JP2010501729A - バブラーソースにおける前駆体量を測定するための方法 - Google Patents

Abstract

バブラーにおける前駆体の充填レベルを決定するための方法が提供されている。バブラーは、蒸気分配システムを通して基板処理チャンバと流体的に結合される。バブラー及び蒸気分配システムは、既知のドーズ量の再充填ガスで再充填される。再充填ガスの圧力及び温度が決定され、バブラー及び蒸気分配システムにおける再充填ガスの全体積が気体法則を適用することにより決定されるようにする。バブラーにおける前駆体の充填レベルは、（１）バブラー及び蒸気分配システムの全体積と、（２）再充填ガスの上記決定された全体積と、の間の差として決定される。
【選択図】 図２

Description

発明の背景

[0001]現代の半導体デバイスの製造における主要なステップの１つは、ガスの化学反応により基板上に層又は膜を形成するステップである。このような堆積処理は、一般的に、化学気相堆積（「ＣＶＤ」）と称されている。従来の熱ＣＶＤ処理では、基板が配設される加熱チャンバへ反応性前駆体ガスが供給される。それら前駆体が加熱基板上に通されるとき、熱分解反応により、化学分解が生ぜしめられて、固体層又は膜が生成される。

[0002]１つ以上の前駆体が液体又は固体として与えられ、それら前駆体からの蒸気がキャリアガスと共にチャンバへと移送されるような多くの適用例がある。このような配置において液体又は固体の前駆体を使用することに伴う１つの問題は、バブラーにおいて前駆体が完全に消費されたときを決定する必要があることである。このような決定は、一般的に、困難である。何故ならば、それらの処理配置では、そのバブラーソースに実際にアクセスすることができないからである。典型的に、前駆体は鋼製容器内に完全に収容され、鋼製容器は恒温槽内にそれ自体が配設されている。従来は、バブラーを処理システムから取り外して、その重量を計測することにより、前駆体の残量を決定している。しかし、これでは、漏れ防止シールが破断して、ガスラインが空気汚染に曝されてしまうので、望ましくない。

[0003]従って、これに代わる多くの技法が使用されてきている。これらの例としては、鋼製バブラー自体がキャパシタの一方のプレートを形成するような容量プロービングがある。そのバブラーの中心へ挿入されたロッドが、他方のプレートとして作用し、液体又は固体の前駆体が誘電体として作用する。別の技法では、バブラー内における前駆体の高さを決定するため、前駆体表面において音波を反射させるのに超音波トランスデューサを使用するような超音波検出が使用されている。更に別の技法によれば、バブラーに収容された液体柱の高さに関連した圧力ヘッドが測定される。

[0004]これら技法の各々は、一般的には、固体前駆体に使用することが難しく、最後に述べた技法については、固体前駆体では全く作動しないものである。その上、これら技法の各々において測定を行うのに必要とされる機器並びにそれらに関連した電子装置のコストは、一般的に非常に高いものである。液体前駆体を使用するような用途においても、これらのことは、それらを使用する上での障壁となっている。

[0005]充填レベルを測定する代わりに時に使用される他の方法として、キャリアガスにおける前駆体蒸気を直接的に決定するものがある。例えば、このような直接的な決定は、音の速度が特定のキャリアガス内の特定の前駆体の相対濃度につれて変化することを利用して、ガス混合物における音の速度を測定することにより行うことができる。このような技法は、非常に費用の掛かる測定器具を使用するものであり、そしてまた、これらの技法によれば、ガス混合物の組成を非常に良好に制御できるのであるが、これら技法は、バブラーの充填レベルを決定するために直接的に有用なものではない。

[0006]従って、当業分野においては、バブラーソースにおいて前駆体量を測定するための方法及びシステムに対する一般的な必要性がある。

発明の簡単な概要

[0007]本発明の実施形態は、バブラーにおける前駆体の充填レベルを決定するための方法を提供する。上記バブラーが、蒸気分配システムを通して基板処理チャンバと流体的に結合される。上記バブラー及び上記蒸気分配システムが、既知のドーズ量の再充填ガスで再充填される。上記再充填ガスの圧力及び温度が決定される。上記バブラー及び上記蒸気分配システムにおける再充填ガスの全体積が、（１）上記決定された圧力、（２）上記決定された温度及び（３）上記既知のドーズ量から、気体法則を適用することにより決定される。上記バブラーにおける上記前駆体の充填レベルが、（１）上記バブラー及び上記蒸気分配システムの全体積と、（２）上記再充填ガスの上記決定された全体積と、の間の差として決定される。ある例では、上記気体法則は、理想気体の法則である。

[0008]上記バブラー及び上記蒸気分配システムの全体積は、同様の仕方において決定することができる。上記バブラーにおける上記前駆体の初期体積が決定される。上記バブラー及び上記蒸気分配システムが、既知の較正ドーズ量の較正用再充填ガスで再充填される。上記較正用再充填ガスの較正圧力及び較正温度が決定される。上記較正用再充填ガスの全体積が、（１）上記決定された較正圧力、（２）上記決定された較正温度及び（３）上記既知の較正ドーズ量から、気体法則を適用することにより決定される。上記バブラー及び上記蒸気分配システムの全体積が、（１）上記バブラーにおける上記前駆体の上記初期体積及び（２）上記較正用再充填ガスの上記決定された全体積の和として決定される。上記バブラーにおける上記前駆体の上記初期体積は、ある場合には、上記前駆体の既知の質量及び既知の密度から算出することができる。

[0009]異なる実施形態では、上記前駆体は、上記バブラーにおいて液体として維持され、又は、上記バブラーにおいて固体として維持される。上記バブラーは、ある場合には、前駆体のバルク供給容器と流体的に結合されたサテライトバブラーを備えることができる。例えば、上記バブラーは、上記前駆体のバルク供給容器と流体的に結合された複数のバブラーのうち１つであってよい。上記再充填ガスは、上記前駆体と実質的に非反応性であることができる。

[0010]他の実施形態では、基板処理システムで複数の基板を処理するための方法が提供される。上記基板処理システムは、バブラーと、基板処理チャンバと、上記バブラー及び上記基板処理チャンバと流体的に結合された蒸気分配システムと、を備える。上記バブラー及び上記蒸気分配システムの全体積が決定される。各基板が上記基板処理チャンバ内に配設される。上記バブラーからの前駆体が気化されて、キャリアガスと共に上記基板処理チャンバへと流されて、上記気化された前駆体で上記基板の処理が行われる。その後、上記バブラーにおける上記前駆体の充填レベルが、概要について前述したような方法のうちの１つを使用して、決定される。

[0011]上記充填レベルが十分に低いときには、上記バブラーは、上記基板処理システムにおいて交換することができる。上記基板処理システムが上記バブラーに流体的に結合された前駆体のバルク供給容器を更に備えるような実施形態では、上記バブラーの上記充填レベルは、上記バルク供給容器から増大させることができる。ある例では、上記バブラーにおいて、概略一定の充填レベルが維持される。上記基板処理システムは、ある場合には、上記蒸気分配システムと流体的に結合された複数の基板処理チャンバを備えることができる。上記バブラーは、同様に、上記バルク供給容器及び上記蒸気分配システムと流体的に結合された複数のバブラーを備えることができる。この場合には、上記バブラーにおける上記前駆体の充填レベルは、上記複数のバブラーの各々における前駆体の充填レベルを決定することを含むことができる。このときには、上記バルク供給容器から上記バブラーの１つ１つの充填レベルを増大することにより、上記複数のバブラーの各々において、概略一定の充填レベルを維持することができる。

[0012]本発明の方法は、正確なドーズ量の前駆体を基板処理チャンバへ分配するのにも使用することができる。このような実施形態では、バブラーにおける前駆体の充填レベルは、前述したように決定される。基板が上記基板処理チャンバ内に配設される。既知のドーズ量の前駆体が、上記バブラーから上記蒸気分配システム内の分離体積へ充填される。それから、上記既知のドーズ量が、所定の体積変化に合わせるように、質量流量及び圧力を使用して、上記分離体積から上記処理チャンバへと分配される。

[0013]本明細書の他の部分及び図面を参照することにより、本発明の性質及び効果について更に理解することができよう。それら図面においては、幾つかの図面を通じて、同様の構成部分を示すのに同様の参照符号が使用されており、ある場合には、複数の同様の構成部分の１つを示すため、参照符号にハイフンに続けてサブラベルを付したりする。既存のサブラベルを指定せずに参照符号を引用しているときには、そのような複数の同様の構成部分の全てについて言及しようとしているものである。

本発明の特定の実施形態を実施するのに使用できる典型的なＣＶＤ装置の概略図である。 バブラー前駆体分配システムの概略図である。 本発明の実施形態による前駆体量を測定するための方法の概要を示すフロー図である。 高スループット堆積のために使用することのできるバルクバブラー前駆体分配システムを例示する図である。 高スループット堆積のために使用することのできるバルクバブラー前駆体分配システムを例示する図である。 既知のドーズ量の物質を処理チャンバへ分配する方法の概要を示すフロー図である。

発明の詳細な説明

１．序論
[0019]本発明者等は、発光デバイス（「ＬＥＤ」）、エッジ放出レーザー及びサーフェス放出レーザー、モジュレータ、ディテクタ及びライトのようなIII族窒化物光電子デバイスを製造するのに使用される技法の開発に関わっていた。このような化合物は、特に関心のあるものである。何故ならば、これらの化合物は、比較的に短い波長の光を与えて、スペクトルの緑、青、紫及び紫外部分を放出する光電子デバイスの製造を可能とするからである。スペクトルの緑部分を放出するデバイスは、白色光デバイス及びそれより短い波長のデバイスの構成部分となり得て、一般的には、ＣＤ−ＲＯＭのような光デバイスの情報記憶容量を改善するようにすることのできるものである。

[0020]III族窒化物デバイスの製造は、液体又は固体の前駆体を使用する処理の好実施例となる。例えば、ＧａＮ膜を形成する模範例では、Ｇａ及びＮ種を生ずるように熱分解される前駆体の１つの組合せは、アンモニアＮＨ_３及びトリメチルガリウム（ＣＨ_３）_３Ｇａ（「ＴＭＧ」）である。他の化合物の半導体及び合金を成長させる場合には、他のIII族有機金属及びＶ族水素化物前駆体の適当な混合物が、ガスストリームへ付加的に混ぜられる。例えば、ＡｌＧａＮは、付加前駆体としてトリメチルアルミニウム（ＣＨ_３）_３Ａｌを使用することにより、形成され、ＩｎＧａＮは、付加前駆体としてトリメチルインジウム（ＣＨ_３）_３Ｉｎを使用することにより形成することができる。これらの化合物の両者は、光放出に使用される量子井戸として作用する欠陥を生成するためのＧａＮでのヘテロ接合を形成するのに使用することができる。表１は、III族窒化物堆積処理において固体又は液体の前駆体として与えられるIII族前駆体の特定の物理特性の概要を示している。

[0021]窒素前駆体液体の実施例としては、ヒドラジンＮ_２Ｈ_４又はその変異体、ジメチルヒドラジンＣ_２Ｈ_８Ｎ_２、フェニルヒドラジンＣ_６Ｈ_８Ｎ_２、ブチルヒドラジンＣ_４Ｈ_１２Ｎ_２等（ここでは、まとめて「ヒドラジン」と称する）。アンモニアＮＨ_３の流れと組み合わせてこのような前駆体を処理チャンバへ注入することにより、窒素空位の形成を減少させることができる。ある例では、堆積III−Ｖ族膜は、ドープ剤をも含むことがある。単に一例として、マグネシウムドープ剤を与えるのに使用される１つの前駆体は、２９℃の融点を有し且つ２５℃で０．３５ｍｍＨｇの蒸気圧力を有するビス（メチルサイクロペンタジエチル）マグネシウム（ＣＨ_３Ｃ_５Ｈ_４）_２Ｍｇである。

[0022]特定の例において種々な気体前駆体が使用されることは当業者には理解されるところであろうが、III族窒化物化合物の堆積は、液体又は固体の前駆体を使用して効果がある処理の有効な例示である。しかし、III族窒化物堆積についてのここでの説明は、単なる例示のためのだけのものであることを強調しておく。液体又は固体の前駆体が使用される多くの他の適用例があり、そして、前駆体量を測定するための本発明の方法及びシステムは、そのような他の適用例に容易に応用することのできるものである。

２．例示的な基板処理システム
[0023]図１は、例示的な化学気相堆積（「ＣＶＤ」）システムの概略図であり、個々の堆積ステップが行われるチャンバの基本構造を例示している。このシステムは、熱の準大気圧ＣＶＤ（「ＳＡＣＶＤ」）処理並びにリフロー、ドライブイン、クリーニング、エッチング、堆積及びゲッタリング処理のような他の処理を行うのに適したものである。ある場合には、別のチャンバへ移送する前に、その１つのチャンバ内において、複数のステップ処理を行うこともできる。このシステムの主要な構成部分としては、なかでも、ガス又は蒸気分配システム１２０から処理ガス及び他のガスを受け取る真空チャンバ１１５、真空システム１２５及び制御システム（図示せず）がある。これら及びその他の構成部分については、以下により詳細に説明する。図面は例示のため単一チャンバのみの構造を示しているのであるが、特定の全製造処理の異なる態様を行うように各々が調整された同様の構造を有する複数のチャンバをクラスタツールの部分として設けることができることは、理解されよう。

[0024]このＣＶＤ装置は、ガス反応区域１１６を有する真空チャンバ１１５を形成する包囲体アセンブリ１３７を含む。ガス分散構造１２１は、反応ガス及びパージガスのような他のガスを、基板支持構造１０８により所定位置に保持された１つ以上の基板１０９に向かって分散させる。ガス分散構造１２１と基板１０９との間に、ガス反応区域１１６がある。ヒーター１２６は、異なる堆積処理並びにエッチング又はクリーニング処理に適合できるように、異なる位置の間に移動できるよう制御可能とされている。センターボード（図示せず）は、基板の位置に関する情報を与えるためのセンサを含む。

[0025]ヒーター１２６としては、種々異なる構造を使用することができる。例えば、本発明のある実施形態では、１つ以上の基板１０９の両側に対して別々の加熱源を与えるように、基板支持構造１０８の両側に近接して配設した１対のプレートを使用すると効果が得られる。単なる一例であるが、これらプレートは、ある特定の実施形態においてはグラファイト又はＳｉＣを含むことができる。別の場合には、ヒーター１２６は、セラミックで包囲された電気抵抗加熱素子（図示せず）を含む。そのセラミックは、加熱素子を潜在的に腐食性のチャンバ環境から保護し、ヒーターが約１２００℃までの温度に達してもよいようにする。ある典型的な実施形態では、真空チャンバ１１５に対して露出されるヒーター１２６のすべての表面は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３又はアルミナ）又は窒化アルミニウムのようなセラミック材料で形成される。別の実施形態では、ヒーター１２６は、ランプヒーターを備える。別の仕方として、基板を加熱するために、タングステン、レニウム、トリウム、インジウム又はそれらの合金のような耐熱性金属で構成されたベアメタルフィラメント加熱素子を使用することができる。このようなランプヒーター配置によれば、ある特定の用途のために有効である、１２００℃よりも高い温度を達成することができる。

[0026]反応ガス及びキャリアガスは、ガス又は蒸気分配システム１２０から供給ラインを通してガス分散構造１２１へと供給される。ある例の場合には、それらの供給ラインは、それらガスを、ガス分散構造へ分配する前に、それらガスを混合するためガス混合ボックスへと分配することができる。他の例では、それらの供給ラインは、後述するような特定のシャワーヘッド構成におけるように、それらガスをガス分散構造へ別々に分配することができる。このガス又は蒸気分配システム１２０は、当業者であれば理解されるように、各選択された量のソースをチャンバ１１５へ分配するための種々なソース及び適当な供給ラインを含む。一般的に、各ソースのための供給ラインは、関連したラインへのガスの流れを自動的又は手動的に遮断するのに使用される遮断弁、及びそれら供給ラインを通してガス又は液体の流量を測定するマスフローコントローラ又は他のタイプのコントローラを含む。このシステムによって行われる処理に依存して、それらソースのうちのあるものは、ガスでなく実際には液体又は固体ソースであることがある。液体ソースが使用されるときには、ガス分配システムは、その液体を気化するための液体注入システム又は他の適当な機構（例えば、バブラー）を含む。このとき、それら液体からの蒸気は、当業者には理解されるように、通常、キャリアガスと混合される。堆積処理中に、ガス分散構造１２１へ供給されたガスは、（矢印１２３で示されるように）基板表面の方へ放出され、そこで、それは、層流として基板表面の半径方向に亘って均一に分散させられる。

[0027]パージガスは、ガス分散構造１２１から及び／又は包囲体アセンブリ１３７の底壁部を通してインレットポート又はチューブ（図示せず）から真空チャンバ１１５へと分配される。チャンバ１１５の底部から導入されたパージガスは、インレットポートから上に向かってヒーター１２６を通過して、環状吸排気チャネル１４０へと流れる。真空ポンプ（図示せず）を含む真空システム１２５は、ガスを（矢印１２４で示されたように）排気ライン１６０を通して排出させる。排気ガス及び同伴粒子が環状吸排気チャネル１４０から排気ライン１６０を通して引き出される速度は、スロットル弁システム１６３により制御される。

[0028]堆積チャンバ１１５の壁部及び排気通路のような周辺構造の温度は、そのチャンバの壁部におけるチャネル（図示せず）を通して熱交換液体を循環させることにより、更に制御することができる。このような熱交換液体は、希望の効果に従ってチャンバ壁部を加熱したり冷却したりするように使用することができる。例えば、熱堆積処理中に均一熱勾配を維持するのに熱い液体を使用し、一方、他の処理中にシステムから熱を除去し、又はチャンバの壁部上の堆積生成物の形成を制限するため、冷たい液体を使用することができる。ガス分散マニホルド１２１は、熱交換通路（図示せず）も有する。典型的な熱交換流体としては、水ベースのエチレングリコール混合物、オイルベースの熱移送流体、又は同様の流体がある。「熱交換器」による加熱と称されるこのような加熱によれば、望ましくない反応生成物の凝縮を効果的に減少又は排除することができ、又、処理ガスの揮発性生成物及び他の汚染物質の排除を改善することができる。これらの揮発性生成物及び他の汚染物質は、冷たい真空通路の壁部に凝縮し、ガス流が無い期間中に処理チャンバ内へと戻されてしまうようなことがある場合において、その処理を汚染してしまう可能性のあるものである。

[0029]システムコントローラが、堆積システムの作動及び動作パラメータを制御する。このシステムコントローラは、コンピュータプロセッサ、及びこのプロセッサに結合されたコンピュータ読み取り可能なメモリを含むことができる。そのプロセッサは、メモリに記憶されたコンピュータプログラムのようなシステム制御ソフトウエアを実行する。このプロセッサは、システム制御ソフトウエア（プログラム）に従って動作し、このシステム制御ソフトウエアは、特定の処理のタイミング、ガスの混合、チャンバ圧力、チャンバ温度、マイクロ波電力レベル、ペデスタル位置及びその他のパラメータを指示するコンピュータ命令を含むものである。これらの及び他のパラメータの制御は、ヒーター、スロットル弁及びガス分配システム１２０に関連付けられた種々な弁及びマスフローコントローラにシステムコントローラを通信可能なように結合する制御ラインを通して、行われる。

３．バブラー監視
[0030]図２には、液体又は固体前駆体から処理チャンバへ前駆体を与えるのに使用される典型的なバブラー構造が例示されている。図２に与えられた例示は、単一金属有機ソース２０４に対するものである。しかし、このような構造は、付加的なソースの為に一回以上の複製が可能であり、図１に示したガス又は蒸気分配システム１２０は、種々異なる物質の為に堆積処理を実施するのに十分なソースに対してアクセスできることが理解されよう。

[0031]適当なキャリアガスが、キャリアガス源２０８から前駆体２０４に付与され、そのキャリアガスに溶解された前駆体蒸気の飽和混合物が生成される。このキャリアガスは、普通、分子水素Ｈ_２であるが、異なる実施態様では、様々なキャリアガスを使用することができる。窒化物堆積の場合には、分子窒素Ｎ_２又はＨ_２とＮ_２の混合物が、キャリアガスとして使用されることもある。種々な他の適用例においては、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ又はＫｒのような不活性ガスを、キャリアガスとして使用することができる。このような混合物は、ＣＶＤ処理が行われる処理チャンバ２２４へと流される。前駆体蒸気の絶対流量は、キャリアガスの流量、バブラーの全圧及び（蒸気圧力を決定する）前駆体の温度を制御することにより、計量することができる。

[0032]前駆体が処理チャンバにおいて行われるＣＶＤ処理において消費されていくにつれて、バブラー内の前駆体２０４のレベルは、図面において相対レベル１及び２によって示されるように、降下していく。本発明の実施形態は、このような前駆体レベルの変化に関連した体積ΔＶを決定するための技法を提供する。この技法は、体積ΔＶが、消費される前駆体の体積であるというだけでなく、バブラーの充填されていない体積とバブラー及び処理チャンバ２２４の間の蒸気ライン体積とを含めて全前駆体分配システムの空いている体積の変化でもあるという実測を利用するものである。このような全空き体積は、本発明の実施形態では、このシステムに理想気体の法則を適用することにより決定される。

[0033]この方法は、図３においてある実施形態について例示されており、この図３は、この方法を実施するのに行われる多くのステップの概要を示すフロー図を与える。このフロー図には、ある特定のステップが示されているのであるが、種々の代替実施形態においては、付加的なステップが行われる場合があり、又、特定の実施形態では、あるステップが省略されることがあることに注意されたい。更に又、ステップの順序がフロー図の構造により示されているが、このような順序付けは必須でなく、ある実施形態においては、あるステップを異なる順序において行うことも可能である。

[0034]この方法は、ブロック３０４において開始され、そこで、バブラーに存在する前駆体の体積を決定する。これは、例えば、ベンダーにより与えられた充填質量及び前駆体物質の既知の密度から決定することができる。例えば、ＴＭＧの密度が１．１５１ｇ／ｃｍ^３であり、もし、ベンダーが充填質量を８７．５ｇとして同定したバブラーを供給したとするならば、初期前駆体体積Ｖ⁽⁰⁾ _pは、７６ｃｍ^３であると容易に算出することができる。これは、充填されていないバブラー体積及び蒸気分配ラインを含めて前駆体分配システムにおける全体の空き体積変化ΔＶを表しており、前駆体の消耗に相当するものである。

[0035]前駆体分配システムの空き体積は、ブロック３０８において、計量されたドーズ量の非反応性ガスでそのシステムを再充填することにより、理想気体の法則から決定することができる。ある実施形態では、その非反応性ガスは、キャリアガスと同じである。III族前駆体を用いた窒化物堆積に使用するために構成された特定のシステムでは、その非反応性ガスは、分子窒素Ｎ_２である。計量されたドーズ量を供給することにより、充填ガスにおけるモル数ｎは、既知となる。圧力Ｐ及び温度Ｔは測定できる。理想気体の法則ＰＶ＝ｎＲＴから、システム及びバブラーの充填されていない部分の体積は、次のように決定される。

ここで、Ｒは、普遍気体定数であって、６２，３７３ｃｍ^３トール／（モルＫ）に等しい。従って、バブラー及び分配システムの全体積Ｖ_totは、ブロック３１６において、次のような和として決定される。

[0036]ブロック３２０において、種々なＣＶＤ処理を行う際に前駆体が消費されていくとき、この全体積は変わらない。従って、Ｖ⁽¹⁾ _sysを決定するため理想気体の法則を使用して、ブロック３２４において体積測定が繰り返されるとき、バブラーに残っている前駆体の体積は、次のようである。

このような後の体積決定には、初期測定と同じ環境条件Ｐ及びＴを使用する必要はなく、ある場合には、異なる量の再充填ガスｎを使用することができる。システム及び充填されていないバブラー部分の体積変化ΔＶが初期前駆体体積Ｖ⁽⁰⁾ _pに等しいとき、その前駆体が消費され尽くしたことになる。従って、繰り返し測定の後、ブロック３２８においてチェックがなされる。

[0037]もし、前駆体がまだ消費され尽くしていないならば、ブロック３２０においてＣＶＤ処理を行い続け、ブロック３２８において、Ｖ⁽²⁾ _sysを決定するため、更なる繰り返し測定を後で行い、再び、Ｖ_tot＝Ｖ⁽²⁾ _p＋Ｖ⁽²⁾ _sysの制約に従う。ブロック３２４での決定は、一般的には、残りの前駆体の体積（即ち、Ｖ⁽¹⁾ _p）に対する値を与えることに注意されたい。前駆体の体積の消費の平均速度が、測定間の時間ｔに亘ってΔＶ／ｔとして大雑把に決定されるように、既知とされているならば、バブラーの残りの寿命を推定することができる。例えば、大雑把な計算によれば、その残りの寿命は、次のようになろう。

バブラーが消費し尽くされたとき、それは、ブロック３３２において新しいバブラーと交換することができ、その新しいバブラーにおける前駆体の体積を監視するためそのプロセスが繰り返される。

[0038]前述の例示は、理想気体の法則を適用することに絞っているものであるが、ある実施形態では、ガス圧力、ガス温度及びガス量のような量を体積に関連付ける異なる形の気体法則を使用することができる。このような代替的気体法則は、特に、理想気体の法則の挙動ｊから外れるような局所圧力−温度パラメータ空間領域において使用される特定の再充填ガスの挙動をより正確に反映するものとして知られている。

[0039]図３に例示した技法は、リアクタに前駆体分配システムの構造を変更せずに効果的に適用することができる。図３に関して前述した説明は、従来の単一バブラー分配システムに関連してなされているのであるが、当業者には、バブラーがより大きなソースから充填されるようなバルク分配システムにおける充填レベルを測定する為に、この同じ技法を使用することができることが理解されよう。このようなバルク分配システムの２つのタイプの構造を、図４Ａ及び図４Ｂに例示のため概略的に示している。このようなバルク分配システムは、典型的に、高スループット堆積処理に使用される。

[0040]両タイプの構造は、１つ以上のサテライトバブラーに供給するための大きなバルクソースを使用しており、それらサテライトバブラーからの蒸気が堆積チャンバで使用するため計量されるようにしている。例えば、図４Ａの構造では、バルクソース４０４からの前駆体は、マスフローコントローラ４１２を通したキャリアガスの付与により弁４１４を通して単一のサテライトバブラー４０８へと分配される。このサテライトバブラーは、図２に関して前述したのと同様な仕方において動作し、キャリアガスがマスフローコントローラ４１６を通して与えられ、そのキャリアガスと前駆体との飽和混合物が背圧コントローラ４２０を通して分散チャンバ４２４へと流されるようにしている。それから、計量されたドーズ量のその混合物の１つ以上のチャンバへの分配が、個々のマスフローコントローラ４２６を通して行われる。

[0041]図４Ｂの構造では、バルクソース４４０からの前駆体は、マスフローコントローラ４４２を通してのキャリアガスの付与により個々の弁４５６を通して複数のサテライトバブラー４４４へ分配される。このとき、これらのサテライトバブラーの各々は、図２に関して前述したのと同様の仕方で動作する。詳述すると、キャリアガスが個々のマスフローコントローラ４４８を通して与えられ、キャリアガスと前駆体との飽和混合物の流れが生成される。この混合物が、個々の背圧コントローラ４５２を通して個々の処理チャンバへと分配される。

[0042]このようなバルク分配システムによる１つの利点は、従来の単一バブラー分配システムにおけるように頻繁にバブラーを換える必要がないということである。その代わりに、バルク供給容器のみを必要に応じて換えればよく、サテライトバブラーと処理チャンバとの間の接続を切り離すことはなく、空気汚染に曝すこともない。しかし、再現性のある堆積速度を与えるためには、一般的には、サテライトバブラーにおける前駆体のほぼ一定のレベルを維持することが望ましい。これは、個々のバブラー充填レベルを決定するために前述したような技法により達成することができる。

[0043]この方法の更に別の適用例を、図５のフロー図に例示している。このフロー図は、バブラーから既知のドーズ量の物質を処理チャンバへと分配するための方法の概要を示している。これは、ＡＬＤ（拡張形式において、代替的に、「原子レベル堆積」又は「交互層堆積」という。）、前駆体が順次に処理チャンバへと導入されるような堆積方法に利用することができる。第１の前駆体が、基板の表面を分子の単層で飽和し、その後、第２の前駆体が、導入され、第１の前駆体と反応して所望の化合物の単層を生成する。典型的には、活性前駆体の間に不活性ガスが導入され、チャンバ内の残留前駆体を希釈し排気して、反応が基板表面においてのみ行われるようにする。

[0044]前駆体使用の効率は、このような処理において重要な関心事である。何故ならば、前駆体は、一般的には、高価であり、デバイス特性のために必要とされる膜の交互層の数を非常に多くすることができるからである。典型的なシステムでは、バブラーは、一貫していないようなドーズ量の物質を分配するものである。何故ならば、前駆体堆積の小さな変動が、気体組成における前駆体の全濃度に影響を及ぼす種々な因子に影響するからである。これらの因子としては、キャリアに対する前駆体の露出、バブルサイズ、前駆体の加熱表面積等がある。効率的な飽和のために必要とされる最小のドーズ量を妥当なものとし、その後、そのドーズ量を正確に分配することにより、製造のコストを最適化することができる。

[0045]繰り返し可能なドーズ量を分配するための方法は、ブロック５０４で開始され、そこで、バブラーにおける前駆体の体積を決定する。これは、図３に関して説明した技法を使用して前駆体が消費されるときに行われる。ブロック５０８において、既知の体積が、バブラーと処理チャンバとの間で分離される。このような体積は、蒸気分散システム内で弁を使用して分離することができる。ブロック５１２において、前駆体の既知のドーズ量が、それに応じて、その既知の体積へと充填され、それから、ブロック５１６において、体積の所定の変化に合わせるように質量流量及び圧力を使用して、処理チャンバへと分配される。

[0046]前述の説明は、ＡＬＤ処理についてなされているのであるが、このようなドーズ計量技法は、他の用途にも使用できることは理解されよう。

[0047]本発明の幾つかの実施形態について十分に説明してきたのであるが、本発明のクラッド層を生成するための多くの他の均等又は代替的方法があることは、当業者には明らかとなろう。これらの代替物及び均等物は、特許請求の範囲により限定される本発明の範囲内に含まれるものとする。

１０８…基板支持構造、１０９…基板、１１５…真空チャンバ、１１６…ガス反応区域、１２０…ガス又は蒸気分配システム、１２１…ガス分散構造（ガス分散マニホルド）、１２３…矢印、１２４…矢印、１２５…真空システム、１２６…ヒーター、１３７…包囲体アセンブリ、１４０…環状吸排気チャネル、１６０…排気ライン、１６３…スロットル弁システム、２０４…単一金属有機ソース（前駆体）、２０８…キャリアガス源、２２４…処理チャンバ、４０４…バルクソース、４０８…単一サテライトバブラー、４１２…マスフローコントローラ、４１４…弁、４１６…マスフローコントローラ、４２０…背圧コントローラ、４２４…分散チャンバ、４２６…マスフローコントローラ、４４０…バルクソース、４４２…マスフローコントローラ、４４１…サテライトバブラー、４４８…マスフローコントローラ、４５２…背圧コントローラ、４５６…弁

Claims (21)

1. 蒸気分配システムを通して基板処理チャンバと流体的に結合されたバブラーにおける前駆体の充填レベルを決定するための方法において、
   上記バブラー及び上記蒸気分配システムに、既知のドーズ量の再充填ガスを再充填するステップと、
   上記再充填ガスの圧力及び温度を決定するステップと、
   上記バブラー及び上記蒸気分配システムにおける再充填ガスの全体積を、（１）上記決定された圧力、（２）上記決定された温度及び（３）気体法則を適用することにより上記既知のドーズ量から決定するステップと、
   上記バブラーにおける上記前駆体の充填レベルを、（１）上記バブラー及び上記蒸気分配システムの全体積と、（２）上記再充填ガスの上記決定された全体積と、の間の差として決定するステップと、
   を含む方法。
2. 上記気体法則は、理想気体の法則である、請求項１に記載の方法。
3. 上記バブラー及び上記蒸気分配システムの全体積を決定するステップを更に含み、上記バブラー及び上記蒸気分配システムの全体積を決定するステップは、
   上記バブラーにおける上記前駆体の初期体積を決定する段階と、
   上記バブラー及び上記蒸気分配システムに、既知の較正ドーズ量の較正用再充填ガスを再充填する段階と、
   上記較正用再充填ガスの較正圧力及び較正温度を決定する段階と、
   上記較正用再充填ガスの全体積を、（１）上記決定された較正圧力、（２）上記決定された較正温度及び（３）上記既知の較正ドーズ量から、気体法則を適用することにより決定する段階と、
   上記バブラー及び上記蒸気分配システムの全体積を、（１）上記バブラーにおける上記前駆体の上記初期体積及び（２）上記較正用再充填ガスの上記決定された全体積の和として決定する段階と、
   を含む、請求項１に記載の方法。
4. 上記バブラーにおける上記前駆体の上記初期体積を決定する段階は、上記前駆体の上記初期体積を、上記前駆体の既知の質量及び既知の密度から算出する手順を含む、請求項３に記載の方法。
5. 上記前駆体は、上記バブラーにおいて液体として維持される、請求項１に記載の方法。
6. 上記前駆体は、上記バブラーにおいて固体として維持される、請求項１に記載の方法。
7. 上記バブラーは、前駆体のバルク供給容器と流体的に結合されたサテライトバブラーを備える、請求項１に記載の方法。
8. 上記バブラーは、上記前駆体のバルク供給容器と流体的に結合された複数のバブラーのうち１つである、請求項７に記載の方法。
9. 上記再充填ガスは、上記前駆体と実質的に非反応性である、請求項１に記載の方法。
10. バブラーと、基板処理チャンバと、上記バブラー及び上記基板処理チャンバと流体的に結合された蒸気分配システムと、を備える基板処理システムで複数の基板を処理するための方法において、
    上記バブラー及び上記蒸気分配システムの全体積を決定するステップを含み、
    上記複数の基板の各々について、
    上記基板処理チャンバ内に上記複数の基板の各々を配設するステップと、
    上記バブラーからの前駆体を気化するステップと、
    キャリアガスと共に上記気化された前駆体を上記基板処理チャンバへと流して、上記気化された前駆体で上記複数の基板の各々を処理するステップと、
    と含み、
    その後、
    上記バブラー及び上記蒸気分配システムに既知のドーズ量の再充填ガスを再充填するステップと、
    上記再充填ガスの圧力及び温度を決定するステップと、
    上記バブラー及び上記蒸気分配システムにおける再充填ガスの全体積を、（１）上記決定された圧力、（２）上記決定された温度及び（３）理想気体法則を適用することにより上記既知のドーズ量から決定するステップと、
    上記バブラーにおける上記前駆体の充填レベルを、（１）上記バブラー及び上記蒸気分配システムの上記決定された全体積と、（２）上記再充填ガスの上記決定された全体積と、の間の差として決定するステップと、
    を含む方法。
11. 上記バブラー及び上記蒸気分配システムの全体積を決定するステップは、
    上記バブラーにおける上記前駆体の初期体積を決定する段階と、
    上記バブラー及び上記蒸気分配システムに、既知の較正ドーズ量の較正用再充填ガスを再充填する段階と、
    上記較正用再充填ガスの較正圧力及び較正温度を決定する段階と、
    上記較正用再充填ガスの全体積を、（１）上記決定された較正圧力、（２）上記決定された較正温度及び（３）気体法則を適用することにより上記既知の較正ドーズ量から決定する段階と、
    上記バブラー及び上記蒸気分配システムの全体積を、（１）上記バブラーにおける上記前駆体の上記初期体積及び（２）上記較正用再充填ガスの上記決定された全体積の和として決定する段階と、
    を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 上記前駆体は、上記バブラーにおいて液体として維持される、請求項１０に記載の方法。
13. 上記前駆体は、上記バブラーにおいて固体として維持される、請求項１０に記載の方法。
14. 上記再充填ガスは、上記前駆体と実質的に非反応性である、請求項１０に記載の方法。
15. 上記バブラーを、上記基板処理システムにおいて交換するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
16. 上記基板処理システムは、上記バブラーと流体的に結合された前駆体のバルク供給容器を更に備えており、上記バブラーの上記充填レベルを、上記バルク供給容器から増大させるステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
17. 上記バブラーにおいて、ほぼ一定の充填レベルを維持するステップを更に含む、請求項１６に記載の方法。
18. 上記基板処理チャンバは、上記蒸気分配システムと流体的に結合された複数の基板処理チャンバを備えており、
    上記バブラーは、上記バルク供給容器及び上記蒸気分配システムと流体的に結合された複数のバブラーを備えており、
    上記バブラーにおける上記前駆体の充填レベルを決定するステップは、上記複数のバブラーの各々における前駆体の充填レベルを決定する段階を含む、
    請求項１６に記載の方法。
19. 上記バルク供給容器から上記バブラーの１つ１つの充填レベルを増大することにより、上記複数のバブラーの各々において、概略一定の充填レベルを維持するステップを更に含む、請求項１８に記載の方法。
20. バブラー、基板処理チャンバ及び上記バブラー及び上記基板処理チャンバと流体的に結合された蒸気分配システムを備える基板処理システムで基板を処理するための方法において、
    上記バブラー及び上記蒸気分配システムの全体積を決定するステップと、
    上記バブラー及び上記蒸気分配システムに既知のドーズ量の再充填ガスを再充填するステップと、
    上記再充填ガスの圧力及び温度を決定するステップと、
    上記バブラー及び上記蒸気分配システムにおける再充填ガスの全体積を、（１）上記決定された圧力、（２）上記決定された温度及び（３）理想気体法則を適用することにより上記既知のドーズ量から決定するステップと、
    上記バブラーにおける上記前駆体の充填レベルを、（１）上記バブラー及び上記蒸気分配システムの上記決定された全体積と、（２）上記再充填ガスの上記決定された全体積と、の間の差として決定するステップと、
    上記基板処理システム内に基板を配設するステップと、
    既知のドーズ量の前駆体を、上記バブラーから上記蒸気分配システム内の分離体積へ充填するステップと、
    所定の体積変化に合わせるように、質量流量及び圧力を使用して、上記既知のドーズ量を上記分離体積から上記処理チャンバへと分配するステップと、
    を含む方法。
21. 上記バブラー及び上記蒸気分配システムの全体積を決定するステップは、
    上記バブラーにおける上記前駆体の初期体積を決定する段階と、
    上記バブラー及び上記蒸気分配システムに、既知の較正ドーズ量の較正用再充填ガスを再充填する段階と、
    上記較正用再充填ガスの較正圧力及び較正温度を決定する段階と、
    上記較正用再充填ガスの全体積を、（１）上記決定された較正圧力、（２）上記決定された較正温度及び（３）気体法則を適用することにより上記既知の較正ドーズ量から決定する段階と、
    上記バブラー及び上記蒸気分配システムの全体積を、（１）上記バブラーにおける上記前駆体の上記初期体積及び（２）上記較正用再充填ガスの上記決定された全体積の和として決定する段階と、
    を含む、請求項２０に記載の方法。

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