JP2017014614A - オンデマンド充填アンプルの補充 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板処理装置の前駆体のアンプルに前駆体を補充する方法を提供する。【解決手段】オンデマンド充填アンプルを使用するための方法および装置が開示される。オンデマンド充填アンプルは、他の堆積プロセスの実施と同時に、アンプルに前駆体を補充してよい。オンデマンド充填は、アンプル内の前駆体のレベルを比較的一定のレベルで保ち得る。レベルは、最適なヘッド体積をもたらすように計算されてよい。また、オンデマンド充填は、前駆体を、最適な前駆体温度に近い温度で保ち得る。オンデマンド充填は、アンプルに前駆体を充填することによる前駆体の撹拌が基板上の堆積に最小限の影響しか及ぼさない堆積プロセスの部分で行われてよい。オンデマンド充填の使用によって基板スループットが増加され得る。【選択図】図１Ａ

Description

いくつかの基板処理操作は、前駆体を利用することがある。前駆体は、アンプル内に収容され、リアクタに定期的に送給されてよい。処理される基板の均一性を保証するために、変動のないヘッド体積および変動のない前駆体温度が望まれることがある。さらに、基板が処理されるとき、補充による前駆体の撹拌は望ましくないことがある。補充は時間がかかり、スループットを低下させることがある。
特定の実装形態では、基板処理装置のアンプルを補充するための方法が詳述されることがある。この方法は、（ａ）アンプル補充開始条件が満たされているか判断するステップであって、アンプル補充開始条件が、アンプルに前駆体を補充することによって引き起こされる前駆体の撹拌が基板処理装置によって処理される基板の一貫性に対して最小限の影響しか及ぼさない段階に基板処理装置がなっている、または間もなく至るという判断を含むステップと、（ｂ）アンプルに前駆体を補充するステップであって、アンプルに前駆体を補充することが、少なくとも１つの他の基板処理操作と同時に行われるステップと、（ｃ）アンプル補充停止条件が満たされているか判断するステップと、（ｄ）アンプルへの前駆体の補充を中止するステップとを含んでいてよい。
本開示の一態様は、基板処理装置のアンプルを充填するための方法に関する。そのような方法は、（ａ）アンプルに液体前駆体を充填するためのアンプル充填開始条件が満たされているか判断するステップと、（ｂ）アンプルに前駆体を充填するステップであって、アンプルに前駆体を充填することが、少なくとも１つの他の基板処理操作と同時に行われるステップと、（ｃ）充填がまだ完了していないことを示す、アンプル内のセンサレベルを読み取るステップと、（ｄ）二次充填停止条件が満たされているか判断するステップと、（ｅ）二次充填停止条件が満たされているという判断に応答して、アンプルへの前駆体の充填を中止するステップとを特徴としてよい。
特定の実施形態では、この方法は、さらに、アンプルが前駆体を受け取った最終回の終了時点に始まる累積充填時間を維持するステップを含む。いくつかの実装形態では、二次充填停止条件は、累積充填時間が閾値を超えているという判断を含む。いくつかの実装形態では、アンプル補充が一時的に中止されて堆積が始まる１回または複数回の時に累積充填時間が一時的に停止されるが、充填が再開されたときに累積充填時間が再スタートする。いくつかの実装形態では、閾値は、約５０秒〜９０秒の間である。
特定の実施形態では、この方法は、ステップ（ｅ）で充填を中止したときにソフトシャットダウンを開始するステップを含む。いくつかの場合には、この方法は、アンプル内のセンサレベルを生成するセンサが動作不良を起こしているときに実行される。いくつかの場合には、この方法は、アンプルに液体前駆体を提供するシステムが動作不良を起こしているときに実行される。
特定の実施形態では、アンプル充填開始条件は、アンプルに前駆体を充填することによって引き起こされる液体前駆体の撹拌が基板処理装置によって処理される基板の一貫性に対して最小限の影響しか及ぼさない段階に基板処理装置がなっている、または間もなく至るという判断を含む。いくつかの実施形態では、アンプル充填開始条件は、堆積操作のシーケンスが基板処理装置内に含まれる基板上で完了しているという判断を含む。いくつかの場合には、堆積操作のシーケンスは、原子層堆積に関連付けられた堆積操作である。特定の実施形態では、アンプル充填開始条件は、前駆体体積が閾値体積未満であるという判断を含む。特定の実施形態では、アンプル充填開始条件は、堆積操作のためのセットアップが現在、行われているという判断を含む。
いくつかの実装形態では、アンプルの充填と同時に行われる少なくとも１つの他の基板処理操作は、ウェハ・インデキシング操作（wafer indexing operation）を含む。いくつかの場合には、アンプルの充填と同時に行われる少なくとも１つの他の基板処理操作は、前駆体および／または基板の温度ソーク（温度浸漬、temperature soak）を含む。いくつかの場合には、アンプルの充填と同時に行われる少なくとも１つの他の基板処理操作が、ベース圧力への排気操作を含む。
本開示のいくつかの態様は、基板処理装置のアンプルの充填を制御するための方法に関する。そのような方法は、（ａ）アンプル内に液体状態で貯蔵されている前駆体が基板処理装置の反応チャンバに送給される堆積サイクルの数のカウンタを始動させるステップと、（ｂ）アンプル充填開始条件が満たされているか判断するステップと、（ｃ）液体前駆体がアンプルに提供されるべきでないほど十分にアンプルが満杯であることを示す、アンプル内のセンサレベルを読み取るステップと、（ｄ）カウンタによってカウントされた堆積サイクルの数が閾値を超えているか判断するステップと、（ｅ）カウンタによってカウントされた堆積サイクルの数が閾値を超えているという判断に応答して、堆積サイクルを中止するステップとを特徴としてよい。いくつかの実装形態では、閾値は、約３０００〜６０００の堆積サイクルである。
特定の実施形態では、ステップ（ａ）でのカウンタを始動させるステップは、液体前駆体がアンプルに送給されるときに行われ、カウンタは、液体前駆体がアンプルに再び送給されるまでカウントし続ける。いくつかの実装形態では、この方法は、ステップ（ｅ）で堆積サイクルを中止したときにソフトシャットダウンを開始するステップを含む。
いくつかの場合には、この方法は、アンプル内のセンサレベルを生成するセンサが動作不良を起こしているときに実行される。特定の実施形態では、アンプル充填開始条件は、アンプルに前駆体を充填することによって引き起こされる液体前駆体の撹拌が基板処理装置によって処理される基板の一貫性に対して最小限の影響しか及ぼさない段階に基板処理装置がなっている、または間もなく至るという判断を含む。特定の実施形態では、アンプル充填開始条件は、堆積操作のシーケンスが基板処理装置内に含まれる基板上で完了しているという判断を含む。いくつかの例では、堆積操作のシーケンスは、原子層堆積に関連付けられた堆積操作である。
いくつかの実装形態では、アンプル充填開始条件は、堆積操作のためのセットアップがその時点で行われているという判断を含む。いくつかの実装形態では、アンプル充填条件が、アンプルの充填と同時に行われる１つの他の基板処理操作を含み、上記の基板処理操作が、ウェハ・インデキシング操作、前駆体および／または基板の温度ソーク、およびベース圧力への排気操作からなる群から選択される。
本開示のいくつかの態様は、（１）前駆体送給システムおよび前駆体源に流体接続されるように構成され、液体前駆体を収容するように構成されたアンプルと、（２）１つまたは複数の制御装置とを備える前駆体補充システムであって、１つまたは複数の制御装置が、（ａ）アンプル内に液体状態で貯蔵されている前駆体が基板処理装置の反応チャンバに送給される堆積サイクルの数のカウンタを始動させ、（ｂ）アンプル充填開始条件が満たされているか判断し、（ｃ）液体前駆体がアンプルに提供されるべきでないほど十分にアンプルが満杯であることを示す、アンプル内のセンサレベルを読み取り、（ｄ）カウンタによってカウントされた堆積サイクルの数が閾値を超えているか判断し、（ｅ）カウンタによってカウントされた堆積サイクルの数が閾値を超えているという判断に応答して、堆積サイクルを中止するように構成されることを特徴としてよい前駆体補充システムに関する。いくつかの実装形態では、閾値は、約３０００〜６０００の堆積サイクルを含む。
いくつかの設計では、１つまたは複数の制御装置が、さらに、液体前駆体がアンプルに送給されるときにステップ（ａ）でカウンタを始動させ、液体前駆体がアンプルに再び送給されるまでカウントし続けるように構成される。いくつかの実装形態では、１つまたは複数の制御装置が、さらに、ステップ（ｅ）で堆積サイクルを中止したときにソフトシャットダウンを開始するように構成される。
特定の実施形態では、アンプル充填開始条件は、アンプルに前駆体を充填することによって引き起こされる液体前駆体の撹拌が基板処理装置によって処理される基板の一貫性に対して最小限の影響しか及ぼさない段階に基板処理装置がなっている、または間もなく至るという判断を含む。特定の実施形態では、アンプル充填開始条件は、堆積操作のシーケンスが基板処理装置内に含まれる基板上で完了しているという判断を含む。特定の実施形態では、アンプル充填条件が、アンプルの充填と同時に行われる１つの他の基板処理操作を含み、上記の基板処理操作が、ウェハ・インデキシング操作、前駆体および／または基板の温度ソーク、およびベース圧力への排気操作からなる群から選択される。
いくつかの実装形態では、基板処理装置は、堆積チャンバと、堆積チャンバ内に収容された基板処理ステーションとを含み、基板処理ステーションが、基板を受け取るように構成された基板ホルダを含み、前駆体送給システムが、基板処理ステーションによって受け取られた基板の処理中に前駆体を送給するように構成される。
本開示の別の態様は、（１）前駆体送給システムおよび前駆体源に流体接続されるように構成され、液体前駆体を収容するように構成されたアンプルと、（２）１つまたは複数の制御装置とを備える前駆体補充システムであって、１つまたは複数の制御装置が、（ａ）アンプルに液体前駆体を充填するためのアンプル充填開始条件が満たされているか判断し、（ｂ）アンプルに前駆体を充填し、アンプルに前駆体を充填することが、少なくとも１つの他の基板処理操作と同時に行われ、（ｃ）充填がまだ完了していないことを示す、アンプル内のセンサレベルを読み取り、（ｄ）二次充填停止条件が満たされているか判断し、（ｅ）二次充填停止条件が満たされているという判断に応答して、アンプルへの前駆体の充填を中止するように構成される前駆体補充システムに関する。
特定の実施形態では、１つまたは複数の制御装置は、さらに、アンプルが前駆体を受け取った最終回の終了時点に始まる累積充填時間を維持するように構成される。いくつかの場合には、二次充填停止条件は、累積充填時間が閾値を超えているという判断を含む。いくつかの実装形態では、１つまたは複数の制御装置が、さらに、アンプル補充が一時的に中止されて堆積が始まる１回または複数回の時に累積充填時間が一時的に停止されるように構成される。
いくつかの実装形態では、閾値は、約５０秒〜９０秒の間である。いくつかの実装形態では、１つまたは複数の制御装置が、さらに、ステップ（ｅ）で充填を中止したときにソフトシャットダウンを開始するように構成される。
特定の実施形態では、アンプル充填開始条件は、アンプルに前駆体を充填することによって引き起こされる液体前駆体の撹拌が基板処理装置によって処理される基板の一貫性に対して最小限の影響しか及ぼさない段階に基板処理装置がなっている、または間もなく至るという判断を含む。特定の実施形態では、アンプル充填開始条件は、前駆体体積が閾値体積未満であるという判断を含む。いくつかの実装形態では、アンプルの充填と同時に行われる少なくとも１つの他の基板処理操作は、前駆体および／または基板の温度ソークを含む。
いくつかの実施形態では、基板処理装置は、堆積チャンバと、堆積チャンバ内に収容された基板処理ステーションとを含み、基板処理ステーションが、基板を受け取るように構成された基板ホルダを含み、前駆体送給システムが、基板処理ステーションによって受け取られた基板の処理中に前駆体を送給するように構成される。
本発明のこれらおよび他の特徴を、図面を参照して以下により詳細に述べる。
オンデマンド充填アンプルを有する例示的な基板処理装置の概略図である。
オンデマンド充填アンプルを有する別の例示的な基板処理装置の概略図である。
オンデマンド充填アンプルを利用する例示的な堆積プロセス操作を詳述するプロセスフロー図である。
例示的なオンデマンド充填アンプルを制御するためのアルゴリズムを詳述するプロセスフロー図である。
図１Ａの例示的な基板処理装置に関する基板処理での１ステップを示す。
図１Ａの例示的な基板処理装置に関する基板処理での別のステップを示す図である。
図１Ａの例示的な基板処理装置に関する基板処理でのさらなるステップを示す図である。
図１Ａの例示的な基板処理装置に関する基板処理でのさらなるステップを示す図である。
オンデマンド充填を用いた基板処理とオンデマンド充填を用いなかった基板処理とに関する基板処理結果の比較を示す図である。
センサを有するアンプル、ならびに過剰充填および過少充填を防止するのに適した複数のセンサレベルを示す図である。
アンプルの過剰充填保護の実施に関する流れ図である。
低いアンプル液体レベルの保護の実施に関する流れ図である。
本明細書で述べる主題の１つまたは複数の実装形態の詳細を添付図面および以下の説明に記載する。他の特徴、態様、および利点は、本明細書、図面、および特許請求の範囲から明らかになろう。正しい縮尺の図面であることが特に示されていない限り、以下の図の相対寸法は、正しい縮尺では描かれていないことがあることに留意されたい。
本明細書で使用するとき、用語「半導体ウェハ」は、半導体材料（例えばシリコン）から形成されるウェハと、一般には半導体として識別されない材料（例えば誘電体および／または導体）から形成されるが、典型的にはそれらの上に半導体材料を設けられているウェハとの両方を表すことがあることを理解されたい。シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハが、１つのそのような例である。本開示で述べる装置および方法は、直径２００ｍｍ、３００ｍｍ、および４５０ｍｍの半導体ウェハを含めた多くのサイズの半導体ウェハの処理に使用されてよい。
均一性が、高品質の半導体ウェハの処理における１つの重要な因子である。例えば、堆積される層の厚さおよび品質は、ウェハ同士で互いに均一にすべきであり、かつ１つのウェハの複数のフィーチャ内で互いに均一にすべきである。半導体処理の特定の実装形態では、液体前駆体が、半導体ウェハに堆積される前に気化される必要があり得る。液体前駆体は、アンプル内に収容されてよく、アルゴンや他の不活性ガスなどのキャリアガスが、アンプルを通って流れて、気化された前駆体を半導体処理チャンバに搬送してよい。キャリアガスは、気化された前駆体を搬送するためにアンプルを通して「押され」ても（ガスがラインを通して押し入れられる）、または「引かれ」てもよい（場合によっては真空によって、ガスがラインを通して引き込まれる）。原子層堆積（ＡＬＤ）などの特定の堆積プロセスでは、アンプル内のガスの比較的一定のヘッド体積、および一定の前駆体温度により、ウェハ均一性について利益を得られることがある。特定のそのような実装形態では、目標のヘッド体積は、アンプル容積の約２０〜３０％の体積でよい。したがって、ヘッド体積がアンプル容積の約２０〜３０％であるとき、アンプルの約７０〜８０％が前駆体で充填されてよい。さらに、前駆体撹拌がないことによってもウェハ均一性について利益を得ることがある。前駆体撹拌は、前駆体の一様でない気化をもたらす。最後に、半導体ウェハの製造において、高いウェハスループットが重要である。現在、アンプルは、典型的には、手動充填、自動充填、同時充填により補充され、またはメンテナンス中の充填により補充される。しかし、現在のところ、堆積中に使用されるときにかなり一定であるヘッド体積および前駆体温度と、堆積中に前駆体撹拌を伴わないことと、高いウェハスループットとを兼ね備えた技法はない。
図１Ａは、オンデマンド充填アンプルを有する例示的な基板処理装置の概略図である。図１Ａは、アンプル１０２と処理チャンバ１３２とを有する基板処理装置１００を示す。
図１Ａに示される図では、アンプル１０２は、前駆体１０４を収容している。特定の実装形態では、アンプルの容積は、約６００ｍＬ〜３Ｌの間でよい。図示される実装形態では、アンプルは、約１．２Ｌのアンプルでよい。前駆体は、流路１１２を通ってアンプル１０２内に流れる。弁１１４が、流路１１２を通って流れる前駆体の流れを制御する。弁１１４が開いているとき、前駆体は、流路１１２を通ってアンプル１０２に流れてよく、アンプル１０２を充填する。弁１１４が閉じられているとき、前駆体は、アンプル１０２内に流れることができない。図示される実装形態では、流路１１２は、アンプル１０２の底部に接続された流路である。他の実装形態では、前駆体を収容する流路は、ディップスティックなど他の構成でよく、アンプルの底部以外の領域からアンプルを充填しても差し支えない。
処理チャンバ１３２は、マニホールド１２０と、シャワーヘッド１２２とを含む。いくつかの実施形態は、２つのシャワーヘッドまたは４つのシャワーヘッドなど、複数のシャワーヘッドを含んでいてよい。そのような実装形態では、マニホールドは、シャワーヘッドに流体を分配してよい。特定の他の実装形態は、マニホールドを、インジェクタなど、前駆体を分配するための別のデバイスで置き換えてよい。他の実装形態では、処理チャンバは、マニホールドを含まなくてもよい。
シャワーヘッド１２２は、流路１３８を介してマニホールド１２０に流体接続されてよく、マニホールド１２０からシャワーヘッド１２２への流体の流れを制御するために流路に弁１３０が設置されてよい。シャワーヘッド１２２は、流路１３８を通って流れる流体を、処理チャンバ１３２内に位置されたプロセスステーションに分配してよい。プロセスステーションは、基板を含んでいてよい。プロセスステーションは、図１Ａには示されていない。
マニホールド１２０は、他の流路を介して真空に接続されていてもよい。弁１２８が真空を制御してよい。特定の実装形態では、任意の所与の時点で弁１３０と１２８のせいぜい一方が開いていてよい。シャワーヘッド１２２が流体の流れを受け取る準備ができていないときにキャリアガスおよび／または前駆体ガスの連続的な流れを許可するために、真空が使用されてよい。
流路１１８および１３６が、アンプル１０２をマニホールド１２０に接続する。流路１１８には弁１２６が位置される。弁１２６は、マニホールド１２０への全ての流体の流れを制御する。弁１２６が閉じられているとき、流体は、マニホールド１２０に流れることができない。逆に、弁１２６が開かれているとき、流体は、マニホールドに流れてよい。さらに、流路１１８には弁１２４も位置される。弁１２４は、弁１２６へのキャリアガスの流れを制御する。
流路１３６には弁１１６が位置される。弁１１６は、アンプル１０２から弁１２６への前駆体ガスの流れを制御する。
流路１０６は、基板処理装置１００をキャリアガス源と接続する。流路１０６を通って基板処理装置１００の残りの流路内に流れるキャリアガスの流れは、弁１０８によって制御される。弁１０８が閉じられている場合、流体は、基板処理装置１００を通って流れることができない。
流路１３４は、流路１０６をアンプル１０２と接続する。流路１３４に位置される弁１１０が、流路１０６からアンプル１０２内へのキャリアガスの流れを制御する。キャリアガスは、アンプル１０２に流入した後、気化された前駆体と混合して、前駆体ガスを生成してよい。
基板処理装置１００を通る流体の流れは、様々な弁の開閉によって制御されてよい。開閉される弁のいくつかの構成は、図４Ａ〜図４Ｄでより詳細に論じる。
図１Ｂは、オンデマンド充填アンプルを有する別の例示的な基板処理装置の概略図である。図１Ｂでの基板処理装置１００Ｂは、図１Ａでの基板処理装置１００と同様である。基板処理装置１００Ｂは、流路１４２によって接続された追加の弁１４０を含む。図１Ｂに示される基板処理装置１００Ｂの実装形態では、流路１４２および弁１４０は、キャリアガスが弁１２６に流れるための追加の経路を提供してよい。特定の実装形態では、弁１２４を通る流路は、基板処理装置の動作中にキャリアガスを流すために使用されてよく、弁１４０を通る流路は、基板処理装置のメンテナンス中にキャリアガスを流すために使用されてよい。
図２は、オンデマンド充填アンプルを利用する例示的な堆積プロセス操作を詳述するプロセスフロー図である。図２は、アンプル充填操作、およびプロセス操作のうちの残りの操作に対するアンプル充填操作のタイムテーブルを詳述する。図２において、図の右側にアンプル充填操作が示されており、左側に他の堆積プロセス操作が示されている。図２に詳述されるプロセス操作は、ＡＬＤ処理操作でよく、または液体反応物を使用する他のタイプの基板処理操作、例えば化学気相成長や、原子層エッチングを含めたエッチング操作などでよい。
操作２０２で、プロセス操作のセットアップが行われる。操作２０２は、装置の全般的なチェック、ピンの持上げ、基板の装填、および操作のプログラミングなど、処理操作のセットアップに関わる多様なタスクを含む。
操作２０２の後、操作２０４が、アンプルの充填を開始する。操作２０４は、アンプルの初期充填を開始する。操作２０４の開始時、アンプルは完全に空でよい。
アンプルが充填されている間、操作２０６で温度ソークが行われる。温度ソークは、前駆体を加熱して所望の温度（例えば、ＡＬＤで使用される特定の前駆体に関して約２０〜１００℃の間）にすることがあり、および／または温度ソークは、堆積前に基板を加熱してよい。前駆体が加熱される温度は、前駆体の化学組成に依存していてよい。特定の実装形態は、前駆体および／または基板を室温からより高い温度（例えば約２５〜４５℃の間の温度）まで加熱してよい。他の実装形態は、前駆体および／または基板を室温から約２５〜６０℃の間の温度）まで加熱してよく、さらに他の実装形態は、前駆体および／または基板を室温からさらに高い温度まで（例えば約８０℃まで）加熱してよい。前駆体が充填されているときの前駆体の熱ソークは、所望の量だけ気化するのに最適な温度の前駆体をもたらすことがある。さらに、アンプルの充填中に前駆体を熱ソークすることは、２つのセットアップ操作が同時に行われているので、より大きい基板スループットを可能にすることがある。最後に、気化された前駆体ガスを搬送するためにキャリアガスがアンプルを通って流されないので、熱ソーク中にアンプルを充填することは、充填中の前駆体の撹拌により生じる影響を最小限に抑えることもある。
操作２０６の温度ソークが完了した後、しかし操作２１０でラインがチャージされる前に、操作２０８でアンプルの充填を中止する。アンプルの充填は、様々な異なる条件により中止してよい。そのような条件は、図３に関してより詳細に述べる。特定の実装形態では、アンプルは、最初に満杯レベルでよい。そのような実装形態では、アンプルの初期充填は省かれてよい。
操作２１０で、ラインチャージが行われる。ラインチャージは、処理チャンバ内に前駆体ガスを送給する前に基板処理装置の流路を通るガスの流れである。すなわち、チャンバに通じるラインがチャージされて、チャンバへの弁が開かれるときに遅延をなくす。例えば、特定の実施形態は、アンプルから前駆体ガスを搬送するために、様々な流路を通してキャリアガスを流してよい。そのような前駆体ガスの事前の流れは、堆積の初期サイクルをより変動のないものにする助けとなり得る。これは、堆積で使用される前駆体ガスを流路に事前チャージすることによって行われ、それにより、処理チャンバに通じる弁が開かれるとき、前駆体ガスがより迅速に処理チャンバ内に達する。
操作２１０でのラインチャージ後、操作２１２で堆積が行われる。操作２１２で行われる堆積は、１サイクルの堆積でよく、またはＡＬＤ中に行われるものなど数サイクルの堆積でもよい。
操作２１２で堆積が行われた後、操作２１６で二次アンプル充填が開始される。操作２１６での二次アンプル充填は、アンプルを再び満杯レベルまで充填してよく、または別の充填停止条件が満たされるまでアンプルを充填するように設計されてもよい。操作２２０で充填停止条件が満たされると、第２のアンプル充填操作が中止される。二次アンプル充填は、アンプルが比較的変動のないヘッド体積を維持できるようにし、ウェハ均一性をより高くする。二次アンプル充填中、アンプルは、より変動のない前駆体温度を実現するために加熱されてよい。図２について述べられる実装形態など特定の実装形態では、二次アンプル充填は、充填により生じる前駆体の撹拌が基板処理に対して最小限の影響しか及ぼさない期間中に行われるようにタイミング調整される。いくつかの実装形態では、そのような期間は、堆積が行われない期間でよい。他の実装形態では、前駆体の蒸気圧が特定の閾値未満である期間中に堆積が行われてよい。低い蒸気圧を有する前駆体は、補充による撹拌をより受けにくいことがあり、したがって、堆積が行われている間に補充するのにより適していることがある。例えば、約１Ｔｏｒｒ未満の蒸気圧を有する前駆体が、堆積中に補充して差し支えない前駆体である。特定の実装形態では、任意の１回の二次アンプル充填操作中に補充される前駆体の量は、アンプル全容積の約４０％未満、例えばアンプル全容積の約２０％未満、約１０％未満、約５％未満、または約２％未満でよい。
二次アンプル充填が行われている間、ベース圧力への排気およびウェハ・インデキシングなど他のプロセス操作がやはり行われている。操作２１４で、ベース圧力への排気が行われる。ベース圧力への排気は、真空ポンプによって提供されるベース圧力までチャンバを排気するプロセスである。このプロセスは、基板処理チャンバから、例えば処理チャンバの真空ポートを通して残留材料を除去する。
操作２１８で、ウェハ・インデキシングが行われる。ウェハ・インデキシングは、基板処理チャンバ内部のさらなるプロセスステーションへの基板の移送および方向付けである。ウェハ・インデキシングは、基板処理チャンバが複数の処理ステーションを有するときに行われてよい。処理ステーションを１つしか有さない処理チャンバに関する実装形態など特定の実装形態では、ウェハ・インデキシングは行われなくてよい。
操作２１８でのウェハ・インデキシング後、プロセスは、操作２１２に戻って、全ての必要な堆積が行われるまで再び堆積を行ってよい。アンプル充填は、各回の堆積の合間に行われてよい。
図３は、例示的なオンデマンド充填アンプルを制御するためのアルゴリズムを詳述するプロセスフロー図である。操作３０２で、前駆体充填を行うためのコマンドが与えられる。操作３０２は、図２での操作２０４または２１６に対応していてよい。前駆体充填を行うためのコマンドは、制御装置に含まれる論理によって与えられてよい。制御装置は、基板処理装置の他の堆積操作を制御するために使用される制御装置でよく、またはアンプルに関連付けられる制御操作に専用の別個の制御装置でもよい。
前駆体充填を行うためのコマンドが与えられると、前駆体はアンプルを充填し始める。前駆体充填が行われている間、制御装置は、それと同時に操作３０４、３０６および３０８を行ってもよい。
操作３０４で、制御装置は、アンプル満杯センサがオンであるかどうかチェックする。アンプルは、離散レベルセンサなどのレベルセンサを含んでいてよい。レベルセンサは、満杯レベルなどアンプル内の特定の前駆体レベルを検出するように設定されてよい。そのような前駆体満杯レベルは、最適なヘッド体積を有するアンプルを得られるように計算されてよい。特定の実装形態では、満杯レベルは、最適なヘッド体積に達するように計算された閾値体積でよい。そのような閾値体積は、例えば、アンプルの全容積の約７０〜８０％、例えばアンプルの全容積の約７５％の前駆体の体積でよい。他の実装形態では、閾値体積は、ある範囲の体積でよい。そのような実装形態では、その範囲内にある前駆体体積が、満杯条件を満たしていてよい。特定のそのような実装形態では、後続の二次アンプル充填は、検出された前駆体体積に基づいて調節されてよい。例えば、後続の二次アンプル充填の停止条件が調節されてよい。
特定の他の実装形態では、レベルセンサは、低レベルを報告してもよい。低レベルは、アンプル内の前駆体の体積がアンプル容積の閾値パーセンテージ未満であるときに報告されてよい。そのような実装形態では、閾値体積は、アンプル容積の約５０％未満の体積でよい。そのような実装形態では、基板処理装置は、レベルセンサが低レベルを報告するときに基板の処理を停止してよい。特定の実装形態では、基板処理装置は、基板堆積操作のシーケンス中の全ての堆積サイクルを完了し、その後、基板処理を停止して、アンプルを補充してよい。
操作３０６で、制御装置は、アンプル充填タイマが切れているかどうかチェックする。アンプル充填タイマは、制御装置内に設定されたタイマでよく、アンプルを満杯レベルまで充填するのに必要な継続時間に近い継続時間の間のみアンプル充填プロセスが行われるようにする。特定の実装形態では、充填タイマは、いくらかの安全率を導入するために、アンプルを満杯レベルまで充填するのに必要とされる時間よりもわずかに長い継続時間でよい。他の実装形態では、アンプル充填タイマは、アンプルを満杯に充填するのに必要な継続時間よりもはるかに長くてよい。そのような実装形態では、充填タイマ継続時間は、アンプルを満杯レベルまで充填することができる最良の機会を与えるように選択されてよく、アンプルの過剰充填を防止するための主メカニズムとしてアンプル満杯センサに依拠してよい。
特定の実装形態では、初期充填と二次充填のための充填タイマは異なっていてよい。そのような実装形態では、初期充填タイマは、例えば４５秒以下でよく、二次充填タイマは、例えば５〜１０秒の間でよい。他の実装形態では、充填タイマは、補正係数に基づいて調節されてよい。補正係数は、様々な異なる基板処理装置の補充ラインの圧力の差を見込むための係数でよい。したがって、高い補充ライン圧力を有する基板処理装置は、充填タイマをより短くする低い補正係数を有していてよく、一方、低い補充ライン圧力を有する基板処理装置は、充填タイマをより長くする高い補正係数を有していてよい。補充ライン圧力は、基板処理装置の固有の特性に基づいて変えてよく、または特定の機器に関する操作者の経験に基づいて変えてよい。例えば、前駆体撹拌のさらなる減少が望まれる場合には、補充ライン圧力は減少されてよい。さらに、補正係数は、前駆体補充ライン内部の圧力インジケータの上流での任意の変動を見込んでよい。ライン圧力に影響を及ぼすことがある因子としては、補充ラインの直径および長さが挙げられる。
特定の実装形態では、二次充填タイマは、初期充填中に検出される条件にかかわらず一定でよい。他の実装形態では、二次充填タイマは、初期充填中に検出される条件に応じて調節されてよい。例えば、初期充填中、アンプル満杯センサがオンであることが検出されなかった場合、二次充填操作中にアンプルが満杯レベルに達するより高い可能性を見込んで、二次充填タイマの継続時間が延長されてよい。
操作３０８で、制御装置は、明示的な停止コマンドが呼び出されているかどうかチェックする。特定の実装形態では、アンプルの充填を中止するための明示的な停止コマンドは、特定の堆積ステップの実施前に制御装置にプログラムされてよく、そのようなステップは、例えば、そのステップの実施中に同時にアンプル充填を行うと、許容できない程の前駆体の撹拌が生じ得る堆積ステップである。明示的な停止コマンドは、アンプル満杯センサおよび／またはアンプル充填タイマの故障に対するさらなる安全対策となり得る。さらに、特定の実装形態では、充填タイマおよび／または満杯体積は、ユーザ定義パラメータでよい。明示的な停止コマンドは、パラメータのユーザ定義のエラーが基板処理の質に影響を及ぼすのを防止し得る。
制御装置は、操作３０４、３０６、または３０８のいずれかから判断結果「はい」を検出した場合、操作３１０に進み、前駆体充填が停止される。操作３０４、３０６、または３０８のいずれからも判断結果「はい」が検出されなかった場合、制御装置は、操作３０２に戻って、前駆体充填の実施を継続してよい。
図４Ａは、図１Ａの例示的な基板処理装置に関する基板処理での１ステップを示す。図４Ａに示されるステップは、図２の操作２０４に対応する。図４Ａ、さらには図４Ｂ〜Ｃに示される基板処理装置１００は、図１Ａに示される基板処理装置の構成と同様の構成を有する基板処理装置でよい。図４Ａ〜Ｄで、実線は、流れのない流路を表し、点線は、液体前駆体の流れがある流路を表し、破線は、キャリアガスの流れがある流路を表し、二点鎖線は、前駆体ガスの流れがある流路を表す。
図４Ａでは、アンプル１０２の初期充填が行われている。図４Ａに示される実装形態では、弁１１４以外の全ての弁が閉じられている。弁１１４は開いており、アンプル１０２内への前駆体の流れを許可する。他の実装形態では、弁１０８、１２４、１２６、および１２８が開いていてよい。図４Ａで、前駆体の気化を促すように前駆体を所望の温度にするために、アンプル１０２が加熱されてよい。
図４Ｂは、図１Ａの例示的な基板処理装置に関する基板処理での別のステップを示す。図４Ｂに示されるステップは、図２の操作２１０に対応する。図４Ｂでは、前駆体の充填を停止するのに必要とされる条件の少なくとも１つが誘発されているので、ここでは弁１１４が閉じられている。
図４Ｂでは、弁１０８、１１０、１１６、および１２６は開かれており、基板処理装置が前駆体ガスの流れを流路１１８および１３６に事前チャージすることを可能にする。図４Ｂでは、シャワーヘッド１２２が前駆体ガスの流れを受け取る準備ができていないので、流路１１８および１３６を通って流れる前駆体ガスは、次いで、流路１３８を通ってダンプソースに流れる。前駆体ガスの連続的な流れが流路１１８および１３６を通して供給されて、シャワーヘッド１２２が前駆体ガスを受け取る準備ができたときに前駆体ガスの供給準備があることを保証する。
図４Ｂで、前駆体ガスは、キャリアガスと気化された前駆体との混合物である。キャリアガスは、開いた弁１０８および１１０をそれぞれ有する流路１０６および１３４を通って流れて、アンプル１０２に入る。アンプルは、気化された前駆体を収容しており、キャリアガスが、気化された前駆体と混ざって、前駆体ガスを生成する。次いで、前駆体ガスは、流路１３６を通ってアンプル１０２から流れ出る。
図４Ｃは、図１Ａの例示的な基板処理装置に関する基板処理でのさらなるステップを示す。図４Ｃに示されるステップは、図２の操作２１２に対応する。図４Ｃで、ここでは弁１２８は閉じられているが、ここでは弁１３０は開かれており、前駆体ガスがシャワーヘッド１２２を通って処理チャンバ１３２内に流れるのを許可する。
図４Ｄは、図１Ａの例示的な基板処理装置に関する基板処理でのさらなるステップを示す。図４Ｄに示されるステップは、図２の操作２１４に対応する。図４Ｄでは、弁１１０および１１６は閉じられているが、弁１２４は開かれている。したがって、流路を通る前駆体ガスの流れはないが、キャリアガスは、流路１０６および１１８を通って流れてよい。さらに、ここでは弁１３０は閉じられており、シャワーヘッド１２２内へのキャリアガスの流れを防ぐ。ここでは弁１２８は開いており、ダンプソースへのキャリアガスの流れを許可する。
図４Ｄでは、弁１１４は開いており、アンプル１０２への前駆体の補充を許可する。図４Ｄに示される補充は、二次前駆体補充である。
図５は、オンデマンド充填を用いた基板処理とオンデマンド充填を用いなかった基板処理とに関する基板処理結果の比較である。図５で、「Ｘ」印で表されるプロットは、オンデマンド充填を利用した堆積プロセスであり、正方形の印で表されるプロットは、オンデマンド充填を利用しなかった堆積プロセスである。
図５に示されるように、オンデマンド充填を利用した堆積プロセスは、より変動のない厚さを有し、オンデマンド充填を利用しなかった堆積プロセスは、厚さの変動がより大きい。オンデマンド充填を利用した堆積プロセスは、オンデマンド充填を利用しなかった堆積プロセスよりも高いプロセス均一性を示す。
（センサレベル）
特定の実施形態では、アンプル液体レベルセンサの動作不良など、起こり得る機器の問題に対応するために、追加の保護が用意される。上述したように、アンプルは、１つまたは複数のセンサを有していてよい。いくつかの実施形態では、それらは、アンプル内の液体の１つまたは複数のレベルを検知する。特定の実装形態では、ただ１つのセンサが２つ以上のレベルを検知し、さらなる実施形態では、ただ１つのセンサが３つ以上のレベルを検知する。図６は、アンプル６０１が、３つのセンサレベル、すなわち満杯センサレベル６０３、低センサレベル６０５、および枯渇センサレベル６０７を検知するように構成された１つまたは複数のセンサを有する一実施形態を示す。
特定の実施形態では、満杯センサレベルは、アンプルの全充填容積の約７０％〜９０％の間のアンプル容積である。特定の実施形態では、低センサレベルは、アンプルの全充填容積の約４０％〜６０％の間のレベルである。特定の実施形態では、枯渇センサレベルは、アンプルの全充填容積の約１０％〜３０％に設定される。一例では、満杯レベルセンサは、アンプル全容積の約７３％に指定され、低レベルセンサは、アンプル容積の約４８％に設定され、枯渇レベルセンサは、アンプル全容積の約１２％に設定される。アンプル全容積は、約３３０立方インチでよい。さらなる例として、アンプル容積は、反応チャンバサイズおよびサポートされるプロセスに応じて、約１００〜１０００立方インチの間でよい。
内部充填レベルを決定するために様々なタイプの物理的センサが採用されてよい。例として、Ｎｅａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃから市販されているものなど、シングルポイントおよびマルチポイント液体レベルセンサが挙げられる。いくつかの場合には、ただ１つの物理的センサが２つ以上のレベルを測定することができる。一例では、マルチポイントセンサは、３つのレベル、すなわち満杯レベル、低レベル、および枯渇レベルを測定するように構成される。
いくつかの実装形態では、アンプル制御論理は、満杯センサを使用する一次チェックを採用する。満杯センサが「オフ」状態から「オン」状態に変わる（これは、液体レベルが満杯レベルに達したことを示す）とき、制御論理は、アンプルのさらなる充填を中止するように充填システムに命令する。
いくつかの実装形態では、アンプル制御論理は、アンプルが空になるのを防止するための一次チェックを採用する。このチェックは、満杯センサが「オフ」状態のままであり、かつ、設定されたサイクル回数（例えば、特定のＡＬＤプロセスに関しては約２３０サイクル）にわたって充填が行われていないと判断することがある。そのような場合、制御論理は、（ｉ）充填を開始するように（堆積プロセスを円滑に停止させることができると仮定して）、または（ｉｉ）アンプルセンサが正しく動作するまで堆積を中止するようにシステムに命令してよい。いくつかの実装形態では、このチェックでのサイクルの回数は、ＡＬＤプロセスによる予想液体消費レベル、およびアンプルの全容積に基づく。例えば、いくつかのアンプルでは、特定の質量の液体（例えば約３〜７ｇの液体）がＡＬＤプロセスによって消費されたと計算されるたびにアンプルを自動的に充填することによって保護が提供される。
センサが故障している場合、上記の一次チェックの一方または両方を行うことができない。１つの故障モードは、アンプル液体が満杯レベルに達したことを満杯センサまたは関連のソフトウェアが正確に検知できないときに生じる。以下に述べるように、アンプル制御論理に追加の保護が組み込まれてよい。
特定の実施形態では、システムは、論理的でないセンサの読取りが生じたときに、ソフトシャットダウンに入るように、または他の方法で、システムおよび／または作製されるウェハへの損傷を回避するための手段を講じるように設計またはプログラムされる。１つのそのような論理的でない結果は、複数レベルセンサが、満杯センサが「オン」であり、かつ低レベルセンサが「オフ」であることを検出したときに生じる。この結果は、液体が、満杯レベルに達したが、枯渇レベルには達していないことを示唆する。明らかに、そのような状態は存在し得ない。
別の実施形態では、複数レベルセンサの最低レベルセンサ（例えば枯渇センサ）が「オフ」であるとき、システムは、他の予防ステップを自動的に取る。様々な実施形態において、最低レベルセンサは、「オフ」であるときにソフトシャットダウンを誘発するように設計される。なぜなら、最低レベル未満の液体は、アンプルを、ウェハおよび／またはシステム自体に損傷が生じ得る状態にすると考えられるからである。
（ソフトシャットダウン）
特定の実施形態では、エラーが発生したときに、この節または本特許出願の他の箇所で述べる保護手段を使用して、ＡＬＤツールまたは他の堆積ツールが「ソフトシャットダウン」を受ける。特定の実施形態では、ソフトシャットダウンは、さらなる堆積ステップ、または通常のＡＬＤ処理中に通常行われる他の処置をＡＬＤシステムが行うのを停止させる。いくつかの実装形態では、ソフトシャットダウンは、チャンバ内での現在のウェハ処理を終了し、ウェハを取り出し、モジュールをＯＦＦＬＩＮＥモードにすることを試みる。その後、モジュールに関する問題が解決されるまで、さらなるウェハは処理されない。また、充填が行われている場合、ソフトシャットダウンは、さらなるアンプル充填を停止してもよい。
特定の実施形態では、ソフトシャットダウンプロセスは、製造施設内の操作者または制御ルーチンに通知を発生する。通知は、ソフトシャットダウンを誘発した特定の問題を識別するものでよい。そのような通知の例は、枯渇レベルセンサが「オフ」状態であること、満杯レベルセンサが「オン」のままで累積補充時間が閾値を超えたこと、およびより長い期間（例えば閾値よりも長い期間）にわたって満杯センサが「オン」状態であることを含んでいてよい。そのような通知を受信して検討した後、ＡＬＤツールの保守を担当する制御システムおよび／または操作者は、通知された問題を解決するように意図された修正アクションを講じて、ＡＬＤツールが通常動作を再開できるようにすることができる。例えば、操作者は、動作不良を起こしているセンサを修理したり、手動でアンプル液体レベルを調節したりしてよい。そのような修正アクションを講じた後、ツールは、本明細書の他の箇所で述べるオンデマンド充填手順を使用して、アンプル補充などの通常動作を再開してよい。
（過剰充填保護）
特定の実装形態では、アンプル充填手順は、満杯センサが「オン」であると予想されるようにシステムが動作しているときに、「オン」でないことを満杯センサが示すことによって引き起こされる問題に対処するためのルーチンまたは他の論理を含む。一例として、故障または動作不良を起こしているセンサは、実際には液体がセンサのレベルに達しており、したがってセンサが「オン」を示すべきときに、「オフ」を示すことがある。図６のセンサレベル６０３を参照されたい。この起こり得る問題に対処するために、アンプル充填論理は、アンプルが充填された最終回の終了時点からの累積補充時間を維持する。例えば、累積タイマは、満杯センサがオンになり、アンプルへの液体が停止されたときはいつでもリセットしてよい。累積補充時間が閾値を超え、センサがまだ「オン」状態に達していない場合、論理は、ソフトシャットダウンを開始する。すなわち、アンプルが充填される必要があるときは常に、その充填は、時間｛Ｔ｝よりも長くはかからないと仮定される。この時間は、複数の充填時間（累積的な充填の要求）からの合計の時間である。アンプル充填論理は、合計の充填時間長さを追跡し、｛Ｔ｝を超えた場合に、現在進行中のルーチンにおいてエラー状態になる。例えば、Ｆ1＝１２秒、Ｆ2＝４０秒、およびＦ3＝１２秒である場合、（例えば）Ｔ＝６０秒のとき、論理は、Ｆ3の終了の４秒前にエラー状態になる。
累積タイマに関する閾値は、様々なパラメータに基づかせることができ、典型的には、対象の補充操作中のアンプル充填速度、アンプル容積（特に、安全な操作を可能にすると予想される液体の最大体積）、およびタイマがオンである間の、介入するＡＬＤプロセスステップ中のアンプルからの液体消費速度を含む。ＡＬＤプロセスは、各アンプル補充操作が行われる時間の合間に行われてよいことを理解すべきである。特定の実施形態では、タイマ閾値は、約３０〜３００秒の間である。特定の実施形態では、タイマ閾値は、約５０〜９０秒の間（例えば約６０秒）である。特定の実施形態では、閾値充填時間は、製造施設に関する特定のプロセス化学反応物消費速度およびアンプル充填速度を用いて、実験室試験条件に基づいて決定される。
図７は、過剰充填保護の特定の実施に関する流れ図である。この流れ図に示されるブロックは、堆積モジュールでのアンプル充填制御を実施するためのプログラムまたは他の論理における実行ステップを表す。図示される実施形態では、アンプル制御論理は、開始操作７０３から始まるループとして表されている。実行中、各反復で、ブロック７０３では特定の操作は行われない。各反復において、プロセス論理は、決定点７０５で、満杯センサがオン状態であるかどうか判断する。オン状態である場合、ルーチンの過剰充填保護部分は実行されず、プロセスは、図８に関して述べるように進む。ルーチンの過剰充填保護部分では、満杯センサはオンでなく、図７に示されるように、論理は、ブロック７０７で示されるようにアンプルに前駆体を充填するための命令を提供する。同時に、プロセスは、図８に関してさらに述べるように枯渇保護モードで使用されてよいサイクルカウントをリセットする。ブロック７０９を参照されたい。充填が進むとき、充填タイマは、充填タイマがリセットされた最終回からの累積充填時間を追跡する。ブロック７１１を参照されたい。次に、アンプル充填論理は、合計の累積充填時間が閾値（６０秒など）よりも長いかどうか判断する。決定ブロック７１３を参照されたい。長い場合、論理は、ブロック７１５で示されるように、システムをエラー状態にして、実行を停止する。次いで、システムは、上述したようにソフトシャットダウンに入ってよく、プロセスは、ブロック７１７で示されるように終了する。充填タイマによって記録される累積時間が閾値を超えていない場合、制御論理は、ブロック７１３から後続の決定ブロック７１９に進み、ここで、システムが堆積を行うべきかどうか判断する。行うべきでない場合、ルーチンは、ブロック７１７で円滑に終了する。しかし、論理が、堆積を進めるべきであると判断した場合、プロセスは、ブロック７２１で示されるように、前駆体充填を停止し、それと同時にタイマを一時停止する。上述したように、堆積プロセスの過程中、基板上への材料の反復的な堆積は、ウェハ・インデキシング、ベース圧力への排気、および他の操作のために一時停止してよいことを理解すべきである。この一時停止が生じるたびに、アンプルの充填を再開してよく、充填タイマが再スタートする。
図７に示される実施形態では、満杯センサはオフ状態のままであり、したがって、アンプル補充は、根底にあるオンデマンド充填論理に従って、可能であれば常に行われ、それによりアンプルの過剰充填の危険が残る。プロセスフロー論理でのブロック７２１に戻ると、システムは、堆積を行い始め、次いでブロック７２３および７２５で示されるようにサイクルカウンタを増分する。これについては、図８を参照してさらに詳細に述べる。次いで、プロセス制御はブロック７０３に戻り、満杯センサが再度チェックされる。
説明したように、図７に示される論理は、過剰充填保護モードの動作を示し、満杯センサが常にオンのままであると仮定する。この状態では、ブロック７１１で示されるように、充填タイマは増加し続けており、リセットされることはない。したがって、上述したオンデマンド充填アルゴリズム中に充填が停止する間に充填タイマが繰り返し一時停止される場合でさえ、累積充填時間は、閾値により一層近付き、ブロック７１３および７１５で示されるように、最終的にはエラー状態への移行を誘発する。
この節で述べる保護は、満杯センサが故障または動作不良を起こしているときの過剰充填保護の文脈で述べているが、満杯センサが「オン」に切り替わっていないが実際には適切に動作している他の状況に保護が広がってもよい。例えば、満杯センサは、アンプルへの液体の提供に関して動作不良または他の問題があることが原因で液体が満杯センサのレベルに達していないときには、「オフ」状態のままであり得る。そのような問題の例としては、アンプルへの補充弁が適切に動作していないことや、製造施設からアンプルへの液体の送給が遅いまたは無いことなどが挙げられる。これらの各場合において、アンプル補充がおそらく行われている間に満杯センサがより長い期間にわたって「オフ」のままであることは、問題があることを示唆し、したがって、アンプル制御論理は、この問題をエラーとして識別し、ソフトシャットダウンを開始してよい。
（低いアンプル液体レベルの保護）
特定の実施形態でのアンプル制御論理は、実際には液体が液体レベルセンサのレベルに達していないときに「オン」であることを示すという、液体レベルセンサによって引き起こされる生じ得る問題に対処するように設計されてよい。そのような場合、センサは、正しくは「オフ」を示すべきである。センサのこの動作不良により、液体レベルが危険なほど低くなったときにアンプルを補充することができなくなることがある。過少充填に対する一次保護は、液体レベルがセンサの読取りレベル未満に落ちたときにセンサが「オフ」を示すことに依拠する。特定の実装形態では、制御論理は、アンプル充填が実行された最終回から前駆体サイクルを追跡することによって二次保護を提供する。そのようなサイクルの回数が閾値の回数よりも大きい場合、システムは、ソフトシャットダウンを実行してよい。
特定の実施形態では、アンプル枯渇保護論理は、以下の特徴を含んでいてよい：
・定常状態動作中、｛Ｎ｝回の堆積サイクル毎に少なくとも１回アンプルが充填されると仮定される。
・制御論理は、最後の充填からのサイクルの回数を追跡する。
・プロセスモジュールは、カウントが｛Ｎ｝を超えた場合に、ソフトシャットダウンに進められる。
・充填が実際に実行される場合、カウントはゼロ（０）にリセットされる。
・｛Ｎ｝は、５０００サイクルと推定される（この値はプロセス特有であり、実際のツールに基づいて調節することができる）。
図８は、図７の流れ図であるが、オンデマンド充填アンプル論理の上に構築された枯渇保護モードを示す。前述したように、反復プロセスは、決定ブロック７０５で示されるように、満杯センサがオンであるかどうか判断する。この例では、満杯センサは、実際にはオフであるべきときにオンであることを示すので動作不良を起こしていると仮定される。図示されるように、ブロック７０５で満杯センサがオンであると論理が判断するとき、アンプル充填論理は、現在の前駆体充填を停止する。ブロック８０１を参照されたい。同時に、論理は、図７に関して述べた過剰充填保護ルーチンに関連する充填タイマをリセットする。ブロック８０１で前駆体充填を停止した後、プロセスは、次に、上述した決定ブロック７１９で示されるように、堆積を行うべき時であるかどうか判断する。堆積が行われるべきであると仮定すると、プロセス論理は、ブロック７２１で示されるように堆積を行うようにシステムに命令する。堆積が進行するとき、各サイクルがカウントされ、または少なくとも、前駆体が消費されるサイクルがカウントされる。ブロック７２３を参照されたい。１つまたは複数の順次の堆積サイクル（これは、ウェハ・インデキシングなどのために定期的に一時停止してよい）にわたってサイクルカウントが増分するとき、サイクルカウンタは、決定ブロック７２５で示されるように、現行のサイクルカウントを何らかの閾値サイクル回数と比較する。説明したように、サイクルカウントは、アンプルが危険なほど過少充填状態になるのを防ぐように決定される。サイクルカウントが最終的に閾値を超えるとき（おそらく満杯センサが故障または動作不良を起こしているので）、プロセス制御は、ブロック７１５に進められ、ここで、システムをエラー状態にし、ルーチンの実行を終了し、典型的にはソフトシャットダウンを伴う。サイクルカウントが閾値を超える時点まで、プロセスは、繰り返しブロック７０３および７０５にループして戻り、満杯センサが再びチェックされる。ここでも同様に満杯センサがオンのままであると仮定して、プロセスは、ブロック８０１を含む分岐を進み、新たにアンプル充填を行わずに堆積が引き続き行われる。
選択されるサイクル閾値は、プロセスに悪影響を及ぼす（例えば、堆積される被膜の特性が悪影響を及ぼされる）点までアンプル内の液体レベルを枯渇させることになるような、ある量の前駆体をアンプルから消費すると判断されるサイクルの回数に基づいていてよい。閾値は、アンプルのサイズ、したがって補充中のレベルの変化に対するアンプルの応答性と、１回のＡＬＤサイクル当たりの液体前駆体の消費量とに基づいて決定されてよい。特定の実施形態では、サイクル閾値は、約３０００〜８０００サイクルの間である。特定の実施形態では、サイクル閾値は、約４０００〜６０００サイクルの間（例えば約５０００サイクル）である。サイクルの数は、処理されるウェハの特定の枚数（例えば約５０〜１００枚の間のウェハ）に対応していてよい。
特定のＡＬＤプロセスでは、全てのサイクルがアンプルから液体前駆体を消費するわけではない。例えば、特定の堆積プロセス中の１つまたは複数のＡＬＤサイクルは、アンプルから前駆体を意図的に引き出さない。そのような「ドーズなし」のサイクルは、プロセスの適切な機能、および注目に値し得る微粒子または他の問題の発生をチェックするために使用されてよい。そのようなサイクル中、アンプル内の液体レベルは低下されない。したがって、そのような実装形態では、アンプル制御論理は、そのサイクルを、アンプルから液体前駆体を消費しないサイクルと認識し、したがって、エラー状態に関する閾値と比較されるサイクルの回数にカウントとして含めない。
（制御装置構成）
いくつかの実装形態では、制御装置は、本明細書で述べた例の一部でよいシステムの一部である。制御装置は、アンプル充填論理、または本明細書で論じる他の制御論理などの「論理」を含んでいてよい。そのようなシステムは、処理ツール、チャンバ、処理用プラットフォーム、および／または特定の処理構成要素（ウェハペデスタル、ガスフローシステム、アンプルなど）を含めた半導体処理機器を含んでいてよい。これらのシステムは、半導体ウェハまたは基板の処理前、処理中、および処理後にそれらの動作を制御するための電子回路と一体化されてよい。電子回路は「制御装置」と称されてよく、これは、システムの様々な構成要素またはサブパートを制御してよい。制御装置は、処理要件および／またはシステムのタイプに応じて、本明細書で開示する任意のプロセスを制御するようにプログラムされてよく、そのようなプロセスは、処理ガスの送給、温度設定（例えば加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、出力設定、高周波（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数設定、流量設定、流体送給設定、位置および動作の設定、アンプルの補充、ツール内外へのウェハ移送、および特定のシステムに接続またはインターフェースされた他の移送ツールおよび／またはロードロック内外へのウェハ移送を含む。
広範に言うと、制御装置は、例えば、命令を受信する、命令を送信する、動作を制御する、洗浄操作を可能にする、およびエンドポイント測定を可能にする様々な集積回路、論理、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子回路として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェアの形態でのチップ、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または１つまたは複数のマイクロプロセッサ、またはプログラム命令（例えばソフトウェア）を実行する１つまたは複数のマイクロコントローラを含んでいてよい。プログラム命令は、様々な個別の設定（またはプログラムファイル）の形態で制御装置に通信される命令でよく、特定のプロセスを半導体ウェハ上で、もしくは半導体ウェハ用に、またはシステムに対して実施するための動作パラメータを定義する。いくつかの実装形態では、動作パラメータは、ウェハの１つまたは複数の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化ケイ素、表面、回路、および／またはダイの製造中に１つまたは複数の処理ステップを達成するためにプロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部でよい。
いくつかの実装形態では、制御装置は、コンピュータの一部でよく、またはコンピュータに結合されてよく、そのコンピュータは、システムと一体化される、システムに結合される、他の形でシステムにネットワーク化される、またはそれらの組合せで構成される。例えば、制御装置は、「クラウド」または工場ホストコンピュータシステムの全てもしくは一部でよく、ウェハ処理の遠隔アクセスを可能にすることができる。コンピュータは、システムへの遠隔アクセスを可能にしてよく、製造操作の現在の進行状況を監視し、過去の製造操作の履歴を検査し、複数の製造操作から傾向または性能規準を検査して、現在の処理のパラメータを変更する、現在の処理に続くように処理ステップを設定する、または新たなプロセスを開始する。いくつかの例では、遠隔コンピュータ（例えばサーバ）が、ローカルネットワークまたはインターネットを含んでいてよいネットワークを介してシステムにプロセスレシピを提供することができる。遠隔コンピュータはユーザインターフェースを含んでいてよく、ユーザインターフェースは、パラメータおよび／または設定の入力またはプログラミングを可能にし、これらのパラメータおよび／または設定は、次いで遠隔コンピュータからシステムに通信される。いくつかの例では、制御装置は、１つまたは複数の操作中に行うべき各処理ステップに関するパラメータを指定する命令を、データの形態で受信する。パラメータが、実施すべきプロセスのタイプ、および制御装置がインターフェースまたは制御するように構成されたツールのタイプに特有のものでよいことを理解すべきである。したがって、上述したように、制御装置は、例えば１つまたは複数のディスクリート制御装置を含むことによって分散されてよく、それらの制御装置は、互いにネットワーク化され、本明細書で述べるプロセスや制御など共通の目的に向けて協働する。そのような目的のための分散型制御装置の一例は、（例えばプラットフォームレベルで、または遠隔コンピュータの一部として）遠隔に位置された１つまたは複数の集積回路と通信するチャンバにある１つまたは複数の集積回路であり、これらが組み合わさってチャンバでのプロセスを制御する。
限定はしないが、例示的なシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはモジュール、堆積チャンバまたはモジュール、スピンリンスチャンバまたはモジュール、金属めっきチャンバまたはモジュール、洗浄チャンバまたはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはモジュール、物理気相成長（ＰＶＤ）チャンバまたはモジュール、化学気相成長（ＣＶＤ）チャンバまたはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはモジュール、イオン注入チャンバまたはモジュール、トラックチャンバまたはモジュール、および、半導体ウェハの作製および／または製造に関連付けられてよいまたは使用されてよい任意の他の半導体処理システムを含んでいてよい。
上記のように、ツールによって行うべきプロセスステップに応じて、制御装置は、他のツール回路またはモジュール、他のツール構成要素、クラスタツール、他のツールインターフェース、隣接するツール、近隣のツール、全工場内に位置されたツール、メインコンピュータ、別の制御装置、または、ウェハのコンテナを半導体製造工場内のツール位置および／または装填ポートに／から導く材料輸送で使用されるツールの１つまたは複数と通信してよい。

Claims (42)

  1. 基板処理装置のアンプルを充填するための方法であって、
    （ａ）前記アンプルに液体前駆体を充填するためのアンプル充填開始条件が満たされているか判断するステップと、
    （ｂ）前記アンプルに前駆体を充填するステップであって、前記アンプルに前記前駆体を充填することが、少なくとも１つの他の基板処理操作と同時に行われる、ステップと、
    （ｃ）前記充填がまだ完了していないことを示す、前記アンプル内のセンサレベルを読み取るステップと、
    （ｄ）二次充填停止条件が満たされているか判断するステップと、
    （ｅ）前記二次充填停止条件が満たされているという判断に応答して、前記アンプルへの前記前駆体の充填を中止するステップと、を含む方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、
    さらに、前記アンプルが前記前駆体を受け取った最終回の終了時点に始まる累積充填時間を維持するステップを含み、
    前記二次充填停止条件が、前記累積充填時間が閾値を超えているという判断を含む、方法。
  3. 請求項２に記載の方法であって、
    アンプル補充が一時的に中止されて堆積が始まる１回または複数回のときに前記累積充填時間が一時的に停止されるが、充填が再開されたときに前記累積充填時間が再スタートする、方法。
  4. 請求項１に記載の方法であって、
    前記閾値が、約５０秒〜９０秒の間である、方法。
  5. 請求項１に記載の方法であって、
    さらに、ステップ（ｅ）で前記充填を中止したときに、ソフトシャットダウンを開始するステップを含む、方法。
  6. 請求項１に記載の方法であって、
    前記アンプル内の前記センサレベルを生成する前記センサが動作不良を起こしている、方法。
  7. 請求項１に記載の方法であって、
    前記アンプルに前記液体前駆体を提供するシステムが動作不良を起こしている、方法。
  8. 請求項１に記載の方法であって、
    前記アンプルに前記前駆体を充填することによって引き起こされる前記液体前駆体の撹拌が、前記基板処理装置によって処理される基板の一貫性に対して最小限の影響しか及ぼさない段階に、前記基板処理装置がなっている、または間もなく至る、という判断を、前記アンプル充填開始条件が含む、方法。
  9. 請求項１に記載の方法であって、
    前記アンプル充填開始条件が、堆積操作のシーケンスが前記基板処理装置内に含まれる基板上で完了しているという判断を含む、方法。
  10. 請求項９に記載の方法であって、
    堆積操作の前記シーケンスが、原子層堆積に関連付けられた堆積操作である、方法。
  11. 請求項１に記載の方法であって、
    前記アンプル充填開始条件が、前記前駆体の体積が閾値体積未満であるという判断を含む、方法。
  12. 請求項１に記載の方法であって、
    前記アンプル充填開始条件が、堆積操作のためのセットアップが行われているという判断を含む、方法。
  13. 請求項１に記載の方法であって、
    前記アンプルの充填と同時に行われる前記少なくとも１つの他の基板処理操作が、ウェハ・インデキシング操作を含む、方法。
  14. 請求項１に記載の方法であって、
    前記アンプルの充填と同時に行われる前記少なくとも１つの他の基板処理操作が、前記前駆体および／または基板の温度ソークを含む、方法。
  15. 請求項１に記載の方法であって、
    前記アンプルの充填と同時に行われる前記少なくとも１つの他の基板処理操作が、ベース圧力への排気操作を含む、方法。
  16. 基板処理装置のアンプルの充填を制御するための方法であって、
    （ａ）前記アンプル内に液体状態で貯蔵されている前駆体が前記基板処理装置の反応チャンバに送給される堆積サイクルの数のカウンタを始動させるステップと、
    （ｂ）アンプル充填開始条件が満たされているか判断するステップと、
    （ｃ）前記液体前駆体が前記アンプルに提供されるべきでないほど十分に、前記アンプルが満杯であることを示す、前記アンプル内のセンサレベルを読み取るステップと、
    （ｄ）前記カウンタによってカウントされた堆積サイクルの数が閾値を超えているか判断するステップと、
    （ｅ）前記カウンタによってカウントされた堆積サイクルの前記数が閾値を超えているという判断に応答して、前記堆積サイクルを中止するステップと
    を含む方法。
  17. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記閾値が、約３０００〜６０００の堆積サイクルを含む、方法。
  18. 請求項１６に記載の方法であって、
    ステップ（ａ）での前記カウンタを始動させるステップが、前記液体前駆体が前記アンプルに送給されるときに行われ、前記カウンタが、液体前駆体が前記アンプルに再び送給されるまでカウントし続ける、方法。
  19. 請求項１６に記載の方法であって、
    さらに、ステップ（ｅ）で前記堆積サイクルを中止したときに、ソフトシャットダウンを開始するステップを含む、方法。
  20. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記アンプル内の前記センサレベルを生成するセンサが動作不良を起こしている、方法。
  21. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記アンプルに前記前駆体を充填することによって引き起こされる前記液体前駆体の撹拌が、前記基板処理装置によって処理される基板の一貫性に対して最小限の影響しか及ぼさない段階に前記基板処理装置がなっている、または間もなく至る、という判断を、前記アンプル充填開始条件が含む、方法。
  22. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記アンプル充填開始条件が、堆積操作のシーケンスが前記基板処理装置内に含まれる基板上で完了しているという判断を含む、方法。
  23. 請求項１６に記載の方法であって、
    堆積操作の前記シーケンスが、原子層堆積に関連付けられた堆積操作である、方法。
  24. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記アンプル充填開始条件が、堆積操作のためのセットアップが行われているという判断を含む、方法。
  25. 請求項１６に記載の方法であって、
    前記アンプル充填条件が、前記アンプルの充填と同時に行われる１つの他の基板処理操作を含み、前記基板処理操作が、ウェハ・インデキシング操作、前記前駆体および／または基板の温度ソーク、およびベース圧力への排気操作からなる群から選択される、方法。
  26. 前駆体補充システムであって、
    前駆体送給システムおよび前駆体源に流体接続されるように構成され、液体前駆体を収容するように構成されたアンプルと、
    １つまたは複数の制御装置と、を備え、
    前記１つまたは複数の制御装置が、
    （ａ）前記アンプル内に液体状態で貯蔵されている前駆体が基板処理装置の反応チャンバに送給される堆積サイクルの数のカウンタを始動させ、
    （ｂ）アンプル充填開始条件が満たされているか判断し、
    （ｃ）前記液体前駆体が前記アンプルに提供されるべきでないほど十分に前記アンプルが満杯であることを示す、前記アンプル内のセンサレベルを読み取り、
    （ｄ）前記カウンタによってカウントされた堆積サイクルの数が閾値を超えているか判断し、
    （ｅ）前記カウンタによってカウントされた堆積サイクルの前記数が閾値を超えているという判断に応答して、前記堆積サイクルを中止する
    ように構成される前駆体補充システム。
  27. 請求項２６に記載の前駆体補充システムであって、
    前記閾値が、約３０００〜６０００の堆積サイクルを含む、前駆体補充システム。
  28. 請求項２６に記載の前駆体補充システムであって、
    前記１つまたは複数の制御装置が、さらに、前記液体前駆体が前記アンプルに送給されるときにステップ（ａ）で前記カウンタを始動させ、液体前駆体が前記アンプルに再び送給されるまでカウントし続けるように構成される、前駆体補充システム。
  29. 請求項２６に記載の前駆体補充システムであって、
    前記１つまたは複数の制御装置が、さらに、ステップ（ｅ）で前記堆積サイクルを中止したときに、ソフトシャットダウンを開始するように構成される、前駆体補充システム。
  30. 請求項２６に記載の前駆体補充システムであって、
    前記アンプルに前記前駆体を充填することによって引き起こされる前記液体前駆体の撹拌が、前記基板処理装置によって処理される基板の一貫性に対して最小限の影響しか及ぼさない段階に、前記基板処理装置がなっている、または間もなく至る、という判断を、前記アンプル充填開始条件が含む、前駆体補充システム。
  31. 請求項２６に記載の前駆体補充システムであって、
    前記アンプル充填開始条件が、堆積操作のシーケンスが前記基板処理装置内に含まれる基板上で完了しているという判断を含む、前駆体補充システム。
  32. 請求項２６に記載の前駆体補充システムであって、
    前記アンプル充填条件が、前記アンプルの充填と同時に行われる１つの他の基板処理操作を含み、前記基板処理操作が、ウェハ・インデキシング操作、前記前駆体および／または前記基板の温度ソーク、およびベース圧力への排気操作からなる群から選択される、前駆体補充システム。
  33. 請求項２６に記載の基板処理装置であって、
    さらに、
    堆積チャンバと、
    前記堆積チャンバ内に収容された基板処理ステーションと、を備え、
    前記基板処理ステーションが、基板を受け取るように構成された基板ホルダを含み、前記前駆体送給システムが、前記基板処理ステーションによって受け取られた前記基板の処理中に前駆体を送給するように構成される、基板処理装置。
  34. 前駆体送給システムおよび前駆体源に流体接続されるように構成され、液体前駆体を収容するように構成されたアンプルと、
    １つまたは複数の制御装置と、を備える前駆体補充システムであって、
    前記１つまたは複数の制御装置が、
    （ａ）前記アンプルに液体前駆体を充填するためのアンプル充填開始条件が満たされているか判断し、
    （ｂ）少なくとも１つの他の基板処理操作と同時に、前記アンプルに前記前駆体を充填する処理を行い、
    （ｃ）前記充填がまだ完了していないことを示す、前記アンプル内のセンサレベルを読み取り、
    （ｄ）二次充填停止条件が満たされているか判断し、
    （ｅ）前記二次充填停止条件が満たされているという判断に応答して、前記アンプルへの前記前駆体の充填を中止する
    ように構成される前駆体補充システム。
  35. 請求項３４に記載の基板処理装置であって、
    前記１つまたは複数の制御装置が、さらに、前記アンプルが前記前駆体を受け取った最終回の終了時点に始まる累積充填時間を維持するように構成され、
    前記二次充填停止条件が、前記累積充填時間が閾値を超えているという判断を含む、基板処理装置。
  36. 前記１つまたは複数の制御装置が、さらに、アンプル補充が一時的に中止されて堆積が始まる１回または複数回のときに前記累積充填時間が一時的に停止されるように構成される請求項３５に記載の基板処理装置。
  37. 請求項３４に記載の基板処理装置であって、
    前記閾値が、約５０秒〜９０秒の間である、基板処理装置。
  38. 請求項３４に記載の基板処理装置であって、
    前記１つまたは複数の制御装置が、さらに、ステップ（ｅ）で前記充填を中止したときに、ソフトシャットダウンを開始するように構成される、基板処理装置。
  39. 請求項３４に記載の基板処理装置であって、
    前記アンプルに前記前駆体を充填することによって引き起こされる前記液体前駆体の撹拌が、前記基板処理装置によって処理される基板の一貫性に対して最小限の影響しか及ぼさない段階に、前記基板処理装置がなっている、または間もなく至る、という判断を、前記アンプル充填開始条件が含む、基板処理装置。
  40. 請求項３４に記載の基板処理装置であって、
    前記アンプル充填開始条件が、前記前駆体の体積が閾値体積未満であるという判断を含む、基板処理装置。
  41. 請求項３４に記載の基板処理装置であって、
    前記アンプルの充填と同時に行われる前記少なくとも１つの他の基板処理操作が、前記前駆体および／または基板の温度ソークを含む、基板処理装置。
  42. 請求項３４に記載の基板処理装置であって、
    さらに、
    堆積チャンバと、
    前記堆積チャンバ内に収容された基板処理ステーションと、を備え、
    前記基板処理ステーションが、基板を受け取るように構成された基板ホルダを含み、前記前駆体送給システムが、前記基板処理ステーションによって受け取られた前記基板の処理中に前駆体を送給するように構成される
    請求項３４に記載の基板処理装置。
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