DE102008004185A1

DE102008004185A1 - Flüssigkeitszufuhreinheit und -verfahren, Anlage und Verfahren zur Behandlung von Substraten damit

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Publication number: DE102008004185A1
Application number: DE102008004185A
Authority: DE
Inventors: Tae-Young Nam; Tae-Ho Kim; Ho-Wang Kim; Sang-Gon Lee; Byung-Ho Ahn; Hyung-Koo Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2008-07-24
Also published as: CN101307435A; JP2008172246A; US20080168946A1; KR20080066411A; KR100855582B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitszufuhreinheit (40) und ein Verfahren zum Zuführen einer Flüssigkeit von einem Pufferbehälter sowie auf eine Anlage und ein Verfahren zum Behandeln von Substraten unter Verwendung derselben. Erfindungsgemäß beinhaltet der Pufferbehälter einen Hohlraum, der eine Flüssigkeit aufnimmt, und die Flüssigkeitszufuhreinheit beinhaltet des Weiteren ein Flüssigkeitseinlassrohr (420), durch das dem Pufferbehälter Flüssigkeit von einem Flüssigkeitsspeicherbehälter (422) zugeführt wird, ein Flüssigkeitszufuhrrohr (440) zum Zuführen einer in dem Pufferbehälter vorhandenen Flüssigkeit, ein Gaseinlassrohr (430), durch das dem Pufferbehälter ein druckbeaufschlagendes Gas aus einem Gasspeicherbehälter (432) zugeführt wird, um die in dem Pufferbehälter vorhandene Flüsigkeit mit Druck zu beaufschlagen und so die Flüssigkeit durch das Flüssigkeitszufuhrrohr aus dem Pufferbehälter auszutreiben, und eine Belüftungsleitung (450), die mit dem Pufferbehälter verbunden ist, zum Abführen des druckbeaufschlagenden Gases aus dem Pufferbehälter. Verwendung z. B. in Halbleiterbauelementfertigungsanlagen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitszufuhreinheit und ein Flüssigkeitszufuhrverfahren, z. B. zum Zuführen einer Flüssigkeit von einem Pufferbehälter, und auf eine Anlage sowie ein Verfahren zur Behandlung von Substraten unter Verwendung derselben.
Im Allgemeinen beinhaltet die Fertigung von Halbleiterbauelementen eine Anzahl von Prozessen, wie Ionenimplantation, Deposition, Photolithographie und Ätzen. In einem Depositionsprozess wird eine dünne Schicht auf einem Wafer aufgebracht. Wenn speziell eine isolierende Metalloxidschicht mit einer Dielektrizitätskonstanten, die höher als jene einer Siliciumnitridschicht ist, auf einem Substrat aufgebracht wird, kann ein Sputterverfahren verwendet werden. Wenn jedoch das Sputterverfahren verwendet wird, ist es schwierig, feine Strukturen zu bilden, und viele Partikel, die während des Sputterprozesses erzeugt werden, können das darunterliegende Substrat schädigen. Daher wird die isolierende Metalloxidschicht in einer neueren Vorgehensweise durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) unter Verwendung einer organischen Metallverbindung als einem Vorläufer der Isolationsmetalloxidschicht gebildet.
In einer Vorrichtung zum Aufbringen einer organischen Metallschicht durch CVD wird eine Vorläuferchemikalie im flüssigen Zustand in einem Pufferbehälter gespeichert und unter Druck gesetzt, um die Chemikalie durch ein Zufuhrrohr, das durch einen Verdampfer hindurch geht, einer Behandlungseinheit zuzuführen.
Wenn die gesamte in dem Pufferbehälter gespeicherte Vorläuferchemikalie verbraucht ist, wird der Betrieb der Depositionsvorrichtung ausgesetzt, um den Pufferbehälter durch einen neuen zu ersetzen oder den Pufferbehälter neu zu befüllen. Im ersteren Fall nimmt die Betriebsgeschwindigkeit der Depositionsvorrichtung ab, da der Betrieb der Depositionsvorrichtung während der Ersetzung des Pufferbehälters ausgesetzt wird. Im letzteren Fall nimmt die Menge an Chemikalie, die neu in den Pufferbehälter gefüllt werden kann, mit zunehmender Anzahl an Neubefüllungen ab, da der Druck im Inneren des Pufferbehälters aufgrund von druckbeaufschlagendem Gas proportional zu der Anzahl von Neubefüllungen zunimmt. Daher ist es möglich, dass der Pufferbehälter mit zunehmender Anzahl von Neubefüllungen häufiger neu befüllt werden muss, und es kann aufgrund des hohen Drucks des Pufferbehälters viel Zeit erfordern, die Rate der Chemikalienzufuhr von dem Pufferbehälter zu der Behandlungseinheit auf einem konstanten Niveau zu halten.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Flüssigkeitszufuhreinheit und eines Flüssigkeitszufuhrverfahrens zum effizienten Zuführen einer Flüssigkeit, wie einer flüssigen Chemikalie, sowie einer Anlage und eines Verfahrens zum Behandeln von Substraten unter Verwendung der Flüssigkeitszufuhreinheit zugrunde, die in der Lage sind, die oben erwähnten Schwierigkeiten des Standes der Technik zu reduzieren oder zu vermeiden.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Flüssigkeitszufuhreinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Substratbehandlungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 10, eines Flüssigkeitszufuhrverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und eines Substratbehandlungsverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen ein effizientes Neubefüllen eines Pufferbehälters mit einer Flüssigkeit, wie einer flüssigen Chemikalie, ohne eine Abnahme der Betriebsgeschwindigkeit.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beschrieben und sind in den Zeichnungen gezeigt, in denen:
1 eine Anlage zum Behandeln von Substraten darstellt,
2 eine Behandlungseinheit der Anlage von 1 schematisch darstellt,
3 eine modifizierte Version der Anlage von 1 darstellt,
4 ein Flussdiagramm eines Betriebs der Substratbehandlungsanlage von 1 oder 3 darstellt,
5 bis 9 Auf/Zu-Zustände von automatischen Ventilen gemäß verschiedenen Betriebsbedingungen der Substratbehandlungsanlage der 1 oder 3 darstellen und
10A und 10B eine Beziehung zwischen dem internen Druck eines Pufferbehälters und der Menge an einer Chemikalie, mit wel cher der Pufferbehälter neu befüllt wurde, graphisch darstellen, um den Fall, in dem der Pufferbehälter mit der Chemikalie ohne Ablassen von Gas aus dem Pufferbehälter wiederbefüllt wird, mit dem Fall zu vergleichen, in dem der Pufferbehälter mit der Chemikalie neu befüllt wird, nachdem Gas aus dem Pufferbehälter abgelassen wurde.
In der folgenden Beschreibung ist eine Depositionsanlage für organisches Metall, die zum Aufbringen einer organischen Metallschicht auf ein Substrat in einem Halbleiterbauelementfertigungsprozess verwendet wird, als eine exemplarische Anlage zur Erläuterung von Ausführungsformen der Erfindung ausgewählt. Der Umfang der Erfindung ist jedoch nicht auf die Depositionsanlage für organisches Metall beschränkt. Ausführungsformen der Erfindung können auf verschiedene Flüssigkeitszufuhreinheiten angewendet werden, die einer Stelle, die sich außerhalb eines Pufferbehälters befindet, eine Flüssigkeit von dem Pufferbehälter zuführen, indem der Pufferbehälter mit Gas unter Druck gesetzt wird.
1 stellt eine Anlage 1 zum Behandeln von Substraten gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar. Bezugnehmend auf 1 beinhaltet die Substratbehandlungsanlage 1 eine Behandlungseinheit 10 und eine Flüssigkeitszufuhreinheit 40. Die Behandlungseinheit 10 stellt eine Kammer oder einen Ort 40 bereit, in der/an dem eine organische Metallschicht auf ein Substrat aufgebracht werden kann. Die Flüssigkeitszufuhreinheit 40 führt der Behandlungseinheit 10 zwecks Deposition der organischen Metallschicht eine Chemikalie (organisches Metall) zu. Eine von der Flüssigkeitszufuhreinheit 40 zugeführte Chemikalie in flüssigem Zustand wird durch einen Verdampfer 444 verdampft und dann der Behandlungseinheit 10 zugeführt.
2 stellt die Behandlungseinheit 10 der Anlage von 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch dar. Die Behandlungs einheit 10 in diesem Beispiel beinhaltet eine Prozesskammer 100, in der ein Depositionsprozess durchgeführt wird. Die Prozesskammer 100 beinhaltet ein aus Quarz gebildetes inneres Rohr 120 und ein äußeres Rohr 140. Das innere Rohr 120 weist eine hohle zylindrische Form mit geöffneten oberen und unteren Enden auf. Das äußere Rohr 140 umgibt das innere Rohr 120 in einem vorgegebenen Abstand von dem inneren Rohr 120. Das äußere Rohr 140 weist eine hohle zylindrische Form mit einem geöffneten unteren Ende auf. Ein Heizer 160 ist um das äußere Rohr 140 herum angeordnet. Der Heizer 160 arbeitet dahingehend, die Prozesskammer 100 auf einer vorgegebenen Prozesstemperatur zu halten.
Zu verarbeitende Wafer (W) sind in ein Boot 300 geladen. Das Boot 300 beinhaltet eine horizontale obere Platte 312 und eine untere Platte 314, die an einer entgegengesetzten Seite der oberen Platte 312 angeordnet ist. Eine Mehrzahl von vertikalen Trägern 320 ist zwischen der oberen und der unteren Platte 312 und 314 angeordnet. In jedem der vertikalen Träger 320 sind Schlitze zum Aufnehmen von Kanten der Wafer (W) ausgebildet. Die Anzahl von Schlitzen kann für jeden der vertikalen Träger 320 etwa 50 bis 100 betragen. Unter der unteren Platte 314 sind Wärmeabführplatten 342 angeordnet. Die Wärmeabführplatten 342 sind aus Quarz gebildet und horizontal angeordnet. Das Boot 300 ist von einer Abdeckung 344 getragen. Die Abdeckung 344 weist eine Plattenform auf. Wenn das Boot 300 in das innere Rohr 120 eingesetzt wird, stellt die Abdeckung 344 einen Kontakt mit einer Bodenfläche eines Flansches 200 her, um die Prozesskammer 100 abzudichten. Eine Antriebseinheit 380 ist mit der Abdeckung 344 verbunden. Die Antriebseinheit 380 beinhaltet einen Motor 382 zum Drehen der Abdeckung 344 und eine Hebevorrichtung 384, um die Abdeckung 344 in einer vertikalen Richtung zu bewegen. Die Hebevorrichtung 344 beinhaltet einen Motor 384c, eine von dem Motor 384c gedrehte Schraube 384b und eine Klammer 384a, welche die Schraube 384b aufnimmt und mit der Abde ckung 344 verbunden ist. Wenn sich die Schraube 384b dreht, bewegt sich die Klammer 384a linear in einer vertikalen Richtung.
Der Flansch 200 ist unter dem inneren und dem äußeren Rohr 120 und 140 angeordnet, um das innere und das äußere Rohr 120 und 140 zu tragen. Der Flansch 200 beinhaltet in einem mittleren Teil eine Durchdringungsöffnung. Die Prozesskammer 100 ist durch die Durchdringungsöffnung des Flansches 200 mit einer Wartekammer (nicht gezeigt) verbunden. Die Wafer (W) werden von der Wartekammer aus in das Boot 300 geladen und in das innere Rohr 120 hinein und aus diesem heraus bewegt. Der Flansch 200 beinhaltet eine äußere Basis 222, die das äußere Rohr 130 trägt, und eine innere Basis 224, die das innere Rohr 120 trägt. Die äußere Basis 222 weist eine Ringform auf und erstreckt sich von einem oberen Ende des Flansches 200 aus nach außen. Die innere Basis 224 weist eine Ringform auf und erstreckt sich von einer Innenseite des Flansches 200 aus nach innen. An einer Seite des Flansches 200 sind Anschlüsse 242 und 262 ausgebildet. Der Anschluss 242 ist mit einem Zufuhrrohr 240 verbunden, um ein Prozessgas zu empfangen, und der Anschluss 262 ist mit einem Zufuhrrohr 260 verbunden, um ein Spülgas zu empfangen. Ein Auslassrohr 280 ist mit der anderen Seite des Flansches 200 verbunden. Eine Prozesspumpe 282 ist mit dem Auslassrohr 280 verbunden, um das Innere der Prozesskammer 100 während des Betriebs auf einem niedrigen Druck zu halten und Nebenprodukte durch das Auslassrohr 280 aus der Prozesskammer 100 abzuführen. Mit dem Auslassrohr 280 kann ein Wäscher 284 verbunden sein, um aus der Prozesskammer 100 abgeführtes Gas zu reinigen.
Während ein Prozessgas, das ein Vorläuferprodukt beinhaltet, in das innere Rohr 120 eingebracht wird und nach oben strömt, wird das Vorläuferprodukt auf die auf das Boot 300 geladenen Wafer (W) aufgebracht. Jegliches verbliebene Prozessgas strömt entlang eines Pfads zwischen dem inneren Rohr 120 und dem äußeren Rohr 140 nach unten und wird durch das Auslassrohr 280 aus der Prozesskammer 100 nach außen abgeführt.
Um zum Beispiel Hafniumoxidschichten auf die Wafer (W) aufzubringen, können ein Oxidationsgas und ein Hafniumvorläuferquellengas (chemisches Gas) als Prozessgase verwendet werden. Als Hafniumvorläuferquelle kann Tetraethylmethylaminohafnium (TEMAHf) verwendet werden, und als Oxidationsgas kann Sauerstoff(O₂)-Gas verwendet werden. Des Weiteren können Argon- oder Nitridgas als Spülgas verwendet werden.
Im Detail wird der Prozesskammer 100 als erstes ein Hafniumvorläuferquellengas zugeführt, um dünne (auf atomarem Niveau) Hafniumvorläuferschichten auf den Wafern (W) zu bilden. Als nächstes wird der Prozesskammer 100 ein Spülgas zugeführt, um die Prozesskammer 100 zu spülen. Als nächstes wird der Prozesskammer 100 Sauerstoffgas zugeführt, um die dünnen Hafniumvorläuferschichten zu oxidieren, um Hafniumoxidschichten auf atomarem Niveau auf den Wafern (W) zu bilden. Dann wird der Prozesskammer 100 ein Spülgas zugeführt, um während der Bildung der Hafniumoxidschichten erzeugte Nebenprodukte aus der Prozesskammer 100 zu entfernen. In einem Depositionszyklus werden Hafniumvorläuferquellengas, Spülgas, Sauerstoffgas und Spülgas sequentiell der Prozesskammer 100 zugeführt, wie vorstehend beschrieben. Dieser Depositionszyklus kann wiederholt werden, um die Hafniumoxidschicht mit einer gewünschten Dicke aufzuwachsen.
In dem vorstehend beschriebenen Beispiel wird Tetraethylmethylaminohafnium (TEMAHf) als Vorläuferquellengas verwendet. Es können jedoch in Abhängigkeit vom Typ einer aufzubringenden dünnen Schicht auch andere Arten von Vorläuferquellengas verwendet werden. Wenn zum Beispiel eine Aluminiumoxidschicht oder eine Zirkoniumoxidschicht aufgebracht wird, können Trimethylaluminium (TMAl) oder Tetraethylmethylaminozirkonium (TEMAZr) als Vorläuferquellengas verwendet werden. Wenn eine dünne Nitridschicht aufgebracht wird, können außerdem Ammoniak- oder Nitridgas anstelle von Sauerstoffgas verwendet werden.
Das Vorläuferquellengas wird in der Form einer flüssigen Chemikalie zugeführt und wird durch den Verdampfer 444 der Flüssigkeitszufuhreinheit 40 verdampft. Dann wird das Vorläuferquellengas der Prozesskammer 100 von der Flüssigkeitszufuhreinheit 30 zugeführt. Im Folgenden wird ein exemplarischer Aufbau der Flüssigkeitszufuhreinheit 40 unter Bezugnahme auf 1 detaillierter beschrieben.
Die Flüssigkeitszufuhreinheit 30 beinhaltet einen Pufferbehälter 410, ein Chemikalieneinlassrohr (ein Flüssigkeitseinlassrohr) 420, ein Gaseinlassrohr 430, ein Chemikalienzufuhrrohr (ein Flüssigkeitszufuhrrohr) 440 und eine Entlüftungsleitung 450. Der Pufferbehälter 410 kann eine Fassform aufweisen, um eine Chemikalie aufzunehmen und zu bevorraten. Der Pufferbehälter 410 ist aus korrosionsbeständigem Edelstahl gebildet und weist eine Festigkeit auf, die einem hohen Druck standhält. Ein Pegelmesselement 414 ist in dem Pufferbehälter 410 installiert, um die Höhe einer in den Pufferbehälter 410 gefüllten Chemikalie zu messen. Als Pegelmesselement 414 können Sensoren verwendet werden, um zu ermitteln, ob die Höhe der Chemikalie einen vorgegebenen Pegel erreicht. Zum Beispiel kann das Pegelmesselement 414 einen untersten Sensor 414a, einen unteren Sensor 414b, einen oberen Sensor 414c und einen obersten Sensor 414d beinhalten. Der untere Sensor 414b wird dazu verwendet, zu detektieren, ob die Höhe der Chemikalie einen ersten Pegel erreicht. Wenn die Höhe der Chemikalie den ersten Pegel erreicht, kann es notwendig sein, den Pufferbehälter 410 neu zu befüllen. Er kann zum Beispiel derart voreingestellt sein, dass beim ersten Pegel etwa 25% des Speichervolumens des Pufferbehälters 410 mit der Chemikalie gefüllt ist. Der obere Sensor 414c wird dazu verwendet, zu detektieren, ob die Höhe der Chemikalie einen zweiten Pegel erreicht. Wenn die Höhe der Chemikalie den zweiten Pegel erreicht, kann es notwendig sein, die Zufuhr einer Chemikalie zu dem Pufferbehälter 410 zu stoppen. Zum Beispiel kann er so voreingestellt sein, dass bei dem zweiten Pegel etwa 40% des Speichervolumens des Pufferbehälters 4310 mit der Chemikalie gefüllt ist. Der unterste und der oberste Sensor 414a und 414d werden dazu verwendet, extrem niedrige und hohe Höhen der Chemikalie zu detektieren, die für eine Durchführung eines Betriebs nicht geeignet sind.
Das Chemikalieneinlassrohr 420 ist mit einem Chemikalien(Flüssigkeits)-Speicherbehälter 422 derart verbunden, dass dem Pufferbehälter 410 eine (flüssige) Chemikalie aus dem Chemikalienspeicherbehälter 422 zugeführt werden kann. Das Chemikalieneinlassrohr 420 geht durch eine obere Wand des Pufferbehälters 410 derart hindurch, dass sich ein Ende des Chemikalieneinlassrohrs 420 an einem oberen Teil des Pufferbehälters 410 befindet. Das Chemikalieneinlassrohr 420 wird dazu verwendet, den Pufferbehälter 410 gemäß voreingestellten Bedingungen mit einer Chemikalie neu zu befüllen. Der Chemikalienspeicherbehälter 422 speichert eine Chemikalie (organisches Metall im flüssigen Zustand). Wie vorstehend beschrieben, kann die Chemikalie TEMAHf, TEMAZr oder TMAl sein.
Das Gaseinlassrohr 430 ist mit einem Gasspeicherbehälter 432 derart verbunden, dass dem Pufferbehälter 410 Gas von dem Gasspeicherbehälter 432 aus zugeführt werden kann. Ein chemisch stabiles Gas, wie Helium(He)-, Argon(Ar)- oder Nitrid(N₂)-Gas, kann in den Gasspeicherbehälter 432 gefüllt werden. Das Gaseinlassrohr 430 geht durch die obere Wand des Pufferbehälters 410 derart hindurch, dass sich ein Ende des Gaseinlassrohrs 430 an einem oberen Teil des Pufferbehälters 410 befindet. Das Chemikalieneinlassrohr 420 wird dazu verwendet, den Pufferbehälter 410 gemäß voreingestellten Bedingungen mit einer Chemikalie neu zu befüllen. Der Chemikalienspeicherbehälter 422 speichert eine Chemikalie (organisches Metall im flüssigen Zustand). Ein Filter 433, ein Nadelventil 434 und ein Rückschlagventil 435 sind an dem Gaseinlassrohr 430 installiert. Der Filter 433 entfernt Verunreinigungen aus dem Gas, wenn das Gas dem Pufferbehälter 410 von dem Gasspeicherbehälter 432 zugeführt wird. Das Nadelventil 434 wird zum Steuern der Flussrate des Gases verwendet. Das Rückschlagventil 435 verhindert einen Rückfluss des Gases von dem Pufferbehälter 410 zu dem Gasspeicherbehälter 432. Dem Pufferbehälter 410 wird Gas von dem Gasspeicherbehälter 432 zugeführt, um den Pufferbehälter 410 derart mit Druck zu beaufschlagen, dass die Chemikalie, die in dem Pufferbehälter 410 vorhanden und in diesen gefüllt ist, der Prozesskammer 100 durch das Chemikalienzufuhrrohr 440 zugeführt werden kann.
Das Chemikalienzufuhrrohr 440 geht durch die obere Wand des Pufferbehälters 410 hindurch und erstreckt sich bis zu einem unteren Teil des Pufferbehälters 410. Der Verdampfer 444 ist an dem Chemikalienzufuhrrohr 440 installiert, um die von dem Pufferbehälter 410 zugeführte Chemikalie zu verdampfen. Eine Flussratensteuereinheit 442, wie eine Flüssigkeitsflusssteuereinheit (LFC), ist an dem Chemikalienzufuhrrohr 440 installiert, um die Menge an Chemikalien zu steuern, die durch das Chemikalienzufuhrrohr 440 fließt.
Mit zunehmender Anzahl von Neubefüllungen des Pufferbehälters 410 nimmt der interne Druck des Pufferbehälters 410 zu. Im Detail wird dem Pufferbehälter 410 Gas zugeführt, um die in den Pufferbehälter 410 gefüllte Chemikalie mit Druck zu beaufschlagen und so der Prozesskammer 100 die Chemikalie von dem Pufferbehälter 410 zuzuführen, und das Gas wird abgeführt, nachdem die Chemikalie der Prozesskammer 100 zugeführt wurde. In diesem Zustand wird der Pufferbehälter 410 mit einer Chemikalie neu befüllt und dem Pufferbehälter 410 wird wieder Gas zugeführt, um der Prozesskammer 100 die Chemikalie von dem Pufferbehälter 410 durch das Chemikalienzufuhrrohr 440 zuzuführen. Daher nimmt der interne Druck des Pufferbehälters 410 mit zunehmender Anzahl von Neubefüllungen des Pufferbehälters 410 zu. Aus diesem Grund ist die Belüftungsleitung 450 mit dem Pufferbehälter 410 verbunden, um bei einer voreingestellten Bedingung Gas aus dem Pufferbehälter 410 abzuführen. In der Belüftungsleitung 450 ist eine Belüftungspumpe 452 installiert, um Gas aus dem Pufferbehälter 410 abzuführen. Die Belüftungsleitung 450 ist mit dem vorstehend beschriebenen Wäscher 284 verbunden. In einer Ausführungsform kann die Belüftungsleitung 450 von dem Gaseinlassrohr 430 abzweigen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Belüftungsleitung 450 unabhängig von dem Gaseinlassrohr 430 vorgesehen sein, wie in 3 gezeigt.
In dem Chemikalieneinlassrohr 420, dem Gaseinlassrohr 430 und dem Chemikalienzufuhrrohr 440 sind automatische Ventile AV1, AV2 beziehungsweise AV4 installiert. Des Weiteren sind automatische Ventile AV3 und AV5 in der Belüftungsleitung 450 installiert. Das automatische Ventil AV3 befindet sich zwischen dem Pufferbehälter 410 und einem Verzweigungspunkt, an dem die Belüftungsleitung 450 von dem Gaseinlassrohr 430 abzweigt, und das automatische Ventil AV5 befindet sich zwischen dem Verzweigungspunkt und der Belüftungspumpe 452. Die automatischen Ventile AV1, AV2, AF3, AV4 und AV5 werden in Reaktion auf die Steuereinheit 470 automatisch geöffnet und geschlossen.
In einer Ausführungsform kann die vorstehend beschriebene voreingestellte Bedingung zum Abführen von Gas aus dem Pufferbehälter 410 der Druck des Pufferbehälters 410 sein, bevor der Pufferbehälter 410 mit einer Chemikalie neu befüllt wird. Ein Druckmesselement, das mit der Steuereinheit zwecks Bereitstellen eines Rückkopplungssignals zu diesem verbunden ist, kann zum Messen des Drucks des Pufferbehälters 410 verwendet werden. Ein Manometer 460 kann als Druckmess element verwendet werden. Das Manometer 460 kann zwischen dem automatischen Ventil AV3 und dem Verzweigungspunkt in dem Gaseinlassrohr 430 installiert sein. In dem Fall, in dem die Belüftungsleitung 450 unabhängig von dem Gaseinlassrohr 430 vorgesehen ist, ist das Manometer 460 in der Belüftungsleitung 450 installiert. Alternativ kann das Manometer 460 in dem Pufferbehälter 410 anstatt dem Gaseinlassrohr 430 oder der Belüftungsleitung 450 installiert sein. Auf diese Weise kann der Druck des Pufferbehälters 410 in Echtzeit überwacht werden.
Die Bedingung für ein Abführen von Gas aus dem Pufferbehälter 410 kann in Abhängigkeit von einer Anzahl von Faktoren geändert werden. Zum Beispiel kann die Anzahl von Neubefüllungen des Pufferbehälters 410 oder die Anzahl von Prozessabläufen der Prozesskammer 100 als Bedingung für eine Ermittlung der zeitlichen Steuerung des Abführens von Gas aus dem Pufferbehälter 410 verwendet werden.
Die Belüftungspumpe 452 und das Chemikalienzufuhrrohr 440 sind durch ein Verbindungsrohr 480 verbunden. Das Verbindungsrohr 480 zweigt von dem Chemikalienzufuhrrohr 440 an einem Punkt zwischen dem Verdampfer 444 und der Behandlungseinheit 10 ab. In einem frühen Stadium wird eine von dem Verdampfer 444 verdampfte Chemikalie nicht zu der Behandlungseinheit 10 geleitet. Stattdessen wird die verdampfte Chemikalie durch das Verbindungsrohr 480 abgeführt, bis die Chemikalie im Verdampfer 444 stabil verdampft wird. In dem Chemikalienzufuhrrohr 440 ist zwischen der Behandlungseinheit 10 und einem Verzweigungspunkt, an dem das Verbindungsrohr 480 von dem Chemikalienzufuhrrohr 440 abzweigt, ein automatisches Ventil AV6 installiert. In dem Verbindungsrohr 480 ist ein automatisches Ventil AV7 installiert. Gas, das von dem Pufferbehälter 410 abgeführt wird, und nicht stabile Dampfchemikalien können durch die Belüftungspumpe 452 anstelle der Prozesspumpe 282 abgeführt werden. Daher ist es möglich, die Pro zesspumpe 282 weniger häufig zu reinigen, und somit kann die Betriebsgeschwindigkeit der Prozesspumpe 282 erhöht werden.
Eine Steuereinheit 470 steuert den Betrieb der Flüssigkeitszufuhreinheit 40 und der Behandlungseinheit 10. Die Steuereinheit 470 empfängt Information bezüglich des Drucks des Pufferbehälters 410 und der Füllhöhe einer in dem Pufferbehälter 410 vorhandenen Chemikalie von dem Manometer 460 und dem Pegelmesselement 414. Die Steuereinheit 470 steuert Öffnungs- und Schließaktivitäten der automatischen Ventile AV1, AV2, AV3, AV4, AV5, AV6 und AV7 (man beachte, dass gestrichelte Linien zwischen der Steuereinheit 470 und den Ventilen AV1, AV5, AV6 und AV7 zur Darstellung einer automatisierten Steuerung der Ventile in Wirklichkeit vorhanden sind, wenngleich in 1 zwecks Klarheit nicht gezeigt).
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die 4 bis 9 ein Verfahren zum Zuführen einer Chemikalie von der Flüssigkeitszufuhreinheit 40 zu der Behandlungseinheit 10 beschrieben. 4 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung, wie die Flüssigkeitszufuhreinheit 40 mit einer Chemikalie neu befüllt wird, und die 5 bis 9 stellen Auf/Zu-Zustände der automatischen Ventile AV1, AV2, AV3, AV4, AV5, AV6 und AV7 für die Zuführung einer Chemikalie dar. In den 5 bis 9 ist ein geschwärztes Ventil ein geschlossenes Ventil, und ein nicht geschwärztes Ventil ist ein geöffnetes Ventil.
Nach dem Füllen des Pufferbehälters 410 mit einer flüssigen Chemikalie wird dem Pufferbehälter 410 Gas zugeführt, um den Druck des Pufferbehälters 410 zu erhöhen. In Reaktion auf die Zunahme des Drucks des Pufferbehälters 410 wird die Chemikalie dem Chemikalienzufuhrrohr 440 zugeleitet. Dann wird die Chemikalie im Verdampfer 444 verdampft und wird der Prozesskammer 100 der Behandlungseinheit 10 zugeführt. Hierbei wird die verdampfte Chemikalie der Behandlungseinheit 10 nicht direkt zugeführt. Stattdessen wird die verdampfte Chemikalie durch die Belüftungspumpe 452 abgeführt, bis an dem Verdampfer 444 eine stabile Chemikalienverdampfung erreicht ist. Für diesen Schritt werden die automatischen Ventile AV2, AV3, AV4 und AV7 geöffnet, und die automatischen Ventile AV1, AV5 und AV6 werden geschlossen (siehe 5).
Bezugnehmend auf 6 wird die verdampfte Chemikalie nach einer stabilen Verdampfung der Chemikalie im Verdampfer 444 gemäß Schritt S12 der Prozesskammer 100 der Behandlungseinheit 10 zwecks eines Depositionsprozesses zugeführt. Hierbei werden die automatischen Ventile AV2, AV3, AV4 und AV6 geöffnet, und die automatischen Ventile AV1, AV5 und AV7 werden geschlossen.
Mit Fortschreiten des Depositionsprozesses nimmt die Menge an in dem Pufferbehälter 410 vorhandener Chemikalie ab. Im Schritt S14 detektiert der untere Sensor 414b, ob die Höhe der in dem Pufferbehälter 410 vorhandenen Chemikalie auf den ersten Pegel reduziert ist. Wenn die Höhe der in dem Pufferbehälter 410 vorhandenen Chemikalie auf den ersten Pegel reduziert ist, ist der Pufferbehälter 410 im Schritt S22 mit einer Chemikalie neu zu befüllen. Bevor der Pufferbehälter 410 neu befüllt wird, wird im Schritt S16 ermittelt, ob in der Prozesskammer 100 ein Depositionsprozess an Wafern (W) durchgeführt wird. Wenn in der Prozesskammer 100 kein Depositionsprozess an den Wafern (W) durchgeführt wird, wird der Druck des Pufferbehälters 410 detektiert, und die Steuereinheit 470 ermittelt im Schritt S20, ob der detektierte Druck niedriger als ein erster Referenzdruck ist. Wenn der Depositionsprozess an den Wafern (W) in der Prozesskammer 100 durchgeführt wird, wird der Druck des Pufferbehälters 410 im Schritt S18 nach Beendigung des Depositionsprozesses für die Wafer (W) detektiert. Um den Druck des Pufferbehälters 410 zu detektieren, wird das automatische Ventil AV3 ge öffnet, und die automatischen Ventile AV1, AV2, AV4, AV5, AV6 und AV7 werden geschlossen, wie in 7 gezeigt.
Wenn im Schritt S20 ermittelt wird, dass der Druck des Pufferbehälters 410 niedriger als der erste Referenzdruck ist, wird angenommen, dass der Druck des Pufferbehälters 410 innerhalb eines erlaubten Druckbereichs liegt, so dass kein Gas aus dem Pufferbehälter 410 abgeführt wird. Dann wird der Pufferbehälter 410 im Schritt S22 mit einer Chemikalie neu befüllt, bis die Höhe der Chemikalie auf einen zweiten Pegel angestiegen ist. Dabei wird das automatische Ventil AV1 geöffnet, und die automatischen Ventile AV2, AV3, AV4, AV5, AV6 und AV7 werden geschlossen, wie in 8 gezeigt.
Wenn im Schritt S20 ermittelt wird, dass der Druck des Pufferbehälters 410 höher als der erste Referenzdruck ist, wird im Schritt S24 Gas aus dem Pufferbehälter 410 durch die Belüftungsleitung 450 abgeführt. Dabei werden die automatischen Ventile AV3 und AV5 geöffnet, und die automatischen Ventile AV1, AV2, AV4, AV6 und AV7 werden geschlossen (siehe 9). Im Schritt S24 werden die automatischen Ventile AV3 und AV5 während einer voreingestellten Zeitspanne geöffnet, um Gas aus dem Pufferbehälter 410 durch die Belüftungsleitung 450 abzuführen. Danach wird das automatische Ventil AV5 geschlossen, und der Druck des Pufferbehälters 410 wird wiederum durch das geöffnete automatische Ventil AV3 gemessen. Wenn der Druck des Pufferbehälters 410 niedriger als ein zweiter Referenzdruck ist, wird der Schritt S24 beendet, und die Prozedur kehrt zum Schritt S22 für ein Neubefüllen des Pufferbehälters 410 mit einer Chemikalie zurück. Wenn der Druck des Pufferbehälters 410 höher als der zweite Referenzdruck ist, werden die automatischen Ventile AV3 und AV5 wieder während der voreingestellten Zeitspanne geöffnet, um Gas aus dem Pufferbehälter 410 abzuführen.
Der erste und der zweite Referenzdruck können gleiche Druckwerte haben. Alternativ können sich der erste und der zweite Referenzdruck unterscheiden.
Nach einer Neubefüllung des Pufferbehälters 410 im Schritt S22 kann jegliche in dem Chemikalieneinlassrohr 420 verbliebene Chemikalie in den Chemikalienspeicherbehälter 422 gesammelt werden. In diesem Fall können jedoch viele Partikel in dem Chemikalieneinlassrohr 420 vorhanden sein. Es erfordert möglicherweise viel Zeit, die Partikel aus dem Chemikalieneinlassrohr 420 zu entfernen, und somit kann die Betriebsgeschwindigkeit der Flüssigkeitszufuhreinheit 40 abnehmen. Aus diesem Grund wird das automatische Ventil AV1 nach der Neubefüllung des Pufferbehälters 410 im Schritt S22 geschlossen, so dass ein Teil des Chemikalieneinlassrohrs 420 zwischen dem Chemikalienspeicherbehälter 422 und dem automatischen Ventil AV1 mit der verbliebenen Chemikalie befüllt werden kann, um die Erzeugung von Partikeln zu verhindern. Daher kann eine Kontamination des Chemikalieneinlassrohrs 420 verhindert werden, und eine Reduktion der Betriebsgeschwindigkeit der Flüssigkeitszufuhreinheit 40 kann verhindert werden.
10A stellt eine Beziehung zwischen dem internen Druck des Pufferbehälters 410 und der Menge einer in dem Pufferbehälter 410 nach einem Neubefüllungsvorgang vorhandenen Chemikalie in dem Fall dar, in dem der Pufferbehälter 410 mit der Chemikalie ohne ein Ablassen von Gas aus dem Pufferbehälter 410 neu befüllt wird, und 10B stellt eine Beziehung zwischen dem internen Druck des Pufferbehälters 410 und der Menge einer neu in den Pufferbehälter 410 gefüllten Chemikalie in dem Fall dar, in dem der Pufferbehälter 410 nach einem Abführen von Gas aus dem Pufferbehälter 410 durch die Belüftungsleitung 450 neu mit der Chemikalie befüllt wird. Bezugnehmend auf 10A wird der Pufferbehälter 410 ohne Abführen von Gas aus dem Pufferbehälter 410 periodisch neu befüllt. Daher nimmt der interne Druck des Pufferbehäl ters 410 mit zunehmender Anzahl von Neubefüllungen des Pufferbehälters 410 zu. Somit reduziert sich die Menge einer Chemikalie, die neu in den Pufferbehälter 410 gefüllt wird, umgekehrt proportional zu dem internen Druck des Pufferbehälters 410. Im Gegensatz dazu wird bezugnehmend auf 10B der interne Druck des Pufferbehälters 410 reduziert, wenn Gas aus dem Pufferbehälter 410 abgeführt wird (siehe Symbol T in 10B), und somit nimmt die Menge einer Chemikalie zu, die in den Pufferbehälter 410 gefüllt wird.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Chemikalie kontinuierlich zugeführt werden, so dass die Betriebsgeschwindigkeit der Substratbehandlungsanlage erhöht werden kann.
Des Weiteren kann die Zeit reduziert werden, die für ein anfängliches Stabilisieren einer Chemikalienzufuhr notwendig ist.
Außerdem ist es möglich, den Pufferbehälter weniger häufig neu zu befüllen, so dass die Betriebsgeschwindigkeit der Substratbehandlungsanlage erhöht werden kann.
Der vorstehend offenbarte Gegenstand ist als illustrativ und nicht einschränkend anzusehen, und die beigefügten Ansprüche sind dazu gedacht, alle derartigen Modifikationen, Verbesserungen und weitere Ausführungsformen abzudecken, die in den tatsächlichen Inhalt und Umfang der vorliegenden Erfindung fallen. Somit ist der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die breitest zulässige Interpretation der folgenden Ansprüche und ihrer Äquivalente festzulegen und soll durch die vorstehende detaillierte Beschreibung nicht eingeschränkt oder beschränkt sein.

Claims

Flüssigkeitszufuhreinheit mit – einem Pufferbehälter (410), der einen Hohlraum zum Aufnehmen von Flüssigkeit beinhaltet, – einem Flüssigkeitseinlassrohr (420), durch das dem Pufferbehälter Flüssigkeit von einem Flüssigkeitsspeicherbehälter (422) zugeführt wird, – einem Flüssigkeitszufuhrrohr (440) zum Zuführen von in dem Pufferbehälter vorhandener Flüssigkeit, – einem Gaseinlassrohr (430), durch das dem Pufferbehälter ein druckbeaufschlagendes Gas von einem Gasspeicherbehälter (432) zugeführt wird, um die in dem Pufferbehälter vorhandene Flüssigkeit mit Druck zu beaufschlagen und so die Flüssigkeit von dem Pufferbehälter durch das Flüssigkeitszufuhrrohr auszutreiben, und – einer Belüftungsleitung (450), die mit dem Pufferbehälter verbunden ist, zum Abführen des druckbeaufschlagenden Gases aus dem Pufferbehälter.
Flüssigkeitszufuhreinheit nach Anspruch 1, die des Weiteren ein Druckmesselement (460) beinhaltet, das einen Druck im Inneren des Pufferbehälters misst.
Flüssigkeitszufuhreinheit nach Anspruch 2, wobei das Druckmesselement ein Manometer (460) ist, das in der Belüftungsleitung installiert ist.
Flüssigkeitszufuhreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die des Weiteren ein Pegelmesselement (424) beinhaltet, das eine Höhe der in dem Pufferbehälter vorhandenen Flüssigkeit misst.
Flüssigkeitszufuhreinheit nach Anspruch 4, wobei das Pegelmesselement beinhaltet: – einen unteren Sensor (414b), der die Höhe der in dem Pufferbehälter vorhandenen Flüssigkeit zur Ermittlung einer Zeit zum Starten einer Zufuhr von Flüssigkeit von dem Flüssigkeitsspeicherbehälter zu dem Pufferbehälter detektiert, und – einen oberen Sensor (414c), der die Höhe der in dem Pufferbehälter vorhandenen Flüssigkeit zur Ermittlung einer Zeit zum Stoppen der Zufuhr der Flüssigkeit von dem Flüssigkeitsspeicherbehälter zu dem Pufferbehälter detektiert.
Flüssigkeitszufuhreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die des Weiteren eine in der Belüftungsleitung installierte Belüftungspumpe (452) beinhaltet, um das druckbeaufschlagende Gas aus dem Pufferbehälter abzuführen.
Flüssigkeitszufuhreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die des Weiteren einen Verdampfer (444) in der Flüssigkeitszufuhrleitung beinhaltet, um die Flüssigkeit zu verdampfen.
Flüssigkeitszufuhreinheit nach Anspruch 7, die des Weiteren ein Verbindungsrohr (480) beinhaltet, das von dem Chemikalienzufuhrrohr abzweigt und mit der Belüftungspumpe verbunden ist.
Flüssigkeitszufuhreinheit nach einem der Ansprüche 5 bis 8, die des Weiteren beinhaltet: – Ventile (AV1 bis AV6), die in dem Flüssigkeitseinlassrohr, dem Flüssigkeitszufuhrrohr, dem Gaseinlassrohr beziehungsweise der Belüftungsleitung installiert sind, und – eine Steuereinheit (470), die Abtastsignale von dem unteren Sensor und dem Druckmesselement empfängt und das Öffnen/Schließen der Ventile steuert.
Anlage zum Behandeln von Substraten, mit – einer Behandlungseinheit (10), die eine Prozesskammer (100) beinhaltet, in der Substrate behandelt werden, und – einer Flüssigkeitszufuhreinheit (40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Flüssigkeit eine flüssige Chemikalie ist und das Flüssigkeitszufuhrrohr der Behandlungseinheit eine in dem Pufferbehälter vorhandene flüssige Chemikalie zuführt.
Anlage nach Anspruch 10, die des Weiteren eine Prozesspumpe (282) beinhaltet, welche die Prozesskammer der Behandlungseinheit auf einem voreingestellten Druck hält.
Flüssigkeitszufuhrverfahren zum Zuführen von Flüssigkeit von einem Pufferbehälter (410) zu einer Einheit (10) außerhalb des Pufferbehälters, indem die in dem Pufferbehälter vorhandene Flüssigkeit unter Verwendung von Gas mit Druck beaufschlagt wird, das dem Pufferbehälter zugeführt wird, wobei das Flüssigkeitszufuhrverfahren beinhaltet: – Neubefüllen des Pufferbehälters durch Zuführen von Flüssigkeit zu dem Pufferbehälter, wenn die Menge der in dem Pufferbehälter vorhandenen Flüssigkeit auf weniger als einen Referenzpegel reduziert ist, und – Abführen des Gases aus dem Pufferbehälter durch eine Belüftungsleitung (450), wenn eine voreingestellte Bedingung erfüllt ist, während das Neubefüllen des Pufferbehälters wiederholt wird.
Flüssigkeitszufuhrverfahren nach Anspruch 12, wobei die voreingestellte Bedingung eine Druckbedingung beinhaltet und das Abführen des Gases aus dem Pufferbehälter durchgeführt wird, wenn ein Druck im Inneren des Pufferbehälters gleich oder größer als ein Referenzdruck ist.
Flüssigkeitszufuhrverfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Abführen des Gases aus dem Pufferbehälter unter Verwendung eines mit der Belüftungsleitung verbundenen Entlüftungselements durchgeführt wird.
Verfahren zum Behandeln eines Substrats, das umfasst: – Durchführen eines vorgegebenen Prozesses an wenigstens einem Substrat in einer Behandlungseinheit (10) unter Verwendung einer verdampften Chemikalie, die durch Verdampfen einer von einem Pufferbehälter (410) zugeführten flüssigen Chemikalie bereitet wird, – Zuführen der flüssigen Chemikalie von dem Pufferbehälter zu der Behandlungseinheit, indem die in dem Pufferbehälter vorhandene flüssige Chemikalie unter Verwendung eines von dem Pufferbehälter zugeführten Gases mit Druck beaufschlagt wird, – Neubefüllen des Pufferbehälters mittels Zuführen einer flüssigen Chemikalie zu dem Pufferbehälter, wenn sich die Menge der in dem Pufferbehälter vorhandenen flüssigen Chemikalie auf weniger als einen Referenzpegel reduziert, und – Abführen des Gases aus dem Pufferbehälter durch eine Belüftungsleitung (450), wenn eine voreingestellte Bedingung erfüllt ist, während das Neubefüllen des Pufferbehälters wiederholt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der vorgegebene Prozess ein Depositionsprozess zum Aufbringen eines organischen Metalls auf die Substrate ist und die Chemikalie ein Vorläuferprodukt des organischen Metalls ist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei die verdampfte Chemikalie nach einer stabilen Verdampfung der flüssigen Chemikalie der Behandlungseinheit zugeführt wird und eine anfängliche Menge der verdampften Chemikalie, die nicht stabil verdampft ist, durch die mit der Belüftungsleitung verbundene Pumpe abgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die voreingestellte Bedingung eine Druckbedingung im Inneren des Pufferbehälters beinhaltet und das Abführen des Gases aus dem Pufferbehälter durchgeführt wird, wenn ein im Inneren des Pufferbehälters gemessener Druck gleich oder größer als ein erster Referenzdruck ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Druck im Inneren des Pufferbehälters gemessen wird, nachdem detektiert wurde, dass eine Höhe der in dem Pufferbehälter vorhandenen flüssigen Chemikalie einen ersten Pegel erreicht hat, und dann das Abführen des Gases aus dem Pufferbehälter gemäß dem gemessenen Druck durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei, wenn der vorgegebene Prozess in der Behandlungseinheit fortgesetzt wird, wenn detektiert wird, dass die Höhe der in dem Pufferbehälter vorhandenen flüssigen Chemikalie den ersten Pegel erreicht hat, das Abführen des Gases aus dem Pufferbehälter gemäß einem Druck im Inneren des Pufferbehälters durchgeführt wird, der nach Beendigung des vorgegebenen Prozesses gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei das Abführen des Gases aus dem Pufferbehälter beinhaltet: – Öffnen eines in der Belüftungsleitung installierten Ventils während einer vorgegebenen Zeitspanne, um das Gas aus dem Pufferbehälter abzuführen, – Messen eines Drucks im Inneren des Pufferbehälters nach dem Schließen des Ventils und – erneutes Öffnen des Ventils während der vorgegebenen Zeitspanne, wenn der gemessene Druck größer als ein zweiter Referenzdruck ist, – wobei das Messen des Drucks und das erneute Öffnen des Ventils wiederholt werden, bis der Druck im Inneren des Pufferbehälters gleich oder niedriger als der zweite Referenzdruck wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei ein Ventil in einem Chemikalieneinlassrohr installiert wird, das einen Flüssigkeitsspeicherbehälter mit dem Pufferbehälter verbindet, und ein Teil des Chemikalieneinlassrohrs zwischen dem Ventil und dem Flüssigkeitsspeicherbehälter mit der darin verbliebenen flüssigen Chemikalie gefüllt wird, wenn das Ventil geschlossen wird, nachdem dem Pufferbehälter eine flüssige Chemikalie von dem Flüssigkeitsspeicherbehälter zugeführt wurde.