所述计数器计数的沉积循环的数量超过阈值；以及(e)响应于确定由所述计数器计数的沉积循环的数量超过阈值，停止所述沉积循环。在一些实现方式中，所述阈值包括介于约3000个和6000个之间的沉积循环。
在一些设计中，所述一个或多个控制器被进一步构造成当所述液体前体被输送到所述安瓿时，在(a)中启动所述计数器，并且继续计数，直到液体前体被再次输送到所述安瓿。在一些实现方式中，所述一个或多个控制器被进一步构造成在操作(e)中，当停止所述沉积循环时启动软关机。
在某些实施方式中，所述安瓿填充开始条件包括确定所述衬底处理装置处于或将要进入用所述前体填充所述安瓿引起的所述液体前体的搅动会对所述衬底处理装置处理的衬底的一致性具有最小影响的阶段。在某些实施方式中，所述安瓿填充开始条件包括确定沉积操作的序列已在包含于所述衬底处理装置中的衬底上完成。在某些实施方式中，所述安瓿填充条件包括与填充所述安瓿同时执行的一个其它的衬底处理操作，该一个其它的衬底处理操作选自由晶片换位操作、前体和/或所述衬底的温度浸泡、抽排至基压的操作组成的组。
在某些实现方式中，所述衬底处理装置包括：沉积室；以及容纳在所述沉积室内的衬底处理站，其中所述衬底处理站包括被构造成接收衬底的衬底支架并且所述前体输送系统被构造成在处理由所述衬底处理站接收的衬底期间输送前体。
本公开的另一方面涉及一种前体再填充系统，其包括：(1)安瓿，其被构造成流体连接到前体输送系统和前体源上并被配置成容纳液体前体；以及(2)一个或多个控制器，其被构造成：(a)确定用液体前体填充所述安瓿的安瓿填充开始条件得到满足；(b)用前体填充所述安瓿，其中用所述前体填充所述安瓿与至少一个其它的衬底处理操作同时执行；(c)读取在所述安瓿中指示所述填充还没有完成的传感器液位；(d)确定二次填充停止条件得到满足；以及(e)响应于确定所述二次填充停止条件得到满足，停止用所述前体对所述安瓿的所述填充。
在某些实施方式中，所述一个或多个控制器被进一步构造成维持在所述安瓿接收所述前体的最后时间结束时开始的填充的累积时间。在一些情形下，所述二次填充停止条件包括确定所述填充的累积时间超过阈值。在某些实现方式中，所述一个或多个控制器被进一步构造成当安瓿再填充暂时停止且沉积开始时所述填充的累积时间暂时停止一次或多次。
在一些实现方式中，所述阈值介于约50秒和90秒之间。在一些实现方式中，所述一个或多个控制器被进一步构造成在操作(e)停止所述填充时，启动软关机。
在某些实施方式中，所述安瓿填充开始条件包括确定所述衬底处理装置处于或将要进入用所述前体填充所述安瓿引起的所述液体前体的搅动会对所述衬底处理装置处理的衬底的一致性具有最小影响的阶段。在某些实施方式中，所述安瓿填充开始条件包括确定所述前体体积在阈值体积以下。在一些实现方式中，与填充所述安瓿同时执行的所述至少一个其它的衬底处理操作包括前体和/或所述衬底的温度浸泡。
在某些实施方式中，衬底处理装置包括：沉积室；以及容纳在所述沉积室内的衬底处理站，其中所述衬底处理站包括被构造成接收衬底的衬底支架并且所述前体输送系统被构造成在处理由所述衬底处理站接收的衬底期间输送前体。
具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：
1.一种用于填充衬底处理装置的安瓿的方法，其包括：
(a)确定用液体前体填充所述安瓿的安瓿填充开始条件得到满足；
(b)用前体填充所述安瓿，其中用所述前体填充所述安瓿与至少一个其它的衬底处理操作同时执行；
(c)读取在所述安瓿中指示所述填充还没有完成的传感器液位；
(d)确定二次填充停止条件得到满足；以及
(e)响应于确定所述二次填充停止条件得到满足，停止用所述前体对所述安瓿的所述填充。
2.根据条款1所述的方法，其还包括维持在所述安瓿接收所述前体的最后时间结束时开始的填充的累积时间，其中所述二次填充停止条件包括确定所述填充的累积时间超过阈值。
3.根据条款2所述的方法，其中当安瓿再填充暂时停止且沉积开始时所述填充的累积时间暂时停止一次或多次，但是当填充再开始时，所述填充的累积时间重新开始。
4.根据条款1所述的方法，其中所述阈值介于约50秒和90秒之间。
5.根据条款1所述的方法，其还包括在操作(e)停止所述填充时，启动软关机。
6.根据条款1所述的方法，其中产生在所述安瓿中的所述传感器液位的所述传感器发生故障。
7.根据条款1所述的方法，其中提供所述液体前体到所述安瓿的系统发生故障。
8.根据条款1所述的方法，其中所述安瓿填充开始条件包括确定所述衬底处理装置处于或将要进入用所述前体填充所述安瓿引起的所述液体前体的搅动会对所述衬底处理装置处理的衬底的一致性具有最小影响的阶段。
9.根据条款1所述的方法，其中所述安瓿填充开始条件包括确定沉积操作的序列已在包含于所述衬底处理装置中的衬底上完成。
10.根据条款9所述的方法，其中，所述沉积操作的序列是与原子层沉积相关联的沉积操作。
11.根据条款1所述的方法，其中所述安瓿填充开始条件包括确定所述前体体积在阈值体积以下。
12.根据条款1所述的方法，其中所述安瓿填充开始条件包括确定当前正在执行用于沉积操作的准备工作(setup)。
13.根据条款1所述的方法，其中与填充所述安瓿同时执行的所述至少一个其它的衬底处理操作包括晶片换位操作。
14.根据条款1所述的方法，其中与填充所述安瓿同时执行的所述至少一个其它的衬底处理操作包括前体和/或所述衬底的温度浸泡。
15.根据条款1所述的方法，其中与填充所述安瓿同时执行的所述至少一个其它的衬底处理操作包括抽排至基压的操作。
16.一种用于控制衬底处理装置的安瓿的填充的方法，其包括：
(a)启动沉积循环的数量的计数器，在所述沉积循环期间，将前体输送到所述衬底处理装置的反应室，其中所述前体以液体形式被储存在所述安瓿内；
(b)确定安瓿填充开始条件得到满足；
(c)读取在所述安瓿中的指示所述安瓿是足够满的以致所述液体前体不应被提供给所述安瓿的传感器液位；
(d)确定由所述计数器计数的沉积循环的数量超过阈值；以及
(e)响应于确定由所述计数器计数的沉积循环的所述数量超过阈值，停止所述沉积循环。
17.根据条款16所述的方法，其中所述阈值包括介于约3000个和6000个之间的沉积循环。
18.根据条款16所述的方法，其中当所述液体前体被输送到所述安瓿时，在(a)中开始启动所述计数器，并且其中所述计数器继续计数，直到液体前体被再次输送到所述安瓿。
19.根据条款16所述的方法，其还包括：在操作(e)中，当停止所述沉积循环时启动软关机。
20.根据条款16所述的方法，其中产生在所述安瓿中的所述传感器液位的所述传感器发生故障。
21.根据条款16所述的方法，其中所述安瓿填充开始条件包括确定所述衬底处理装置处于或将要进入用所述前体填充所述安瓿引起的所述液体前体的搅动会对所述衬底处理装置处理的衬底的一致性具有最小影响的阶段。
22.根据条款16所述的方法，其中所述安瓿填充开始条件包括确定沉积操作的序列已在包含于所述衬底处理装置中的衬底上完成。
23.根据条款22所述的方法，其中，所述沉积操作的序列是与原子层沉积相关联的沉积操作。
24.根据条款16所述的方法，其中所述安瓿填充开始条件包括确定当前正在执行用于沉积操作的准备工作。
25.根据条款16所述的方法，其中所述安瓿填充条件包括与填充所述安瓿同时执行的一个其它的衬底处理操作，该一个其它的衬底处理操作选自由晶片换位操作、前体和/或所述衬底的温度浸泡、抽排至基压的操作组成的组。
26.一种前体再填充系统，其包括：
安瓿，其被构造成流体连接到前体输送系统和前体源上并被配置成容纳液体前体；以及
一个或多个控制器，其被构造成：
(a)启动沉积循环的数量的计数器，在所述沉积循环期间，将前体输送到衬底处理装置的反应室，其中所述前体以液体形式被储存在所述安瓿内；
(b)确定安瓿填充开始条件得到满足；
(c)读取在所述安瓿中的指示所述安瓿是足够满的以致所述液体前体不应被提供给所述安瓿的传感器液位；
(d)确定由所述计数器计数的沉积循环的数量超过阈值；以及
(e)响应于确定由所述计数器计数的沉积循环的所述数量超过阈值，停止所述沉积循环。
27.根据条款26所述的前体再填充系统，其中所述阈值包括介于约3000个和6000个之间的沉积循环。
28.根据条款26所述的前体再填充系统，其中所述一个或多个控制器被进一步构造成：当所述液体前体被输送到所述安瓿时，在(a)中启动所述计数器，并且继续计数，直到液体前体被再次输送到所述安瓿。
29.根据条款26所述的前体再填充系统，其中所述一个或多个控制器被进一步构造成在操作(e)中，当停止所述沉积循环时启动软关机。
30.根据条款26所述的前体再填充系统，其中所述安瓿填充开始条件包括确定所述衬底处理装置处于或将要进入用所述前体填充所述安瓿引起的所述液体前体的搅动会对所述衬底处理装置处理的衬底的一致性具有最小影响的阶段。
31.根据条款26所述的前体再填充系统，其中所述安瓿填充开始条件包括确定沉积操作的序列已在包含于所述衬底处理装置中的衬底上完成。
32.根据条款26所述的前体再填充系统，其中所述安瓿填充条件包括与填充所述安瓿同时执行的一个其它的衬底处理操作，该一个其它的衬底处理操作选自由晶片换位操作、前体和/或所述衬底的温度浸泡、抽排至基压的操作组成的组。
33.根据条款26所述的前体再填充系统，其中所述衬底处理装置进一步包括：
沉积室；以及
容纳在所述沉积室内的衬底处理站，其中所述衬底处理站包括被构造成接收衬底的衬底支架并且所述前体输送系统被构造成在处理由所述衬底处理站接收的衬底期间输送前体。
34.一种前体再填充系统，其包括：
安瓿，其被构造成流体连接到前体输送系统和前体源上并被配置成容纳液体前体；以及
一个或多个控制器，其被构造成：
(a)确定用液体前体填充所述安瓿的安瓿填充开始条件得到满足；
(b)用前体填充所述安瓿，其中用所述前体填充所述安瓿与至少一个其它的衬底处理操作同时执行；
(c)读取在所述安瓿中指示所述填充还没有完成的传感器液位；
(d)确定二次填充停止条件得到满足；以及
(e)响应于确定所述二次填充停止条件得到满足，停止用所述前体对所述安瓿的所述填充。
35.根据条款34所述的前体再填充系统，其中所述一个或多个控制器被进一步构造成维持在所述安瓿接收所述前体的最后时间结束时开始的填充的累积时间，其中所述二次填充停止条件包括确定所述填充的累积时间超过阈值。
36.根据条款35所述的前体再填充系统，其中所述一个或多个控制器被进一步构造成当安瓿再填充暂时停止且沉积开始时使所述填充的累积时间暂时停止一次或多次。
37.根据条款34所述的前体再填充系统，其中所述阈值介于约50秒和90秒之间。
38.根据条款34所述的前体再填充系统，其中所述一个或多个控制器被进一步构造成在操作(e)停止所述填充时，启动软关机。
39.根据条款34所述的前体再填充系统，其中所述安瓿填充开始条件包括确定所述衬底处理装置处于或将要进入用所述前体填充所述安瓿引起的所述液体前体的搅动会对所述衬底处理装置处理的衬底的一致性具有最小影响的阶段。
40.根据条款34所述的前体再填充系统，其中所述安瓿填充开始条件包括确定所述前体体积在阈值体积以下。
41.根据条款34所述的前体再填充系统，其中与填充所述安瓿同时执行的所述至少一个其它的衬底处理操作包括所述前体和/或所述衬底的温度浸泡。
42.根据条款34所述的前体再填充系统，其进一步包括：
沉积室；以及
容纳在所述沉积室内的衬底处理站，其中所述衬底处理站包括被构造成
接收衬底的衬底支架并且所述前体输送系统被构造成在处理由所述衬底
处理站接收的衬底期间输送前体。
以下将参照附图更加详细地描述本发明的这些和其它特征。
附图说明
图1A示出了具有按需填充安瓿的示例性衬底处理装置的示意图。
图1B示出了具有按需填充安瓿的另一个示例性衬底处理装置的示意图。
图2是详述利用按需填充安瓿的示例性沉积工艺操作的工艺流程图。
图3是详述控制示例性按需填充安瓿的算法的工艺流程图。
图4A示出了用于图1A的示例性衬底处理装置的衬底处理的步骤。
图4B示出了用于图1A的示例性衬底处理装置的衬底处理的另一个步骤。
图4C示出了用于图1A的示例性衬底处理装置的衬底处理的附加步骤。
图4D示出了用于图1A的示例性衬底处理装置的衬底处理的另外的步骤。
图5是使用按需填充的衬底处理与不使用按需填充的衬底处理的衬底处理结果的比较图。
图6示出了具有传感器的安瓿和适于针对过填充和欠填充提供保护的多个传感器液位。
图7给出了一种用于实现安瓿过填充保护的流程图。
图8给出了一种用于实现安瓿低液位保护的流程图。
具体实施方式
附图和以下描述中阐述了本说明书中描述的主题的一个或多个实现方案的细节。从说明书、附图和权利要求书可以明白其它特征、方面和优点。要注意，以下附图的相对尺寸未按比例绘制，除非特别指明按比例绘制。
应当理解，本文中使用的术语“半导体晶片”可以指的是由例如硅之类的半导体材料制成的晶片以及由一般不称为半导体(例如，电介质和/或导体)但是通常在上面设置半导体材料的材料制成的晶片。绝缘体上硅(SOI)型晶片是一种这样的实例。本发明中描述的装置和方法可以用于处理多尺寸的半导体晶片，包括处理200mm、300mm和450mm直径的半导体晶片。
均匀度是处理高质量半导体晶片的重要因素。例如，沉积的层的厚度和质量应当在不同晶片之间(from wafer-to-wafer)是均匀的而且在晶片的特征内是均匀的。在半导体处理的某些实现方案中，液态前体在沉积在半导体晶片上之前可能需要蒸发。液态前体可以容纳在安瓿中，并且载气(例如，氩气或其它惰性气体)可以流过安瓿以携带蒸发的前体到半导体处理室中。载气可以“被推”(气体被迫流过管线)亦或“被拉”(气体被拉流过管线，可能通过真空)穿过安瓿而携带蒸发的前体。在某些沉积工艺，例如原子层沉积(ALD)中，晶片均匀度可能得益于安瓿内较恒定的气体的头部体积以及恒定的前体温度。在某些这样的实现方案中，目标头部体积可以是安瓿体积的约20％-30％的体积。因此，当头部体积为安瓿体积的约20％-30％时，安瓿的约70％-80％可以填充前体。另外，晶片均匀性还可能得益于缺少由前体的不均匀蒸发引起的前体搅动。最后，高晶片生产量对于制造半导体晶片是重要的。目前，安瓿通常通过手动填充、自动填充、同时填充或在维护期间再填充进行再填充。然而，当前的技术中没有任何一项在沉积期间使用时将相当恒定的头部体积和前体温度组合，当前的技术中没有任何一项在沉积期间缺乏前体搅动以及当前的技术中没有任何一项有高晶片生产量。
图1A示出了具有按需填充安瓿的示例性衬底处理装置的示意图。图1A示出了具有安瓿102和处理室132的衬底处理装置100。
在图1A所示的视图中，安瓿102包含前体104。在某些实现方案中，安瓿可以具有介于约600mL至3L之间的体积。在图示的实现方案中，安瓿可以是约1.2L的安瓿。前体通过流动通道112流入安瓿102中。阀门114控制通过流动通道112的前体的流动。当阀门114打开时，前体可以流过流动通道112进入安瓿102中，从而填充安瓿102。当阀门114关闭时，前体不会流入安瓿102中。在图示的实现方案中，流动通道112是与安瓿102的底部连接的流动通道。在其它实现方案中，包含前体的流动通道可以是其它构造，例如，测深尺，并且可以在安瓿的底部之外的区域填充安瓿。
处理室132包括歧管120和喷头122。某些实现方案可以包括多于一个的喷头，例如，两个喷头或四个喷头。在这些实现方案中，歧管可以分配流体到喷头中。某些其它实现方案可以将歧管替换成用于分配前体的另一个装置，例如，注射器。在其它实现方案中，处理室可以不包括歧管。
喷头122可以通过流动通道138流体地连接到歧管120上，并且阀门130可以安装在流动通道上以控制从歧管120到喷头122的流体流。喷头122可以分配流过流动通道138的流体到位于处理室132中的处理站。处理站可以包括衬底。图1A中未示出处理站。
歧管120也可以通过其它流动通道与真空连接。阀门128可以控制真空。在某些实现方案中，在任何给定时间，阀门130和128中的至多一个可以开放。当喷头122没有准备就绪来接收流体流时，真空可以用于使载气和/或前体气体能连续流动。
流动通道118和136使安瓿102连接到歧管120。阀门126位于流动通道118上。阀门126控制通往歧管120的所有流体流；当阀门126关闭时，没有流体可以流到歧管120。反之，当阀门126打开时，流体可以流到歧管。另外，阀门124也可以位于流动通道118上。阀门124控制通往阀门126的载气流。
阀门116位于流动通道136上。阀门116控制从安瓿102到阀门126的前体气体流。
流动通道106使衬底处理装置100与载气源连接。通过流动通道106进入到衬底处理装置100的流动通道的剩余部分中的载气流由阀门108控制。如果阀门108关闭，会没有流体流过衬底处理装置100。
流动通道134使流动通道106与安瓿102连接。位于流动通道134上的阀门110控制从流动通道106到安瓿102的载气流。在载气流入安瓿102之后，载气可以与蒸发的前体混合以形成前体气体。
通过衬底处理装置100的流体流可以通过各种阀门的打开和关闭进行控制。将在图4A至图4D中更详细地讨论打开的和关闭的阀门的某些构造。
图1B示出了具有按需填充安瓿的另一个示例性衬底处理装置的示意图。图1B中的衬底处理装置100B类似于图1A中的衬底处理装置100。衬底处理装置100B包括通过流动通道142连接的附加阀门140。在图1B所示的衬底处理装置100B的实现方案中，流动通道142和阀门140可以提供附加通道以使载气流到阀门126。在某些实现方案中，通过阀门124的流动通道可以用于在衬底处理装置的操作期间流过载气，而通过阀门140的流动通道可以用于在维护衬底处理装置期间流过载气。
图2是详述利用按需填充安瓿的示例性沉积工艺操作的工艺流程图。图2详述了安瓿填充操作以及与工艺操作的剩余部分相比的安瓿填充操作的时间表。在图2中，安瓿填充操作被图示为在附图的右侧，而其它沉积工艺操作被图示为在左侧。图2中详述的工艺操作可以是ALD处理操作，或者可以是使用液体反应物的其它类型的衬底处理操作，例如化学气相沉积、包含原子层蚀刻的蚀刻操作等等。
在操作202中，执行工艺操作的准备工作(setup)。操作202包括许多不同的任务，这些任务涉及设定处理操作，例如，设备的一般检查、销的升降、衬底的装载和操作的规划。
在操作202之后，操作204开始填充安瓿。操作204开始初始填充安瓿。在操作204开始时，安瓿可能是完全空的。
在操作206中，在填充安瓿时，进行温度浸泡。温度浸泡可以加热前体，从而使前体达到所需的温度，例如，对于在ALD中使用的某些前体在约20-100摄氏度之间，并且/或者温度浸泡可以在沉积之前加热衬底。前体被加热到的温度可以取决于前体的化学成分。某些实现方案可以将前体和/或衬底从室温加热到高达高温(例如，在约25-45摄氏度之间的温度)。其它实现方案可以将前体和/或衬底从室温加热到高达介于约25-60摄氏度之间的温度，而还有的其它实现方案可以将前体和/或衬底从室温加热到高达甚至更高的温度(例如，高达约80摄氏度)。前体在填充时的热浸泡可以导致前体处于最佳温度以使前体蒸发至所需的量。另外，在填充安瓿期间热浸泡前体可以允许更大的衬底生产量，因为同时执行两个准备操作。最后，由于没有载气流过安瓿以携带蒸发的前体气体，所以在热浸泡期间填充安瓿也可以使前体在填充期间的搅动引起的效应最小化。
在完成操作206的温度浸泡之后，但是在操作210中充填管道之前，在操作208中停止填充安瓿。安瓿可以由于各种不同的条件而停止填充。在图3中更详细地描述了这些条件。在某些实现方案中，安瓿最初可以处于满液位。在这些实现方案中，可以跳过安瓿的初始填充。
在操作210中，执行管道充填。管道充填是在输送前体气体到处理室中之前使气体流过衬底处理装置的流动通道。换句话讲，通往室的管道在通往室的阀门开放时被充填以消除延迟。例如，某些实现方案可以使载气流过各种流动通道以从安瓿携带载气。这些前体气体的预流动通过用沉积中使用的前体气体预充填流动通道可以有助于具有更一致的初始沉积循环，使得当开启通往处理室的阀门时，前体气体更快到达处理室中。
在操作210中管道充填之后，在操作212执行沉积。在操作212执行的沉积可以是单个沉积循环，或者可以是多个沉积循环，例如，在ALD期间执行的沉积循环。
在操作212中执行沉积之后，在操作216开始二次安瓿填充。操作216中的二次安瓿填充可以填充安瓿使其返回到满液位或者可以被设计成填充安瓿，直到满足另一个停止填充条件。当在操作220中满足停止填充条件时，二次安瓿填充操作停止。二次安瓿填充允许安瓿维持较一致的头部体积，从而导致更大的晶片均匀性。在二次安瓿填充期间，安瓿可以被加热以允许更一致的前体温度。在某些实现方案中，例如在图2中所述的实现方案中，二次安瓿填充在由填充引起的前体搅动对衬底处理具有最小效果的时间段期间定时进行。在一些实现方案中，这些时间段可以是不执行沉积的时间段。在其它实现方案中，如果前体的蒸气压低于某些阈值，那么可以在这些时间段期间执行沉积。具有低的蒸气压的前体会对再填充引起的搅动不太敏感并且所以可能更适合于在执行沉积时进行再填充。例如，蒸气压低于约1托的前体是可以在沉积期间再填充的前体。在某些实现方案中，在二次安瓿填充的任何单个操作期间再填充的前体量可以小于总安瓿体积的约40％，例如，小于总安瓿体积的约20％，小于总安瓿体积的约10％，小于总安瓿体积的约5％，或小于总安瓿体积的约2％。
在执行二次安瓿填充时，仍然在执行其它工艺操作，例如，抽排至基压和晶片换位。在操作214中，执行抽排至基压。抽排至基压是由真空泵提供的抽空室到基础压强的过程。所述过程例如通过处理室中的真空端口从衬底处理室去除残余材料。
在操作218中，执行晶片换位。晶片换位是转移并定位衬底到衬底处理室内的附加处理站中。当衬底处理室具有多个处理站时，可以执行晶片换位。在某些实现方案中，例如，涉及仅具有一个处理站的处理室的实现方案，可以不执行晶片换位。
在操作218中的晶片换位之后，所述过程可以返回到操作212，并且再次执行沉积直到已经执行所有要求的沉积。安瓿填充可以在每轮沉积之间进行。
图3是详述控制示例性按需填充安瓿的算法的工艺流程图。在操作302中，给出命令以执行前体填充。操作302可以对应于图2中的操作204或216。执行前体填充的命令可以通过包含在控制器中的逻辑给出。控制器可以是用于控制衬底处理装置的其它沉积操作的控制器，或者可以是专门控制与安瓿相关的操作的单独控制器。
一旦给出命令来执行前体填充，前体就开始填充安瓿。在执行前体填充时，控制器也可以同时执行操作304、306和308。
在操作304中，控制器查看安瓿满液位传感器是否工作。安瓿可以包含液位传感器，例如，离散液位传感器。液位传感器可以设置成检测安瓿内的某些前体液位，例如，满液位。可以计算这样的前体满液位以得到包含最佳头部体积的安瓿。在某些实现方案中，满液位可以是计算成达到最佳头部体积的阈值体积。这些阈值体积可以是例如安瓿的总体积的大约70-80％的前体体积，例如，安瓿的总体积的约75％。在其它实现方案中，阈值体积可以是体积的范围。在这些实现方案中，落入该范围内的前体体积可以满足满液位条件。在某些这样的实现方案中，可以基于检测到的前体体积来调节随后的二次安瓿填充。例如，可以调节随后的二次安瓿填充的停止条件。
在某些其它实现方案中，液位传感器可以报告低液位。当安瓿内的前体的体积在安瓿体积的阈值百分比以下时，可以报告低液位。在这样的实现方案中，阈值体积可以是小于安瓿体积的约50％的体积。在这样的实现方案中，当液位传感器报告低液位时，衬底处理装置可以停止处理衬底。在某些实现方案中，衬底处理装置可以在停止衬底处理以再填充安瓿之前完成衬底沉积操作的序列中的所有沉积循环。
在操作306中，控制器查看安瓿填充计时器是否已经期满。安瓿填充计时器可以是设置在控制器中的计时器，使得安瓿填充过程仅执行与填充安瓿到满液位所需的时间段接近的时间段。在某些实现方案中，填充计时器可以是比填充安瓿到满液位所需的时间稍长的时间段，以便引入一些安全因素。在其它实现方案中，安瓿填充计时器可以比填充安瓿以填满所需的时间段长更多。在这些实现方案中，填充计时器持续时间可以被选择成允许最好的机会来填充安瓿到满液位并且安瓿满液位传感器可以依赖作为主要机构来防止安瓿溢流。
在某些实现方案中，初始填充和二次填充的填充计时器可以不同。在这些实现方案中，初始填充计时器可以是例如45秒或更少，而二次填充计时器可以是例如介于5秒至10秒之间。在其它实现方案中，填充计时器可以根据校正因子进行调节。校正因子可以是考虑到各种不同的衬底处理装置的再填充管线的压差的因子。因此，具有高的再填充管线压力的衬底处理装置可以具有低校正因子，从而得到更短的填充计时器，而具有低的再填充管线压力的衬底处理装置可以具有高校正因子，从而得到更长的填充计时器。再填充管线压力可以根据衬底处理装置的内在性能变化，或者可以根据操作员对特定的一件设备的经验变化。例如，如果希望进一步减小前体搅动，就可以降低再填充管线压力。此外，校正因子可以考虑到前体再填充管线内的压力指示器上游的任何变化。可以影响管线压力的因子包括再填充管线的直径和长度。
在某些实现方案中，二次填充计时器可以保持恒定，而不管在初始填充期间检测到的条件如何。在其它实现方案中，二次填充计时器可以根据在初始填充期间检测到的条件进行调节。例如，如果，在初始填充期间，从未检测到安瓿满液位传感器在启用，那么二次填充计时器的持续时间可以加长以使得安瓿在二次填充操作期间达到满液位的可能性更大。
在操作308中，控制器查看是否已经调用明确停止命令。在某些实现方案中，在执行某些沉积步骤(例如，在执行这些步骤期间同时填充安瓿可以导致前体的不可接受的搅动的沉积步骤)之前，停止填充安瓿的明确停止命令可以被编程到控制器中。明确停止命令可以进一步防范安瓿满液位传感器和/或安瓿填充计时器的失效。另外，在某些实现方案中，填充计时器和/或满液位体积可以是用户定义的参数。明确停止命令可以防范用户定义的参数的误差影响衬底处理的质量。
如果控制器从操作304、306或308中的任意一个检测到“是”的结果，那么控制器进行到操作310并且停止前体填充。如果从操作304、306和308中的任意一个都没有检测到“是”的结果，那么控制器可以返回操作302并且继续执行前体填充。
图4A示出了用于图1A的示例性衬底处理装置的衬底处理的步骤。图4A中所示的步骤与图2的操作204对应。图4A以及图4B-4C所示的衬底处理装置100可以是具有与图1A所示的衬底处理装置的构造类似的构造的衬底处理装置。在图4A-4D中，实线代表没有流的流动通道，点线代表具有液体前体流的流动通道，断线代表具有载气流的流动通道，而点划线代表具有前体气体流的流动通道。
在图4A中，正在执行安瓿102的初始填充。在图4A所示的实现方案中，除阀门114之外的所有阀门是关闭的。阀门114打开以允许前体流进入安瓿102。在其它实现方案中，阀门108、124、126和128可以打开。在图4A中可以加热安瓿102以便将前体提高到所需温度以便于前体蒸发。
图4B示出了用于图1A的示例性衬底处理装置的衬底处理的另一个步骤。图4B中所示的步骤与图2的操作210对应。在图4B中，阀门114现在关闭，因为已经触发了停止前体填充所需的条件中的至少一个。
在图4B中，阀门108、110、116和126打开以允许衬底处理装置用前体气体流预充填流动通道118和136。由于在图2中，喷头122未准备就绪以接收前体气体流，因此流过流动通道118和136的前体气体然后流过流动通道138到达转储源。连续的前体气体流通过流动通道118和136供应以确保当喷头122准备就绪以接收前体气体时准备好供应前体气体。
在图4B中，前体气体是载气和蒸发前体的混合物。载气流过流动通道106和134(已经分别打开阀门108和110)以进入安瓿102。安瓿容纳蒸发的前体并且载气与蒸发的前体混合以形成前体气体。前体气体然后经由流动通道136流出安瓿102。
图4C示出了用于图1A的示例性衬底处理装置的衬底处理的附加步骤。图4C中所示的步骤与图2的操作212对应。在图4C中，阀门128现在关闭，但是阀门130现在打开以允许前体气体流过喷头122并且流入处理室132中。
图4D示出了用于图1A的示例性衬底处理装置的衬底处理的另外的步骤。图4D中所示的步骤与图2的操作214对应。在图4D中，阀门110和116关闭，但是阀门124打开。因此，没有前体气体流流过流动通道，但是载气可以流过流动通道106和118。另外，阀门130现在关闭以防止载气流入喷头122中。阀门128现在打开以允许载气流到转储源。
在图4D中，阀门114打开以允许用前体再填充安瓿102。图4D中所示的再填充是二次前体再填充。
图5是使用按需填充的衬底处理与不使用按需填充的衬底处理的衬底处理结果的比较图。在图5中，“X”标记所代表的曲线图是利用按需填充的沉积工艺，而由方形标记代表的曲线图是未利用按需填充的沉积工艺。
如图5所示，利用按需填充的沉积工艺具有更一致的厚度，而未利用按需填充的沉积工艺具有更大的厚度变化。利用按需填充的沉积工艺比未利用按需填充的沉积工艺表现出更强的工艺均匀性。
传感器液位
在某些实施方式中，额外的保护被部署，以解决可能出现的设备问题，例如安瓿液位传感器故障。如上所述，所述安瓿可以有一个或多个传感器。在一些实施方式中，其感测安瓿内的一个或多个液位。在某些实现方式中，单个传感器感测两个或更多液位，并且在还有的进一步的实施方式中，单个传感器感测三个或更多个液位。图6描述了安瓿601具有被配置成感测三个传感器液位的一个或多个传感器的一实施方式：满位传感器液位603、低位传感器液位605，和空位传感器液位607。
在某些实施方式中，满位传感器液位是处于介于安瓿的总填充体积的约70％和90％之间的安瓿体积。在某些实施方式中，低位传感器液位是处于介于安瓿的总填充体积的约40％和60％之间的液位。在某些实施方式中，空位传感器液位被设定在安瓿的总填充体积的约10％至30％。在一个实施例中，满液位传感器被标记在总安瓿体积的约73％处，低液位传感器设置在安瓿体积的约48％处，而空液位传感器被设置在总安瓿体积的约12％处，总安瓿体积可以是约330立方英寸。作为进一步的实施例，安瓿体积可以介于约100立方英寸和1000立方英寸之间，具体取决于反应室的大小和被支持的工艺。
可以采用各种类型的物理传感器，以确定内部填充液位。实例包括单点和多点液位传感器，如那些可从Neal Systems,Inc获得的液位传感器。在某些情况下，单个物理传感器能够测量两个或更多个液位。在一个实施例中，多点传感器被构造成测量三个液位：满液位、低液位、和空液位。
在一些实现方案中，安瓿控制逻辑采用使用满位传感器的初级检查。当满位传感器从状态关断(off)改变到状态接通(on)时，表示液位已达到满液位，控制逻辑指令填充系统以停止安瓿的进一步填充。
在一些实现方案中，安瓿控制逻辑采用用于防止安瓿排空的初级检查。此检查可确定满位传感器保持在关断状态，并且对于某些ALD工艺的设定数量的循环(例如约230个循环)，填充不会发生。在这种情况下，控制逻辑可以指示系统：(i)开始填充(假设沉积过程可以正常停止)，或(ii)停止沉积直到安瓿传感器正常工作。在一些实现方案中，在此检查中循环的数目是基于通过ALD工艺消耗的液体的预计水平和安瓿的总体积确定的。例如，在一些安瓿中，每当计算一定质量的液体(例如约3至7克的液体)已被ALD工艺消耗时，通过自动填充安瓿来提供保护。
如果传感器发生故障，则以上初级检查中的一个或两个失败。当满位传感器或相关联的软件无法准确地感测安瓿液体已达到满液位时，发生一种故障模式。附加的保护可以内置于安瓿控制逻辑中，如下面所描述的。
在某些实施方式中，该系统被设计或编程，使得当不合理的传感器读数发生时，系统进入软关机或者说采取措施以避免对正在制造的系统和/或晶片造成损坏。一个这样的不合理的结果在多个液位传感器检测到满位传感器处于接通而低液位传感器处于关断时出现。这一结果表明，液体已达到满液位，但不是空液位。显然，这种状态不能存在。
在另一实施方式中，当多液位传感器的最低液位传感器(例如，空位传感器)是关断的时，系统自动采取其它预防措施。在各种实施方式中，因为在最低液位以下的液体被认为是使安瓿处于可能对晶片和/或系统本身造成损坏的这样的一种状态下，所以最低液位传感器被设计成当其是关断的时触发软关机。
软关机
在某些实施方式中，当使用本节中或在整个专利申请中的其它地方描述的保护措施产生错误时，ALD工具或其它沉积工具进行“软关机”。在某些实施方式中，软关机使ALD系统停止执行进一步的沉积步骤或在正常的ALD处理中通常进行的其它程序。在一些实现方案中，软关机将尝试完成当前的在室内的晶片处理、取出晶片、并且将模块设置在脱机(OFFLINE)模式。在这之后，直到模块的问题得到解决，才开始处理晶片。如果填充正在进行，则软关机也可以停止进一步的安瓿填充。
在某些实施方式中，软关机工艺产生给操作者的通知或者在制造设施内的控制程序的通知。通知可以标识触发软关机的具体问题。这种通知的实施例可以包括：空液位传感器处于关断状态、当累积的再填充次数超过阈值时满液位传感器保持接通、以及满位传感器处于接通状态持续了较长时间，例如，大于阈值的时间。在对接收这样的通知进行审查时，负责维护该ALD工具的控制系统和/或操作员可以采用纠正措施，该纠正措施用于解决所通知的问题，并使得ALD工具能恢复正常的操作。例如，操作者可以修复故障传感器、手动调节安瓿的液体液位等等。在采取这种纠正措施后，该工具可以使用按需填充程序恢复正常操作，如安瓿再填充，如本文别处所述的。
过填充保护
在某些实现方案中，安瓿填充程序包括用于解决当系统以预计满位传感器应该处于接通这样的方式操作时满位传感器显示其不处于接通而引起的问题的例程或其它逻辑。举例而言，当实际上液体到达所述传感器的液位并且因此该传感器应输出接通时，故障或失灵的传感器可能输出关断。参见图6的传感器液位603。为了解决这一潜在的问题，安瓿填充逻辑从安瓿被填充时的最后时间结束时保持再填充的累积时间。例如，每当满位传感器指示接通，并且停止往安瓿填充液体时，可以将累积计时器复位。如果再填充的累积时间超过所述阈值，并且所述传感器还没有达到接通状态，则逻辑启动软关机。换句话说，在安瓿需要填充的任何时间，假定它不会花费比{T}时间更长的时间。这个时间是来自填充时间的倍数(填充累计地要求的)的总时间。安瓿填充逻辑跟踪填充的总长度，并且如果该时间超过{T}，则在当前运行的程序中将输入错误状态。例如，如果F1＝12s，F2＝40s，和F3＝12s，当T＝60s(例如)，那么在F3结束前，该逻辑将输入错误状态4秒。
累积计时器的阈值可以基于各种参数确定并且通常包括在有关再填充操作期间的安瓿填充率、安瓿体积(特别是预期提供安全操作的液体的最大体积)、以及在计时器接通时在中间ALD工艺步骤期间来自安瓿的液体的消耗速率。应当理解，ALD工艺可以在执行安瓿再填充操作时的各次之间执行。在某些实施方式中，计时器阈值介于约30秒与300秒之间。在某些实施方式中，计时器阈值介于约50秒和90秒之间(例如，约60秒)。在某些实施方式中，阈值填充时间是基于实验室测试条件使用用于制造设施的具体的工艺化学品消耗速率和安瓿填充速率测定。
图7给出了过填充保护的具体的实施方案的流程图。在流程图中示出的框表示在用于在沉积模块中实现安瓿填充控制的程序或其它逻辑中的执行步骤。在所描绘的实施方式中，安瓿控制逻辑被表示为始于开始操作703的循环。在执行期间，对于每次迭代，在框703没有进行特别的操作。在每一次迭代中，处理逻辑在决策点705中确定满位传感器是否处于接通状态。如果是这样，则不执行程序的过填充保护的部分，并且工艺继续，如相对于图8所描述的。在程序的过填充保护的部分，满位传感器没有接通，并且，如图7所描绘的，逻辑提供用前体填充安瓿的指令，如在框707中所描述的。同时，该工艺重置循环计数，循环计数可以用于空位保护模式，如参照图8进一步描述的。参见框709。随着填充继续，填充计时器跟踪自从填充计时器被重置的最后时间以来的累积填充时间。参见框711。接着，安瓿填充逻辑确定累计的总填充时间是否大于例如60秒的阈值。参见决策框713。如果是这样，则逻辑使系统进入错误状态，并停止执行，如框715所描绘的。系统然后可以进入软关机，如上所述，并且该工艺结束，如框717所描绘的。如果由填充计时器计算的累计时间未超过阈值，则控制逻辑从框713进行到随后的决策框719，在决策框719它确定该系统是否将执行沉积。如果不是，则程序刚好在框717结束。然而，如果逻辑确定沉积将继续，则该工艺将停止前体填充并同时暂停计时器，如在框721所图解的。应该理解，在沉积工艺的过程期间，材料到衬底上的循环沉积可以暂停以便晶片换位、抽排至基压、以及其它操作，如上所述。每当这种情况发生时，安瓿可以重新开始填充并且填充计时器重新开始。
在图7中所描绘的实施方式中，满位传感器保持在关断状态，以便安瓿再填充在任何可能的时候发生，与潜在的按需填充逻辑相一致，并且从而保持在过填充安瓿的危险中。返回到工艺流程逻辑中的框721，该系统开始执行沉积，然后递增循环计数器，如在框723和725中所示的，这将参照图8进一步详细说明。工艺控制然后返回到框703，其中，再次检查满位传感器。
正如所解释的，在图7中所描绘的逻辑示出了过填充保护模式的操作，并假设满位传感器在任何时候都保持接通。在这种状态下，填充计时器持续增加，并且决不会被复位，如框711所图示的。因此，即使填充计时器反复地在上述按需填充算法期间填充停止时暂停，累计的填充时间越来越接近阈值，并最终将触发进入错误状态，如框713和715所示。
尽管在本节所述的保护是在满位传感器有故障或失灵时在过填充保护的情况下提出，但保护可以扩展到满位传感器没有开通但实际上是在正常运行的其它情况。例如，当液体因为在提供液体到安瓿存在故障或其它问题而没有达到它的液位时，满位传感器会保持在关断状态。这样的问题的实施例包括：朝向安瓿的再填充阀门未正常运行、从制造设施到安瓿的液体输送缓慢或没有、等等。在每一种情况下，在推测安瓿再填充正在进行时满位传感器保持关断持续延长的时间段这一事实表明存在问题，因此，安瓿控制逻辑将此问题标记为错误，并可以启动软关机。
防止安瓿的低液位
在某些实施方式中，安瓿控制逻辑可被设计为解决由液体液位传感器显示当实际上液体尚未达到所述液位时其处于接通状态所导致的潜在问题。在这种情况下，传感器应该正常输出关断。传感器的这种故障可能导致在液体液位变得危险地低时不能再填充安瓿。针对欠填充的初级保护依赖于传感器在液体液位低于传感器的读取液位时输出关断。在某些实现方式中，控制逻辑通过跟踪从执行安瓿填充的最后时间开始的前体循环提供二次保护。如果这样的循环的数目大于阈值数目，则系统可以执行软关机。
在某些实施方式中，安瓿空位保护逻辑可以包括以下特征：
·在稳态操作期间，假定对于每{N}个沉积循环，该安瓿将填充至少一次。
·控制逻辑跟踪自从最后的填充以来的循环的数目。
·如果计数超过{N}，则处理模块将进入软关机状态。
·如果实际执行填充，则计数被复位到零(0)。
·{N}被估计为5000个循环(该值是工艺特定的，并可以根据实际的工具调整)
图8呈现了图7的流程图，但示出了建立在按需填充安瓿逻辑之上的空位保护模式。如前所述，迭代过程确定满位传感器是否处于接通，如在决策框705中所示。在本实施例中，假定满位传感器发生故障，在其实际上应该关断时读取其处于接通。如图所示，当逻辑在框705确定满位传感器处于接通时，安瓿填充逻辑将停止任何目前的前体填充。参见框801。同时，逻辑使填充计时器复位，填充计时器与相对于图7所描述的过填充保护程序有关。在框801停止前体填充之后，该工艺接下来确定是否是该执行如在决策框719所示的沉积的时间，其如上所述。假设沉积要执行，则处理逻辑指示系统执行如在框721所示的沉积。随着沉积继续进行，对每个循环计数，或至少对消耗前体的那些循环计数。参见框723。当循环计数在顺序的一个或多个沉积循环过程中增大时，沉积循环可以周期性地暂停以进行晶片换位等，循环计数器比较当前的循环计数与某些循环数的阈值，如在决策框725所示。正如所解释的，确定循环计数以保护安瓿不会变得危险地欠填充。当循环计数最终超过阈值时-假定由于满位传感器失灵或发生故障-所述工艺控制被引导到框715，其中其使系统处于错误状态并结束程序的执行，通常伴随着软关机。直到当循环计数超过阈值时的时间，该工艺重复循环回到框703和705，其中再次检查满位传感器。假定，这里的情况是这样，满位传感器保持接通，该工艺继续通过包括框801的分支，其中沉积继续进行，而没有更新的安瓿填充。
所选择的循环阈值可基于循环的数量，该循环的数量被确定为消耗来自安瓿的一定量的前体从而将降低安瓿内的液体液面到不利地影响工艺的点(例如，所沉积的膜的性能将受到负面影响)。所述阈值可基于所述安瓿的大小以及因此其在再填充期间对液位的变化的响应、和每ALD循环液体前体的消耗量来确定。在某些实施方式中，循环阈值介于约3000个和8000个循环之间。在某些实施方式中，循环阈值是介于约4000至6000个循环之间(例如，约5000个循环)。循环的数目可对应于被处理的晶片的特定数量；例如，在约50个和100个之间的晶片。
在某些ALD工艺中，不是每一个循环都消耗来自安瓿的液体前体。例如，在某些沉积工艺期间的一个或多个ALD循环故意不从安瓿吸取前体。这样的“无剂量”循环可被用于检查工艺的正确运行、以及颗粒的产生或可能值得注意的其它问题。在这样的循环期间，在安瓿内的液体液位不会降低。因此，在一些实施方案中，安瓿控制逻辑将该循环识别为不会从安瓿消耗液体前体的循环，并因此不包括在与用于错误状态的阈值进行比较的循环数的计数里。
控制器配置
在一些实现方式中，控制器是系统的一部分，该系统可以是本发明所述的实例的一部分。该控制器可以包括“逻辑”，例如在本发明所讨论的安瓿填充逻辑或者其它控制逻辑。这种系统可以包括半导体处理设备，其包括一个或多个处理工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统、安瓿等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括控制工艺气体的输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压力设置、真空设置、功率设置、射频(RF)发生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体输送设置、位置和操作设置、安瓿的再填充、晶片转移进出工具和其它转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
宽泛地讲，控制器可以被定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片和/或一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置(或程序文件)的形式通信到控制器的指令，该设置定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定过程的操作参数。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个处理步骤的配方(recipe)的一部分。
在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦合或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦合。例如，控制器可以在“云”中或者是fab主机系统的全部或一部分，其可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监测制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新的工艺。在一些实例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括能够输入或编程参数和/或设置的用户界面，该输入或参数和/或设置然后从远程计算机通信到系统。在一些实例中，控制器接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而分布，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的实例可以是与结合以控制室上的工艺的一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路。
在非限制性的条件下，示例的系统可以包括等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其它的半导体处理系统。
如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其它的工具电路或模块、其它工具组件、群集工具、其它工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者在将晶片的容器往来于半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口搬运的材料搬运中使用的工具通信。

Claims (22)

1.一种用于填充衬底处理装置的安瓿的方法，其包括：
(a)确定用液体前体填充所述安瓿的安瓿填充开始条件得到满足；
(b)用前体填充所述安瓿，其中用所述前体填充所述安瓿与至少一个其它的衬底处理操作同时执行，其中所述至少一个其它的衬底处理操作包括晶片换位操作、温度浸泡操作以及抽排至基压的操作；
(c)确定在所述安瓿中的传感器液位指示所述安瓿不是满液位，其中当所述安瓿中的传感器液位表明所述安瓿是满液位时，主要的填充停止条件得到满足；
(d)保持填充所述安瓿的累积时间，其中填充所述安瓿的所述累积时间是自从填充所述安瓿的累积时间上次被重置以来所述前体流入所述安瓿的全部时间，其中当所述安瓿中的传感器液位指示所述安瓿是满液位时，填充所述安瓿的所述累积时间被重置；
(e)确定二次填充停止条件得到满足，其中所述二次填充停止条件包含确定所述填充的所述累积时间超过阈值；以及
(f)响应于确定所述二次填充停止条件得到满足以及响应于确定所述安瓿中的所述传感器液位表明所述安瓿不是满液位，停止用所述前体对所述安瓿的所述填充。
2.根据权利要求1所述的方法，其中当安瓿再填充暂时停止且沉积开始时所述填充的累积时间暂时停止一次或多次，但是当填充再开始时，所述填充的累积时间复位。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述阈值介于50秒和90秒之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其还包括在操作(e)停止所述填充时，启动软关机。
5.根据权利要求1所述的方法，其中产生在所述安瓿中的所述传感器液位的所述传感器发生故障。
6.根据权利要求1所述的方法，其中提供所述液体前体到所述安瓿的系统发生故障。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述安瓿填充开始条件包括确定所述衬底处理装置处于或将要进入一或多个衬底装载到所述衬底处理装置的衬底处理室之后、所述一或多个衬底中任意一个从所述衬底处理室卸载之前以及当沉积不在所述衬底处理室中发生的阶段。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述安瓿填充开始条件包括确定沉积操作的序列已在包含于所述衬底处理装置中的衬底上完成。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述沉积操作的序列是与原子层沉积相关联的沉积操作。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述安瓿填充开始条件包括确定所述前体体积在阈值体积以下。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述安瓿填充开始条件包括确定当前正在执行用于沉积操作的准备工作。
12.根据权利要求1所述的方法，其中与填充所述安瓿同时执行的所述至少一个其它的衬底处理操作包括晶片换位操作。
13.根据权利要求1所述的方法，其中与填充所述安瓿同时执行的所述至少一个其它的衬底处理操作包括前体和/或衬底的温度浸泡。
14.根据权利要求1所述的方法，其中与填充所述安瓿同时执行的所述至少一个其它的衬底处理操作包括抽排至基压的操作。
15.一种前体再填充系统，其包括：
安瓿，其被构造成流体连接到前体输送系统和前体源上并被配置成容纳液体前体；以及
一个或多个控制器，其被构造成：
(a)确定用液体前体填充所述安瓿的安瓿填充开始条件得到满足；
(b)用前体填充所述安瓿，其中用所述前体填充所述安瓿与至少一个其它的衬底处理操作同时执行，其中所述至少一个其它的衬底处理操作包括晶片换位操作、温度浸泡操作或抽排至基压的操作；
(c)确定在所述安瓿中的传感器液位指示所述安瓿不是满液位，其中当所述安瓿中的传感器液位表明所述安瓿是满液位时，主要的填充停止条件得到满足；
(d)保持填充所述安瓿的累积时间，其中填充所述安瓿的所述累积时间是自从填充所述安瓿的累积时间上次被重置以来所述前体流入所述安瓿的全部时间，其中当所述安瓿中的传感器液位指示所述安瓿是满液位时，填充所述安瓿的所述累积时间被重置；
(e)确定二次填充停止条件得到满足，其中所述二次填充停止条件包含确定所述填充的所述累积时间超过阈值；以及
(f)响应于确定所述二次填充停止条件得到满足以及响应于确定所述安瓿中的所述传感器液位表明所述安瓿不是满液位，停止用所述前体对所述安瓿的所述填充。
16.根据权利要求15所述的前体再填充系统，其中所述一个或多个控制器被进一步构造成当安瓿再填充暂时停止且沉积开始时使所述填充的累积时间暂时停止一次或多次。
17.根据权利要求15所述的前体再填充系统，其中所述阈值介于50秒和90秒之间。
18.根据权利要求15所述的前体再填充系统，其中所述一个或多个控制器被进一步构造成在操作(e)停止所述填充时，启动软关机。
19.根据权利要求15所述的前体再填充系统，其中所述安瓿填充开始条件包括确定所述衬底处理装置处于或将要进入用所述前体填充所述安瓿引起的所述液体前体的搅动会对所述衬底处理装置处理的衬底的一致性具有最小影响的阶段。
20.根据权利要求15所述的前体再填充系统，其中所述安瓿填充开始条件包括确定所述前体体积在阈值体积以下。
21.根据权利要求15所述的前体再填充系统，其中与填充所述安瓿同时执行的所述至少一个其它的衬底处理操作包括所述前体和/或衬底的温度浸泡。
22.根据权利要求15所述的前体再填充系统，其进一步包括：
沉积室；以及
容纳在所述沉积室内的衬底处理站，其中所述衬底处理站包括被构造成接收衬底的衬底支架并且所述前体输送系统被构造成在处理由所述衬底处理站接收的衬底期间输送前体。
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