JP2024096048A - 遠隔固体補充チャンバ - Google Patents

Abstract

【課題】化学的前駆体送達容器を補充するための方法、システム、および装置を提供する。
【解決手段】基板処理システムは、基板処理プラットフォーム上の第一の位置に配設され、第一の内部容積を有する送達容器と、化学物質送達ラインを介して前記送達容器と流体連通する遠隔補充容器であって、第一の内部容積よりも大きい第二の内部容積を有し、基板処理プラットフォームから離れた第二の位置に配設された遠隔補充容器と、遠隔補充容器に近接し、遠隔補充容器内に配設された化学物質の相を第一の相から第二の相に変化させるのに十分な加熱し、または加圧し、またはそれらを組み合わせるように動作可能な第一の加熱装置または第一の加圧装置、またはそれらの組み合わせと、を含む。
【選択図】図１

Description

本開示は、概して、半導体処理装置に関し、具体的には、化学的前駆体送達容器を補充するための方法、システム、および装置に関する。

化学蒸着（ＣＶＤ）および原子層堆積（ＡＬＤ）などの半導体製造プロセスは、半導体ウェハ（本明細書では基板とも呼ばれる）上の薄膜の堆積を伴う。処理中、ウェハは、反応チャンバ内の一つまたは複数の前駆体に曝露されて、材料の薄い層を堆積させる。前駆体源は、典型的には、処理ツールに搭載された送達容器に貯蔵され、送達容器から反応チャンバに送達される。送達容器の保守および交換の必要性を低減するために、送達容器は漸進的に大きくなってきている。しかしながら、大型の送達容器でさえも最終的に空になり、交換する必要があるため、ダウンタイム、および場合によっては品質または安全性からの逸脱を強制する可能性もある。こうしたシステムは、概して、その意図される目的のために受け入れられてきた。しかしながら、送達容器の保守および交換の必要性を低減するための改善された方法、システム、および装置に対するニーズが依然として存在する。本開示は、このニーズに対する解決策を提供する。

送達容器を遠隔補充容器に連結するための方法が提供される。この方法は、基板処理プラットフォーム上の第一の位置に配設された送達容器を、基板処理プラットフォームから離れた第二の位置に配設された遠隔補充容器に連結することと、遠隔補充容器内に第一の相の化学物質を貯蔵することと、遠隔補充容器内の化学物質の相を第二の相に変更することと、第二の相の化学物質を送達容器に搬送することと、を含む。この方法は、化学物質の相を変更することが、化学物質を加熱すること、または化学物質を加圧すること、またはそれらの組み合わせをさらに含むことをさらに含んでいてもよい。

上述の特徴のうちの一つまたは複数に加えて、またはその代わりとして、さらなる例は、化学物質の相を変更することが、化学物質の融点を下回る第一の温度で化学物質を昇華させることをさらに含むことを含んでいてもよい。この方法は、化学物質を搬送することが、送達容器内における、送達容器の上部にある第二の相の化学物質を受け取ることと、その化学物質を第二の温度に加熱する、または化学物質を加圧すること、あるいはそれらの組み合わせにより化学物質の相を第三の相に変化させることをさらに含むことをさらに含んでいてもよい。この方法は、送達容器の底面上に第三の相の化学物質を受け取ることと、化学物質の温度を変更して化学物質を第四の相に変化させることとをさらに含んでいてもよい。一例では、第三の相は液体であってもよく、第四の相は固体であってもよい。

上述の特徴のうちの一つまたは複数に加えて、またはその代わりとして、さらなる例は、送達容器の内部容積内に温度勾配を維持することを含んでもよく、送達容器の上部は底面よりも高い温度である。この方法は、送達容器の上部では化学物質を第三の相に変化させると同時に、送達容器の底面上では第四の相の化学物質を貯蔵することとをさらに含んでいてもよい。

上述の特徴のうちの一つまたは複数に加えて、またはその代わりとして、さらなる例は、化学物質の相を変更することが、化学物質の融点より高い第一の温度で化学物質を液化することをさらに含むことを含んでいてもよい。この方法は、化学物質を搬送することが、液化に続いて、化学物質を遠隔補充容器の容積内の加圧ガスに曝露することによって、化学物質に対する圧力を増加させることと、送達容器内における送達容器の底部にある第二の相の化学物質を受け取ることと、化学物質を第一の温度より高い第二の温度に加熱することと、をさらに含んでいてもよい。

基板処理システムが提供される。基板処理システムは、基板処理プラットフォーム上の第一の位置に配設され、第一の内部容積を有する送達容器と、化学物質送達ラインを介して送達容器と流体連通する遠隔補充容器であって、第一の内部容積よりも大きい第二の内部容積を有し、基板処理プラットフォームから離れた第二の位置に配設された遠隔補充容器と、遠隔補充容器に近接し、遠隔補充容器内に配設された化学物質の相を第一の相から第二の相に変化させるのに十分な加熱または加圧またはそれらの組み合わせを行うように動作可能な第一の加熱装置または第一の加圧装置、またはそれらの組み合わせと、を含む。

上述の特徴のうちの一つまたは複数に加えて、またはその代わりとして、さらなる例は、化学物質送達ラインが、化学物質の相変化温度よりも高い搬送温度に化学物質送達ラインを維持するように動作可能な第二の加熱装置に連結されることを含んでいてもよい。基板処理システムは、送達容器が、第三の加熱装置、第二の加圧装置、または冷却装置、またはそれらの組み合わせをさらに備え、化学物質送達ラインは、送達容器の上部または底部に配設された入口弁を介して送達容器に連結されることを含んでいてもよい。

上述の特徴のうちの一つまたは複数に加えて、またはその代わりとして、さらなる例は、化学物質送達ライン、送達容器または前記遠隔補充容器、またはそれらの組み合わせ内に配設された少なくとも一つのセンサであって、化学物質の温度を監視し、その監視に基づいてセンサデータを生成する、少なくとも一つのセンサと、その少なくとも一つのセンサに通信可能に連結され、第一の加熱装置、第二の加熱装置、第三の加熱装置、第一の加圧装置、第二の加圧装置、または冷却装置、またはそれらの組合せに通信可能に連結された少なくとも一つのコントローラであって、センサデータを受信し、第一の加熱装置、第二の加熱装置、第三の加熱装置、第一の加圧装置、第二の加圧装置、または冷却装置、またはそれらの組み合わせを、センサデータに基づいて調整する、少なくとも一つのコントローラと、を含んでいてもよい。基板処理システムは、入口弁が送達容器の上部に配設され、第三の加熱装置または第二の加圧装置、またはそれらの組み合わせが、送達容器の内部容積に入ると、それぞれ化学物質の相を第二の相から第三の相へと変化させるのに十分である熱もしくは圧力、またはそれらの組み合わせを化学物質に印加するように構成されることを含んでいてもよい。

上述の特徴のうちの１つ以上に加えて、またはその代わりとして、さらなる例は、冷却装置が送達容器の底部に配設されて、底部内表面を冷却して、化学物質の第三の相を第四の相に変化させることを含んでいてもよい。基板処理システムは、第一の相が固体であり、第二の相が気体であり、第三の相が液体であり、第四の相が固体であることを含んでいてもよい。

上述の特徴のうちの一つまたは複数に加えて、またはその代わりとして、さらなる例は、入口弁が送達容器の底部に連結されており、第三の加熱装置は送達容器の基部に配設され、送達容器の内部容積に化学物質が入ると加熱して、送達容器の補充中に化学物質の第二の相を維持するように構成されることを含んでいてもよい。基板処理システムは、第一の相が固相であり、第二の相が液相であることを含んでいてもよい。

上述の特徴のうちの一つまたは複数に加えて、またはその代わりとして、さらなる例は、冷却装置が、送達容器の長手方向軸に沿って変化するピッチを有する前記送達容器の外表面上に配設された冷却コイルであって、ピッチが前記送達容器の前記底部に近接した位置で最も高密度である冷却コイルと、冷却コイルに連結され、送達容器の底部に近接して配設された冷却剤入口と、冷却コイルに連結され、冷却剤入口の反対側に配設された冷却剤出口と、を備えることを含んでいてもよい。

この「発明の概要」は、選択された概念を、単純化した形態で紹介するために提供される。これらの概念は、下記の開示の例示の実施形態の「発明を実施するための形態」において、さらに詳細に記述される。この発明の概要は、特許請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図することも、特許請求される主題の範囲を限定するために使用することも意図していない。

本明細書で開示される本発明のこれら及び他の特徴、態様、及び利点は、本発明を例示することを意図し、また本発明を限定することを意図しない、特定の実施形態の図面を参照しながら以下で記述される。

基板処理プラットフォーム上に配設された送達容器を含む例示的な基板処理システムを示す概略図である。 図１に示した基板処理システムの例示的な補充サブアセンブリを示す概略図である。 図３Ａは、図１に示すように、例示の送達容器とその送達容器の上部に連結されたリッドを示す概略図であり、図３Ｂは、図１に示す例示のリッドを示す分解概略図である。 冷却装置および可変ピッチ冷却コイルを備える例示的な送達容器を示す概略図である。 固体原料補充プロセスの一例を示すフローチャートである。 基板処理システムの一例を示す概略図である。 図６に示す基板処理システムの例示的な補充サブアセンブリを示す概略図である。 固体原料補充プロセスの一例を示すフローチャートである。 固体原料補充プロセスの一例を示すフローチャートである。

当然のことながら、図内の要素は、簡潔かつ明瞭のために図示されており、必ずしも縮尺通りに描かれていない。例えば、図内の要素のうちの一部の相対サイズは、本開示の図示された実施形態の理解の向上を助けるために、他の要素に対して相対的に誇張されている場合がある。

ある特定の実施形態および例を下記に開示するが、本発明の具体的に開示された実施形態および／または使用、ならびにその明白な変形例および均等物を越えて本発明が拡張されることは、当業者によって理解されるであろう。それ故に、開示された本発明の範囲は、以下に記載の特定の開示された実施形態によって限定されるべきではないことが意図される。

本明細書で使用される場合、「基板」という用語は、修正されてもよい、またはデバイス、回路、もしくは膜がその上に形成されてもよい、任意の下地材料（複数可）を含む、任意の下地材料（複数可）を指す場合がある。「基板」は、連続的または非連続的、剛直または可撓性、固体または多孔質、およびそれらの組み合わせであってもよい。基板は、粉末、プレート、またはワークピースなどの、任意の形態であってもよい。プレートの形態の基板は、様々な形状、およびサイズのウェハを含んでいてもよい。基板は、例えば、ケイ素、シリコンゲルマニウム、酸化ケイ素、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、および炭化ケイ素を含む半導体材料から作製されてもよい。

連続基板は、堆積プロセスが生じるプロセスチャンバの境界を越えて、延在してもよい。一部のプロセスでは、連続基板は、プロセスチャンバを通して移動してもよく、これによりプロセスは基板の端部に達するまで継続される。連続基板は、任意の適切な形態で、連続基板の製造および出力を可能にするために、連続基板供給システムから供給されてもよい。

連続基板の非限定的な例としては、シート、不織布薄膜、ロール、箔、ウェブ、可撓性材料、連続フィラメントまたは繊維（例えば、セラミック繊維もしくはポリマー繊維）の束が、挙げられてもよい。連続基板はまた、非連続基板がその上へと取り付けられる、担体、またはシートを備えていてもよい。

本明細書に提示された例示は、任意の特定の材料、構造、または装置の実際の外観であることを意図せず、本開示の実施形態を記述するために使用される、単に理想化された表現にすぎない。

示された、かつ記述された特定の実装は、本発明のおよび最良の形態の例示であり、態様および実装の範囲を、いかなる方法でも、他に限定することを、意図していない。実際に、簡潔のために、従来の製造、接続、調製、およびシステムの他の機能的態様を詳細に記述していない場合がある。さらに、様々な図に示された接続線は、様々な要素間の、例示的な機能的関係、および／または物理的連結を表すことが、意図されている。多くの代替的若しくは追加の機能的関係、若しくは物理的接続が実際のシステムに存在してもよく、かつ／又はいくつかの実施形態では存在しなくてもよい。

化学反応物または固体原料の供給システムは、送達容器およびヒータ（例えば、放射加熱ランプ、抵抗ヒータおよび／または同種のもの）を備えることができる。容器は、原料前駆体（「化学物質」または「化学的前駆体」と呼ばれる場合もある）を含み、これは固体（例えば、粉末形態）または液体でありうる。ヒータは容器を加熱し、容器内の反応物の気化および／または昇華を促進させる。容器は、容器を通る搬送ガスの流れのための入口および出口を有することができる。搬送ガスは不活性、例えば、窒素、アルゴン、またはヘリウムであってもよい。一般的に、搬送ガスは容器の出口を通って、最終的に基板反応チャンバへ反応物の蒸気（例えば、気化または昇華した化学反応物）を運ぶ。典型的に、容器は容器の内容物を容器の外部から流体的に隔離するための隔離弁を備える。一つの隔離弁を容器の入口の上流に設け、別の隔離弁を容器の出口の下流に設けることができる。いくつかの実施形態の送達容器は、昇華器を備える、本質的に昇華器からなる、または昇華器からなる。つまり、本明細書で「送達容器」が言及される場合は常に、昇華器（例えば、「固体原料の化学物質昇華器」）も明確に意図される。

化学蒸着（ＣＶＤ）は、基板、例えばシリコンウェハ上に材料の薄膜を形成するための半導体産業において既知のプロセスである。ＣＶＤでは、異なる反応物の化学物質の（「前駆体ガス」を含む）反応物の蒸気が反応チャンバ内の一つまたは複数の基板に供給される。多くの場合、反応チャンバは、基板ホルダー（例えば、サセプタ）上に支持される単一の基板のみを備え、基板および基板ホルダーは所望のプロセス温度に維持される。典型的なＣＶＤプロセスでは、相互反応性の反応物の蒸気が互いに反応して基板上に薄膜を形成し、成長速度は温度と反応物ガスの量に関係する。

一部の用途では、反応物ガスは反応物送達容器内に貯蔵される。このような用途では、反応物は多くの場合、約１気圧および室温の標準圧力および温度でガス状である。このようなガスの例としては、窒素、酸素、水素、およびアンモニアが挙げられる。ただし、場合によっては、標準圧力および温度で液体または固体（例えば、塩化ハフニウム、酸化ハフニウム、二酸化ジルコニウム等）である原料の化学物質（「前駆体」）の蒸気が使用される。（本明細書で「固体原料前駆体」、「固体化学反応物」、または「固体反応物」と呼ばれる）一部の固体物質の場合、室温での蒸気圧は非常に低いため、通常は非常に低い圧力で加熱および／または保持され反応プロセスに十分な量の反応物の蒸気を生成する。気化（例えば、昇華または蒸発）した後、気相反応物を処理システム全体にわたって気化温度以上に保持することで、弁、フィルタ、導管、および気相反応物のある場所から別の場所へ、例えば送達容器から反応チャンバへの送達に関連する他の構成要素において望ましくない凝縮を防ぐことができる。このような天然の固体または液体の物質からの気相反応物は、様々な他の産業における化学反応に有用である。

原子層堆積（ＡＬＤ）は、基板上に薄膜を形成する別の既知のプロセスである。多くの用途では、ＡＬＤは本明細書に記載の固体および／または液体原料の化学物質を使用する。ＡＬＤは、サイクルで実行される自己飽和反応によって膜を堆積させる蒸着の一種である。膜の厚さは、実行されるサイクルの数によって決定される。ＡＬＤプロセスでは、ガス状反応物が順番におよび／または繰り返して基板またはウェハに供給され、ウェハ上に材料の薄膜を形成する。一つの反応物は、ウェハ上で自己制御的プロセスにより吸着する。続いて異なるパルス状の反応物が吸着された材料と反応して、所望の材料の単一分子層を形成する。分解は、例えば配位子交換またはゲッタリング反応で、吸着種間での、および適切に選択された試薬との、相互反応によって発生する場合がある。一部のＡＬＤ反応では、サイクルごとに僅か１分子の単分子層が形成される。より厚い膜は、目標の厚さが達成されるまで繰り返し成長サイクルを経て生成される。一部のＡＬＤ反応では、相互反応性の反応物は、異なる反応物へ基板を暴露させる間に除去プロセスを介在させることにより、気相で別々に保持される。

遠隔補充容器および／または送達容器は、入口および出口から延在するガスライン、ライン上の隔離バルブ、ならびにバルブ上のフィッティングが付属し、フィッティングは残りの基板処理プラットフォームのガスフローラインに連結するように構成されている。反応物送達容器と反応チャンバの間の様々な弁およびガスフローラインを加熱するために幾つかの追加ヒータを設けて、反応物液または蒸気がこのような構成要素上に固化または凝縮して堆積するのを防ぐことが望ましい。したがって、遠隔補充容器、送達容器、および反応チャンバとの間の気体および／または液体搬送構成要素は、反応物の気化／凝縮／昇華温度を超える温度に維持することができる。

本明細書に記述されるように、送達容器を原料前駆体で充填するために、複数の遠隔補充容器が含まれてもよい。従来、送達容器は基板処理プラットフォームから取り除かれて補充されるため、ダウンタイムおよびウェハ製造の損失につながる可能性がある。遠隔補充容器は、昇華器を交換または補充する必要性を低減することができる。代わりに、遠隔補充容器を使用して、送達容器に原料前駆体などの化学物質を自動および／または連続的に供給することができる。遠隔補充容器システムは、一つまたは複数の遠隔補充容器を含んでいてもよい。さらに、本明細書の実施形態による遠隔補充容器は、基板処理プラットフォームから離れた場所、例えば、サブファブ、または他の遠隔場所に配設することができる。したがって、遠隔補充容器容積は、基板処理プラットフォーム上に配設された容器のサイズ制限を受けない。

一部の例では、遠隔補充容器は、基板処理プラットフォーム（またはツール）から間隔を置いた場所に配設されてもよい。例えば、遠隔補充容器は、基板処理プラットフォームから別の部屋に、基板処理プラットフォームからクリーンルームを横切って、基板処理プラットフォームに隣接して、またはサブファブ内に位置してもよい。本開示の目的のために、“サブファブ”は、基板処理プラットフォームの下の領域である。一部の例では、これは、基板処理プラットフォームが配設されるレベルよりも低い建物レベルでクリーンルームの床内に構築されてもよく、または基板処理プラットフォームの下部を含んでいてもよい。

補充のために基板処理プラットフォームシステムから一つまたは複数の遠隔補充容器を取り外すことにより、遠隔補充容器は、送達容器の交換に関連する労働力、ダウンタイム、および安全性の逸脱を低減する。様々な構成を参照して追加の特徴を本明細書に記載する。

図１は、基板処理プラットフォーム１１０上に配設された送達容器１０２を含む基板処理システム１００の一例を示す概略図である。基板処理プラットフォーム１１０は、それぞれの反応チャンバ１２２および１２４を含む一つまたは複数の反応器１３８および１４０を含む。反応器１３８および１４０は、処理中にそれぞれの基板１４６および１４８を保持するためのそれぞれのサセプタ１４２および１４４を含む。基板処理プラットフォーム１１０は、一つまたは複数の反応物を基板１４６および１４８のそれぞれの表面に分配するための気体分配システム１５０および１５２を含む。基板処理プラットフォーム１１０は、反応チャンバ１２２および１２４のうちの一つまたは複数における真空圧力を制御するための真空源（図示せず）を含んでいてもよい。反応物供給源は、固体前駆体供給源送達容器１０２から生成される気相反応物を気相反応器に供給してもよい。反応チャンバ１３８および／または１４０は、気相反応器であってもよい。固体原料送達容器１０２は、ＨｆＣｌ４、ＺｒＣｌ４、ＡｌＣｌ３、ＴａＦ５、ＭｏＦ５、ＳｉＩ４などまたはその組み合わせを含むがこれらに限定されないソース化学物質または前駆体などのような化学反応物を含む化学物質１１４を含有してもよい。化学物質１１４は、標準的な条件（即ち、室温および大気圧）下で固体であってもよい。搬送ガス源１２０は、化学物質送達ライン１３６を介して送達容器１０２に連結されてもよく、搬送ガスを保持してもよい。搬送ガス源１２０は、化学物質送達ライン１５４ならびにバルブ１５８および１６０を介して反応チャンバ１２２および１２４に流体連結されてもよい。一例では、弁１５８および１６０は、一つまたは複数のコントローラによって制御される。送達容器１０２内に導入されるとき、搬送ガスは、容器出口弁１２６を通して気化および／または昇華した化学反応物を基板反応チャンバ１２２および／または１２４に搬送するのに役立つ。化学物質送達ライン１２８は、送達容器１０２からそれぞれの反応チャンバ１２２および１２４への化学物質１１４および／または搬送ガスの流体連通を制御するための弁１３２および１３４を備えていてもよい。

一例では、送達容器１０２は、化学物質送達ライン１０６を介して遠隔補充容器１０４に連結されてもよい。遠隔補充容器１０４は、横方向に、送達容器１０２および／または基板処理プラットフォーム１１０の上方または下方に、例えば基板処理プラットフォーム１１０の下方に位置するサブファブ内に、位置してもよい。

遠隔補充容器１０４は、標準条件（すなわち、室温および大気圧）下で固体でありうる前駆体または原料の化学物質を含む補充化学物質１１４を含んでいてもよい。遠隔補充容器１０４は、基板処理プラットフォーム１１０に関連付けられた寸法制限で制限されない場合もあるため、筐体１０８内の送達容器１０２よりも大きな化学的容量を有し得るバルク補充容器でもよい場合もある。例えば、遠隔補充容器１０４は、送達容器１０２の容量の少なくとも１．５倍、２倍、３倍、４倍、５倍、１０倍、または２０倍を有していてもよい。他の容量も可能であり、特許請求される主題はこれに関して限定されない。

化学物質送達ライン１０６は、遠隔補充容器１０４の出口弁１１６と送達容器１０２の入口弁１１８との間に延びていてもよい。入口弁１１８は、送達容器１０２のリッド１３０内に配設されてもよい。出口弁１１６は、遠隔補充容器１０４のリッド１８２に配設されてもよい。出口弁１１６および入口弁１１８は、遠隔補充容器１０４から送達容器１０２への化学物質１１４の流体連通を制御してもよい。

遠隔補充容器１０４は、化学物質１１４を気化（例えば、昇華、蒸発）するために装備されてもよく、その後、化学物質送達ライン１０６を介して気化または昇華された化学物質１１４を送達容器１０２に移行するようにしてもよい。一例では、遠隔補充容器１０４は、リッド１８２および／または筐体１０８の外部に配設され、かつリッド１８２および／または筐体１０８と熱連通する加熱装置１７４に近接してもよい。筐体１０８は、熱伝導性材料（例えば、ステンレス鋼）で作製されてもよく、加熱装置１７４からリッド１８２および／または遠隔補充容器１０４の内部容積に熱を伝達するように構成されてもよい。加熱装置１７４は、化学物質１１４の相を変化させるのに十分な温度に化学物質１１４を加熱して、化学物質１１４を気化および／または昇華させて化学物質１１４を送達容器１０２に送達ライン１０６を介して移送できるように構成されてもよい。加熱装置１７４は、当業者に公知のヒータ、加熱ジャケット、加熱ブロック、および／またはラジアルヒータなどの様々な加熱装置のいずれかを備えてもよく、特許請求される主題はこれに関して限定されない。

遠隔補充容器１０４は、補充動作の間に化学物質１１４を貯蔵するように構成されてもよい。冷却装置１８８は、遠隔補充容器１０４の底部に連結されてもよい。冷却装置１８８は、底面部分１９６を冷却して、昇華前の化学物質１１４を固体形態に維持してもよい。冷却装置１８８は、冷却プレート、冷却コイル、可変ピッチ冷却コイル、冷却ジャケット、冷却ファン、ペルチェ冷却器もしくは冷却材を循環させる統合冷却チャネル等、またはそれらの任意の組み合わせを備えていてもよい。

遠隔補充容器１０４は、選択された温度で動作するように構成されてもよい。例えば、作動温度を、化学的前駆体／反応物の所望の昇華速度に基づいて決定してもよい。一部の例では、動作温度は、約１０°Ｃ～約５００°Ｃの範囲内である。もちろん、気化または昇華される化学物質によって動作温度を選択してもよい。他の温度範囲も可能であり、特許請求される主題はこれに関して限定されない。

送達容器１０２は、遠隔補充容器１０４から化学物質送達ライン１０６を介して気相で化学物質１１４を受け取ってもよい。化学物質送達ライン１０６は、送達容器１０２の上部１９０、例えばリッド１３０に配設されてもよい。一例では、リッド１３０および入口弁１１８は、化学物質１１４が送達容器１０２に移行する際に、その化学物質１１４を液化して、例えば、入口弁１８４から送達容器１０２の底部に液化化学物質１１４を滴下させて固化させるように構成されてもよい。送達容器１０２は、一つまたは複数の加熱装置１７６（例えば、ヒータ、加熱ジャケット、加熱ブロック、および／またはラジアルヒータ）および／または一つまたは複数の冷却装置１８６に熱的に連結されてもよい。このような加熱または冷却装置は、補充動作、材料処理動作、および化学物質１１４の貯蔵中に、化学物質１１４の温度を制御または調整する役割を果たす。冷却装置１８６は、冷却プレート、冷却コイル、可変ピッチ冷却コイル、冷却ジャケット、冷却ファン、ペルチェ冷却器もしくは冷却材を循環させる統合冷却チャネルなど、またはそれらの任意の組み合わせを備えていてもよい。より詳細に述べるが、こうした加熱冷却装置１８６は、送達容器１０２内に温度勾配をもたらす。

一例では、送達容器１０２は、送達容器１０２の筐体１７８および／またはリッド１３０の外部に配設され、かつそれらと熱的に連通する加熱装置１７６に近接していてもよく、またはそれに連結されていてもよい。筐体１７８および／またはリッド１３０は、送達容器１０２に入る際に、加熱装置１７６から化学物質１１４に熱および／または圧力を伝達するように構成してもよい。こうした印加された熱および／または圧力は、化学物質１１４を液化して液滴を形成し、送達容器１０２の底部に落下することができる。送達容器１０２の基部１９２の温度は、冷却装置１８６（例えば、冷たいプレート）によって、流入する化学物質送達ライン１０６（図１を参照）、筐体１７８の側壁、または送達容器１０２のリッド１３０よりも低い温度に冷却されてもよい。これにより、送達容器１０２の上部１９０がシステム内で最高温度となり、基部１９２がシステム内で最低温度となるような温度勾配を長手方向軸２２４（図２を参照）に沿ってもたらすことができる。化学物質１１４として形成された液滴は、送達容器１０２の基部１９２の底面と接触すると、リッド１３０を通して固化する。補充中、化学物質１１４は、送達容器１０２の底部に固体を形成し、材料処理動作までそこに貯蔵されてもよい。冷却装置１８６は、送達容器１０２の基部１９２の温度を、化学物質１１４を固相に維持するのに十分な温度に維持してもよい。

送達容器１０２は、補充動作（図５および図９に示す）中、内部容積１８０内の温度勾配で動作するように構成してもよい。例えば、上部１９０に近接する部分の動作温度は、化学物質１１４の前駆体／反応物の所望の液化速度に基づいて決定してもよい。一部の例では、動作温度は約１０°Ｃ～約５００°Ｃの範囲内である。送達容器１０２に入る際に液化される化学物質によって動作温度を選択してもよい。同様に、送達容器１０２の基部１９２をハウジング上部１９０よりも低い温度に維持して、基部１９２上の化学物質１１４を固化して送達容器１０２内の温度勾配を維持してもよい。もちろん、気化される化学物質によって動作基本温度を選択してもよい。さらに、ガス状粒子が送達容器１０２の内部上の望ましくない領域で固化することを防止するために、基部１９２は、少なくとも上部１９０よりも低温の温度に設定してもよい。一例では、基部１９２は、送達容器１０２の内部容積１８０内の最も低温の場所である。したがって、基部１９２における動作温度は、化学物質１１４の融点をはるかに下回っていてもよい。

温度勾配は、基部１９２とリッド１３０を含む上部１９０との間に延びる。一例では、基部１９２は、第一の閾値温度以下に維持されてもよく、一方、部分１９０は、第一の閾値温度よりも高い第二の閾値温度以上に維持されてもよい。例えば、基部１９２および上部１９０がある温度差（例えば、第二の閾値温度と第一の閾値温度との間の差）で維持されてもよい。一例では、基部１９２と部分１９０との間の温度の差は、少なくとも約１°Ｃ、約５°Ｃ、約１０°Ｃ、約２０°Ｃ、約４０°Ｃ、約８０°Ｃ、または約１６０°Ｃ、またはその間の任意の値であってもよく、またはその中に終点を有する任意の範囲内に収まってもよい。他の温度差が可能であり、特許請求される主題はこれに関して限定されない。勾配は、長手方向軸２２４（図２を参照）に沿って、約１インチ、約２インチ、約４インチ、約８インチ、約１６インチ、約３２インチ、約６４インチ、または約１２８インチの軸方向距離、またはその間の任意の値にわたって配設されてもよく、またはその中に終点を有する任意の範囲内に収まってもよい。勾配は、段階的または直線的であってもよい。他の勾配寸法も可能であり、特許請求される主題はこれに関して限定されない。

一例では、加熱装置１７６は、材料処理動作中、化学物質１１４を気化および／または昇華させるなど、化学物質１１４の相を変化させるのに十分な温度に化学物質１１４を加熱するように構成してもよい。気化または昇華されると、化学物質１１４は、基板処理のために、化学物質送達ライン１２８を介して反応チャンバ１２２および／または１２４に搬送されてもよい。気化および／または昇華の前に、化学物質１１４は、送達容器１０２内に固体として保存されてもよい。あるいは、化学物質１１４は、補充中または補充後に液相で貯蔵されてもよい。加熱装置１７６は、化学物質１１４を液化するのに十分な温度に送達容器１０２を加熱するように構成してもよい。

送達容器１０２は、材料処理中、化学物質１１４の前駆体／反応物の所望の昇華速度に基づいて、選択された温度で動作するように構成してもよい。一部の例では、動作温度は約１０°Ｃ～約５００°Ｃの範囲内である。他の温度範囲が可能であり、特許請求される主題はこれに関して限定されない。

化学物質１１４が枯渇したら、遠隔補充容器１０４から送達容器１０２に補充してもよい。遠隔補充容器１０４から補充する前に、化学物質１１４の送達容器１０２を必ずしも完全に枯渇させる必要はない。

図示した例のコントローラ１５６は、デバイスインターフェース１６２、プロセッサ１６４、ユーザインターフェース１６６、およびメモリ１６８を含む。デバイスインターフェース１６２は、プロセッサ１６４を有線または無線リンク１７０に接続する。プロセッサ１６４は、（例えば、ユーザー入力を受信し、および／またはそれを通してユーザー出力を提供するために）ユーザインターフェース１６６に動作可能に接続され、メモリ１６８と通信するように配設してもよい。メモリ１６８は、プロセッサ１６４によって読み取られると、プロセッサ１６４に特定の動作を実行させる命令を含む、その上に記録された複数のプログラムモジュール１７２を有する非一時的機械可読媒体を含む。後に説明するように、動作の中でも、材料層堆積方法、および送達容器１０２（図５および図９に示す）を補充するための方法の動作がある。本開示を考慮して当業者によって理解されるように、コントローラ１５６は、他の例において異なる配設を有して本開示の範囲内に留まりうる。

図２は、図１に示した基板処理システム１００の補充サブアセンブリ２００の一例を示す概略図である。補充サブアセンブリ２００は、化学物質送達ライン１０６を介して遠隔補充容器１０４に連結された送達容器１０２を含む。遠隔補充容器１０４は、長手方向軸２０２に沿って温度勾配を維持し、昇華または気化される前の化学物質１１４（例えば、前駆体）を固体状態に貯蔵するように構成してもよい。遠隔補充容器１０４の基部２０４は、比較的低温（例えば、前駆体を固体として維持するため）であってもよい。リッド１８２は、送達容器１０２への搬送しやすくするため、比較的高温に達してもよい。この温度は、少なくとも化学物質１１４が気相に入り、化学物質送達ライン１０６、リッド１８２、出口弁１１６、および入口弁１１８などの下流流路構成要素における凝縮を最小化するのに十分である。

一部の例では、搬送ガス源２１６は、化学物質送達ライン２２２を介して遠隔補充容器１０４に連結されてもよく、搬送ガス２２０を遠隔補充容器１０４に供給してもよい。弁２１８は、搬送ガス２２０の流れを制御してもよい。搬送ガス２２０は、遠隔補充容器１０４から送達容器１０２への昇華化学物質１１４の搬送を補助してもよい。

一例では、ヒータ２０６および２０８は、化学物質送達ライン１０６に連結されて、例えば、搬送中の凝縮を防止するための気化温度である搬送温度を維持してもよい。この気化温度は、化学物質１１４の相変化温度（例えば、昇華温度）を上回ってもよい。ヒータ２０６および２０８は、当業者に公知のヒータジャケットまたは他の加熱装置を備えてもよく、特許請求される主題はこれに関して限定されない。ヒータ２０６および２０８は、化学物質送達ライン１０６の周りに巻き付けられてもよく、コイル状であってもよく、化学物質送達ライン１０６を包み込んでいてもよく、あるいは、化学物質送達ライン１０６に近接して配設されてもよい。凝縮を阻止するために、化学物質送達ライン１０６の角度または角の数は少なくてもよい。化学物質送達ライン１０６内の弁、接続点、および／または他の遮断箇所は、補充容器１０４の配置が基板処理プラットフォーム１１０から遠隔に（すなわち、離れて）配設されているため、化学物質送達ライン１０６内のより高い凝縮のリスクを相殺するために可能な限り最小化されてもよい（図１）。

一例では、一つまたは複数のバックアップ遠隔補充容器２９０は、遠隔補充容器１０４として共同設置して、枯渇時に遠隔補充容器１０４を交換するために必要なダウンタイムを低減してもよい。遠隔補充容器１０４を交換する必要がある場合、バックアップ遠隔補充容器２９０は、化学物質送達ライン１０６を介して（または異なる化学物質送達ラインを介して）送達容器１０２に迅速に連結して、遠隔補充容器１０４が取り外されて交換されるのを待つダウンタイムを避けてもよい。あるいは、バックアップ遠隔補充容器２９０は、遠隔補充容器１０４に連結されて、基板処理プラットフォーム１１０上のダウンタイムを必要とする補充動作または上流イベントの間など、他の任意のアイドル時間に容器１０４を補充してもよい。

一例では、補充プロセスは手動で制御されてもよく、および／または補充動作は、コントローラ１５６による自動フィードバック制御のための様々なセンサを使用して、部分的または完全に自動化されてもよい。例えば、センサ２１０は、送達容器１０２の内部容積１８０に隣接して、またはその内部容積１８０内に配設されてもよく、センサ２１２は、化学物質送達ライン１０６内に、または化学物質送達ライン１０６に隣接して配設されてもよく、センサ２１４は、遠隔補充容器１０４の内部容積２２０に隣接して、またはその内部容積２２０内に配設されてもよい。センサ２１０、２１２、および２１４は、例えば、音響、振動、化学物質、水分、流れ、光、圧力、力、密度、温度および／もしくは存在など、またはそれらの任意の組み合わせなどの様々な物理的現象を監視することができる。センサ２１０、２１２、および／または２１４は、例えば、送達容器１０２の温度勾配を監視してもよく、および／または化学物質送達ライン１０６、送達容器１０２、もしくは遠隔補充容器１０４、またはそれらの組み合わせのうちの少なくとも一つに配設された化学物質１１４の温度を監視してもよい。センサ２１０、２１２、および／または２１４は、代替的にまたは追加的に、化学物質送達ライン１０６、送達容器１０２、および／または遠隔補充容器１０４、またはそれらの組み合わせの温度を監視してもよい。センサ２１０、２１２、および／または２１４は、監視に基づいてセンサデータを生成し、センサデータをコントローラ１５６（図１を参照）に送信して、監視された装置を調整して、監視されたパラメータ（例えば、温度）を変更してもよい。例えば、コントローラ１５６は、センサデータに基づいて、加熱装置１７４、１７６、２０６および／または２０８および／または冷却装置１８６および１８８またはそれらの組み合わせのうちの一つまたは複数を調整してもよい。いくつかの実施形態では、反応チャンバ１２２、反応チャンバ１２４、送達容器１０２、および／または遠隔補充容器１０４のうちの一つまたは複数を制御する際に用いる電子機器および／またはコンピュータ要素は、システム内の他の場所にあってもよい。例えば、中央コントローラは、一つまたは複数のチャンバ自体の装置を制御するだけでなく、様々な容器および任意の関連する加熱装置に接続するバルブを制御することができる。一つまたは複数の弁を使用して、基板処理システム１００全体のガスの流れを制御することができる。

図３Ａは、図１に示すように、送達容器１０２の上部に連結された送達容器１０２およびリッド１３０の例を示す概略図である。一例では、リッド１３０は、筐体１７８と一体型であってもよく、または単に筐体１７８上に置かれてもよく、または筐体１７８に取り外し可能または永久的に取り付けられてもよい。リッド１３０は、摩擦（例えば、ねじ切り）、圧縮力（例えば、クランプ）、ねじなど、またはそれらの組み合わせによって筐体１７８に取り付けられてもよい。一例では、リッド１３０および筐体１７８は、ステンレス鋼、高ニッケル合金、アルミニウム、チタンなど、またはそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない、同一または異なる材料で作製されてもよい。

一例では、リッド１３０は、化学物質１１４を入口弁１１８を介して送達容器１０２に入ると、化学物質１１４を液化するように構成されてもよい。入口弁１１８、ポートブロック３２４、一つまたは複数のヒータ１７６、３２２、および３２６、出口弁１８４、および／またはリッド１３０内の他のハードウェアは、化学物質１１４を液化するのに十分な熱および／または圧力を加えるように構成されてもよい。例えば、リッド１３０は、ポートブロック３２４および／またはヒータ１７６、３２２、および／または３２６などの一つまたは複数の加熱装置に熱的に連結され、かつ加熱されてもよい。ヒータ１７６、３２２、および／または３２６は、例えば、ヒータ、加熱ジャケット、加熱ブロック、および／またはラジアルヒータを備えていてもよい。これらは、筐体１７８および／またはリッド１３０に近接して配設されて、リッド１３０の温度を調整してもよい。リッド１３０、入口弁１１８、ポートブロック３２４、１つ以上のヒータ１７６、３２２、および３２６、出口弁１８４、および／またはリッド１３０内の他のハードウェアからの熱は、放射、伝導、および／または対流を介して、リッド１３０の中および／またはリッド１３０を通って流れ、容器１０２の中へと移行するにつれて化学物質１１４に伝達されてもよい。リッド１３０、入口弁１１８、ポートブロック３２４、一つまたは複数のヒータ１７６、３２２、および３２６、出口弁１８４、および／またはリッド１３０内のその他のハードウェアの温度は、少なくとも、化学物質１１４を気体状態から液化するのに十分な融点温度とすることができる。入口弁１１８、出口弁１８４、および／または化学物質１１４の流路と流体連通する他の弁は、熱および／または圧力を印加して、化学物質１１４を液化および／または液化を補助することができる。

一例では、液化に伴い、化学物質１１４は凝縮して、送達容器１０２の底面３１４に落下する液滴３５０を形成することができる。送達容器１０２の基部温度は、冷却装置１８６（例えば、冷たいプレート）によって、流入する化学物質送達ライン１０６（図１を参照）または送達容器１０２の側壁３２０もしくはリッド１３０よりも低い温度に冷却されてもよい。これにより、システム内が最低温度となり、底面３１４と接触すると液体が固化するようになる。

図３Ｂは、上面３０２、側壁３０４、気体流路３１０、および底面３０６を示すリッド１３０の一例の分解概略図である。リッド１３０は、一つまたは複数の反応チャンバ１２２および１２４に連結可能な出口バルブ１２６と流体連通する化学物質昇華器３００を備えていてもよい（図１）。気体流路３１０は、それを通って気体が流れることができるように構成されていてもよい。一部の構成では、気体流路３１０は蛇行してもよい。

一例では、化学物質１１４は、出口弁１８４を介して送達容器１０２の内側部分部１８０に入ってもよい。出口弁１８４は、入口弁１１８と流体連通してもよく、化学物質１１４を液化するのに十分な熱および／または圧力を加えて、送達容器１０２の底面３１４に滴下させるように構成されてもよい。化学物質１１４は、冷却装置１８６と熱的に接触してもよい。冷却装置１８６は、ために、送達容器１０２の下部でより低温を維持して、補充動作中に化学物質１１４を固相の状態に保つようにしてもよい。一部の例では、例えば、可変ピッチ冷却コイル（図４を参照）、冷却ジャケット、冷却ファン、ペルチェ冷却器、または送達容器壁の内側部分内の冷却剤を循環する統合冷却チャネル、またはそれらの組み合わせなどの他の冷却装置を使用して、送達容器１０２の選択された部分で所望の温度を維持してもよい。

図４は、冷却装置１８６および外表面４０８の一部分上に配設された可変ピッチ冷却コイル４０６を備える送達容器１０２の例を示す。可変ピッチの冷却コイル４０６は、送達容器１０２内の温度勾配４３０の維持を補助する。温度勾配４３０は、送達容器１０２の内部容積１８０内において、底部４２４における第一の温度から送達容器１０２の上部４２６近くの第二の温度まで形成されてもよく、第一の温度は第二の温度より低くてもよい。

図１に関して述べるように、化学物質１１４は、気相で遠隔補充容器１０４から送達容器１０２に搬送されてもよい。化学物質１１４の固体への凝縮は、温度感受性プロセスであってもよい。化学物質１１４（例えば、化学物質前駆体）は、冷却装置１８６（例えば、コールドプレート）によって冷却可能な底部４２４にある、送達容器１０２の最も冷たい位置で最初に凝縮する場合がある。この第一の凝縮部分は、充填中に送達容器１０２に入るさらなる化学物質１１４の核形成部位として作用する可能性がある。対照的に、送達容器１０２のリッド１３０は、より高い温度に維持して、化学物質１１４が入口弁１１８、出口弁１２６および／または入口弁３１２などのリッド１３０の開口部内で凝縮しないようにするべきである。したがって、熱勾配４３０を維持して、送達容器１０２の底部４２４で冷却された内面３１４上の化学物質１１４の固化を促進し、また、化学物質１１４がリッド１３０内およびその周りで固化することを防止することが望ましい。

冷却コイル４０６のピッチ４１０は、送達容器１０２の長手方向軸４１２に沿って変化する（本明細書では「ピッチ」とは、冷却コイル４０６の隣接するスパイラルターン間の間隙を意味する）。例えば、冷却コイル４０６のピッチ４１０は、第二の部分４２０、第三の部分４２２、および／または第四の部分４２８よりも、第一の部分４１８でより高密度（または最も高密度）であってもよく、またはより近接していてもよい。ピッチ４１０は徐々に変化してもよい。言い換えれば、ピッチ４１０の密度は、底部４２４で高くてもよく、また、容器１０２の底部４２４から上部４２６まで長手方向軸４１２に沿って密度が低くなってもよい。このように冷却コイルのピッチ４１０を変化させることは、送達容器１０２内に温度勾配４３０を維持するのに役立つ場合がある。

冷却コイル４０６は、冷却剤がそれを通って流れることができるような中空であってもよい。冷却剤は、水、脱イオン水、グリコール／水溶液、および誘電体流体など、またはそれらの組み合わせなど、当業者に公知の様々な冷却剤のいずれかであってよい。冷却剤は、送達容器１０２の底部４２４の近くの入口４１４で冷却コイル４０６に入り、長手方向軸４１２の上部にある出口４１６を介して出てもよい。このようにして、冷却水は、底部４２４の近くで最も冷却されて、熱勾配４３０を維持するのを助けることができる。冷却コイルは、ステンレス鋼、アルミニウム、銅など、またはこれらの組み合わせを含むがこれに限定されない、様々な熱伝導性材料から形成されてもよい。

図５は、概して、固体原料補充プロセス５００の一実施形態を示すフローチャートである。プロセス５００について、図１～４を参照して説明する。プロセス５００は、ブロック５０２から始まり、送達容器１０２（図１を参照）が遠隔補充容器１０４に連結することができる。送達容器１０２は、基板処理プラットフォーム１１０上の第一の位置に配設されてもよく、遠隔補充容器１０４は、基板処理プラットフォーム１１０から離れた第二の位置に配設されてもよい。一例では、第一の位置は、約１フィート～約２０フィート、２０フィート～約１００フィート、１００フィート～約２００フィート、または２００フィート～約５００フィートの距離だけ第二の位置から離隔していてもよい。他の距離も可能であり、特許請求される主題はこれに関して限定されない。

送達容器１０２は、化学物質送達ライン１０６を介して遠隔補充容器１０４に連結されてもよい。プロセス５００は、ブロック５０４に進み、化学物質１１４（例えば、前駆体）を第一の相で遠隔補充容器に貯蔵することができる。一例では、第一の相は固相であってもよい。別の例では、第一の相は液体または気体であってもよい。ブロック５０６で、化学物質１１４の相は、遠隔補充容器１０４の一つまたは複数の構成要素の作用によって第二の相に変化させることができる。こうした作用は、化学物質１１４の加熱および／または加圧を含んでいてもよい。一例では、第一の相と第二の相は異なる。プロセス５００は、ブロック５０８に進み、化学物質１１４を第二の相で送達容器１０２に搬送して、化学物質１１４で送達容器１０２を補充することができる。化学物質１１４は、化学物質送達ライン１０６を開くことによって、遠隔補充容器１０４から送達容器１０２へと搬送されてもよく、開放した化学物質送達ライン１０６は、遠隔補充容器１０４を送達容器と流体連通させる。補充が完了した後、送達容器１０２からの化学物質１１４は、送達容器１０２と流体連通する反応チャンバ１３８および／または１４０に搬送されて、基板１４６および／または１４８を処理してもよい。

図６は、基板処理プラットフォーム６１０上に配設された送達容器６０２を含む基板処理システム６００の一例を示す概略図である。基板処理プラットフォーム６１０は、それぞれの反応チャンバ６２２および６２４を含む一つまたは複数の反応器６３８および６４０を含む。反応器６３８および６４０は、処理中にそれぞれの基板６４６および６４８を保持するためのそれぞれのサセプタ６４２および６４４を含む。基板処理プラットフォーム６１０は、一つまたは複数の反応物を基板６４６および６４８のそれぞれの表面に分配するためのガス分配システム６５０および６５２を含む。基板処理プラットフォーム６１０は、反応チャンバ６２２および６２４のうちの一つまたは複数における真空圧力を制御するための真空源（図示せず）を含んでいてもよい。反応物供給源は、固体前駆体供給源送達容器６０２から生成される気相反応物を気相反応器６３８および／または６４０に供給してもよい。搬送ガス源６２０はまた、化学物質送達ライン６５４ならびに弁６５８および６６０を介して反応チャンバ６２２および６２４に流体連結されてもよい。

固体原料送達容器６０２は、標準的な条件（すなわち、室温および大気圧）下では固体の可能性がある前駆体または原料の化学物質（例えば、化学物質６１４）を含有してもよい。

一例では、送達容器６０２は、遠隔補充容器６０４に連結されてもよい。遠隔補充容器６０４は、横方向に、送達容器６０２および／または基板処理プラットフォーム６１０の上方または下方に離れて位置してもよい。例えば、遠隔処理容器６０４は、基板処理プラットフォーム６１０の下に位置するサブファブ内に配設されてもよい。遠隔補充容器６０４は、バルク補充容器を備えてもよく、化学物質送達ライン６０６を介して送達容器６０２に連結されてもよい。

化学物質送達ライン６０６は、遠隔補充容器６０４の出口弁６１６と送達容器６０２の入口弁６１８との間に延びていてもよい。入口弁６１８は、送達容器６０２の底部６９６上に配設されてもよい。出口弁６１６は、遠隔補充容器６０４の底部６１２の近くまたは底部６１２上に配設されてもよい。弁６１６および６１８は、遠隔補充容器６０４から送達容器６０２への化学物質６１４の流れを制御するように構成してもよい。

遠隔補充容器６０４は、基板処理プラットフォーム６１０内のサイズ制限によって制限されない場合があるため、筐体６０８内の化学物質容量が送達容器６０２よりも大きい場合がある。例えば、遠隔補充容器６０４は、送達容器６０２の容量の少なくとも１．５倍、２倍、３倍、４倍、５倍、１０倍、または２０倍を有してもよい。他の容量も可能であり、請求される主題はこれに関して限定されない。

一例では、遠隔補充容器６０４は、標準条件（すなわち、室温および大気圧）下で固体の可能性がある前駆体または原料の化学物質を含む補充化学物質６１４を含んでいてもよい。遠隔補充容器６０４は、その中の化学物質６１４を、化学物質送達ライン６０６を介して送達容器６０２に移行させてもよい。遠隔補充容器６０４は、化学物質送達ライン６０６を通過する前に、化学物質６１４を溶融および／または液化するように装備されてもよい。一例では、遠隔補充容器６０４は、化学物質６１４を融点を超える温度に加熱して、化学物質ライン６０６の固化を防止し、ラインを通る流れを促進し、目詰まりを防止することができる。遠隔補充容器６０４は、化学物質６１４を少なくとも融点温度に加熱するように適合された一つまたは複数の加熱装置６７４および／または６７６（例えば、ヒータおよび／または弁ポート）を有してもよい。加熱装置６７４および／または６７６は、遠隔補充容器６０２の外部に近接していてもよく、またはその外部上に配設されてもよい。加熱装置６７４および／または６７６は、リッド６８２および／または筐体６０８と熱連通してもよい。例えば、加熱装置６７４は、遠隔補充容器６０４の底部６１２に近接して位置付けられてもよく、または連結されてもよく、加熱装置６７６は、筐体６０８の側壁６９２に近接して位置付けられてもよく、または連結されてもよい。リッド６８２および筐体６０８は、熱伝導性材料（例えば、ステンレス鋼）で作製されてもよく、また、加熱装置６７４および／または６７６からリッド６８２および／または遠隔補充容器６０４の内部容積６８５に熱を伝達するように構成されてもよい。加熱装置６７４および／または６７６は、化学物質６１４を液化させるのに十分な温度に加熱して、補充動作中にリッド６８２および側壁６９２上の固化を防止してもよい。加熱装置６７４および／または６７６は、融点を超える温度に化学物質６１４を加熱して、送達容器６０２への移送中の化学物質送達ライン６０６の固化をさらに回避してもよい。これにより、化学物質送達ライン６０６を介して、最小限の目詰まりで送達容器６０２への化学物質６１４の移送を促進することができる。一例では、化学物質送達ライン６０６出口の弁６１６は、遠隔補充容器６０４内の下方または容器６０４の底部６１２内に配設されてもよい。加熱装置６７４および／または６７６は、当業者に公知の様々な加熱装置（例えば、ヒータ、加熱ジャケット、加熱ブロック、および／またはラジアルヒータ）のいずれかを備えてもよく、特許請求される主題はこれに関して限定されない。

遠隔補充容器６０４は、動作温度で動作するように構成してもよい。例えば、動作温度は、化学的前駆体／反応物の所望の融解／液化速度に基づいて決定してもよい。一部の例では、動作温度は約１０°Ｃ～約５００°Ｃの範囲内である。他の温度範囲が可能であり、特許請求される主題はこれに関して限定されない。

一例では、送達容器６０２は、筐体６７８の外部上に配設された一つまたは複数の加熱装置６７２、６８０および／または６８６に熱的に連結されてもよい。加熱装置６８６は、送達容器６０２の底部６９６上に配設されてもよい。加熱装置６８０および６７２は、筐体６７８の側壁上に配設されてもよい。このような加熱装置は、補充動作、材料処理動作、および化学物質６１４の貯蔵中に、化学物質６１４の温度を制御または調整する役割を果たす。

一例では、化学物質６１４は、弁６１８を介して送達容器６０２に入ると、融点を超える温度、および／または遠隔補充容器６０４によって加熱された温度を超える温度に保たれて、補充動作中の固化を防止することができる。加熱装置６７２、６８０および／または６８６は、補充が完了するまで、送達容器６０２の少なくとも底部６９６で化学物質６１４を液相に維持するのに十分な熱を連続的に印加するように構成してもよい。筐体６７８および／またはリッド６３０は、加熱装置６７２、６８０および６８６から内部容積６８４に熱を伝達して化学物質６１４を加熱するように構成されてもよい。加熱装置６７２、６８０、および６８６は、当業者に公知の様々な加熱装置（例えば、ヒータ、加熱ジャケット、加熱ブロック、および／またはラジアルヒータ）のいずれかを備えてもよく、特許請求される主題はこれに関して限定されない。

送達容器６０２は、液体状態の化学的前駆体／反応物、化学物質６１４をどのように維持したいかに基づいて、ある動作温度で動作するように構成してもよい。一部の例では、動作温度は約１０°Ｃ～約５００°Ｃの範囲内である。他の温度範囲が可能であり、特許請求される主題はこれに関して限定されない。

補充動作が完了すると、化学物質６１４は、送達容器６０２の底部に固体を形成して、材料処理動作までそこに貯蔵されてもよい。化学物質６１４を送達容器６０２に連結された冷却装置６８８によって固化温度に冷却して、送達容器６０２の基部の温度を、貯蔵のために固相に維持するのに十分な温度に化学物質６１４を維持してもよい。冷却装置６８８は、冷却プレート、冷却コイル、可変ピッチ冷却コイル、冷却ジャケット、冷却ファン、ペルチェ冷却器もしくは冷却剤を循環させる統合冷却チャネルなど、またはそれらの任意の組み合わせを含むがこれらに限定されない、様々な冷却装置のうちのいずれかを備えていてもよい。あるいは、化学物質６１４は、液体などの異なる形態で貯蔵してもよい。加熱装置６７２、６８０および／または６８６は、気化点および／または昇華点を下回る温度で、化学物質６１４を液体状態に維持して、材料処理動作の前の化学物質６１４を貯蔵してもよい。

一例では、加熱装置６７２、６８０および／または６８６は、材料処理動作中、例えば、化学物質６１４を気化および／または昇華させることによって、化学物質６１４の相を液体または固体から変化させるのに十分な温度に化学物質６１４を加熱するように構成してもよい。気化または昇華されると、化学物質６１４は、基板処理のために、化学物質送達ライン６２８を介して反応チャンバ６２２および／または６２４に搬送されてもよい。搬送ガス源６２０は、化学物質送達ライン６３６を介して送達容器６０２に連結されてもよく、搬送ガス６９８を含んでいてもよい。送達容器６０２内に導入されると、搬送ガス６９８は、容器出口６２６を通して気化および／または昇華した化学反応物を基板反応チャンバ６２２および／または６２４に搬送するのを助ける。化学物質送達ライン６２８は、送達容器６０２からそれぞれの反応チャンバ６２２および６２４への化学物質６１４および／または搬送ガスの流体連通を制御するための弁６３２および６３４を備えていてもよい。

材料処理中、送達容器６０２は、化学物質６１４の化学的前駆体／反応物の所望の昇華速度に基づいて、動作温度で動作するように構成されてもよい。一部の例では、動作温度は約１０°Ｃ～５００°Ｃの範囲内である。他の温度範囲も可能であり、特許請求される主題はこれに関して限定されない。

化学物質６１４が枯渇したら、送達容器６０２は、遠隔補充容器６０４から補充してもよく、遠隔補充容器が枯渇するまで上記のプロセスを繰り返す。一部の例では、遠隔補充容器６０４から補充する前に、化学物質６１４の送達容器６０２を完全に枯渇させる必要はない場合もある。

一例では、一つまたは複数のバックアップ遠隔補充容器７２６は、遠隔補充容器６０４として共同設置して、枯渇時に遠隔補充容器６０２を交換するために必要なダウンタイムを低減してもよい。遠隔補充容器６０４を交換する必要がある場合、バックアップの遠隔補充容器７２６を、化学物質送達ライン６０６を介して（または異なる化学物質送達ラインを介して）送達容器６０２に迅速に連結し、遠隔補充容器６０４が取り外されて交換されるのを待つダウンタイムを避けてもよい。あるいは、バックアップ遠隔補充容器７２６は、他の任意のアイドル時間、例えば、補充動作同士の間、または基板処理プラットフォーム６１０のダウンタイムを必要とする上流イベントの間に遠隔補充容器６０４に連結されてもよい。

図示した例示的なコントローラ６５６は、デバイスインターフェース６６２、プロセッサ６６４、ユーザインターフェース６６６、およびメモリ６６８を含む。デバイスインターフェース６６２は、プロセッサ６６４を有線または無線リンク６７０に接続する。プロセッサ６６４は、（例えば、ユーザー入力を受信し、および／またはそれを通してユーザー出力を提供するために）ユーザインターフェース６６６に動作可能に接続され、メモリ６６８と通信するように配設されてもよい。メモリ６６８は、プロセッサ６６４によって読み取られると、プロセッサ６６４に特定の動作を実行させる命令を含む、その上に記録された複数のプログラムモジュール６９０を有する非一時的機械可読媒体を含む。動作の中でも、説明されるように、材料層堆積方法、および送達容器６０２（図８に示す）を補充するための方法の動作がある。本開示を考慮して当業者によって理解されるように、コントローラ６５６は、他の例において異なる配設を有して本開示の範囲内に留まりうる。いくつかの実施形態では、反応チャンバ６２２、反応チャンバ６２４、送達容器６０２、および／または遠隔補充容器６０４のうちの一つまたは複数を制御する際に用いる電子機器および／またはコンピュータ要素は、システム内の他の場所にあってもよい。例えば、中央コントローラは、一つまたは複数のチャンバ自体の装置を制御するだけでなく、様々な容器および任意の関連するヒータに接続するバルブを制御することができる。一つまたは複数の弁を使用して、固体原料化学システム６００全体の気体の流れを制御することができる。

図７は、図６に図示した基板処理システム６００の補充サブアセンブリ７００の一例を示す概略図である。補充サブアセンブリ７００は、化学物質送達ライン６０６を介して遠隔補充容器６０４に連結された送達容器６０２を含む。遠隔補充容器６０４は、液化、昇華、または気化される前に、化学物質６１４（例えば、前駆体）を固体状態に貯蔵するのに十分な温度を維持するように構成してもよい。貯蔵中、補充動作の前に、遠隔補充容器６０４の底部６１２は比較的低温であってもよい。冷却装置６９４は、底部６１２を冷却するように適合されてもよく、冷却プレート、冷却コイル、可変ピッチ冷却コイル、冷却ジャケット、冷却ファン、ペルチェ冷却器もしくは冷却材を循環させる統合冷却チャネル、またはそれらの任意の組み合わせを含むがこれらに限定されない、様々な冷却装置のいずれかを備えていてもよい。

一例では、加熱装置７０８および／または７１０は、化学物質送達ライン６０６に連結されて、搬送中の固化を防止するための液化温度であってもよい「搬送温度」を維持してもよい。こうした搬送温度は、相変化（例えば、液化）温度より高くてもよい。加熱装置７０８および／または７１０は、化学物質送達ライン６０６の周りに巻き付けられてもよく、コイル状であってもよく、化学物質送達ライン６０６を包み込んでいてもよく、あるいは、化学物質送達ライン６０６に近接して配設されてもよい。加熱装置７０８および／または７１０は、当業者に公知のヒータジャケットまたは他の加熱装置を備えてもよく、特許請求される主題はこれに関して限定されない。化学物質６１４の固化を阻止するために、化学物質送達ライン６０６の角度または角の数は少なくてもよい。化学物質送達ライン６０６内の弁、接続点、および／または他の遮断は、可能な限り最小化して、遠隔補充容器６０４が基板処理プラットフォーム６１０から遠隔に（すなわち、離れて）配設されているため、化学物質送達ライン６０６内の固化のより高いリスクを相殺してもよい（図６）。

一例では、補充プロセスは手動で制御されてもよく、および／または補充動作は、コントローラ６５６による自動フィードバック制御のための様々なセンサを使用して、部分的または完全に自動化されてもよい（図６）。例えば、センサ７２２は、送達容器６０２の内部容積６８４に隣接して、またはその内部容積６８４内に配設されてもよく、センサ７１２は、化学物質送達ライン６０６内に、または化学物質送達ライン６０６に隣接して配設されてもよく、センサ７１４は、遠隔補充容器６０４の内部容積６８５に隣接して、またはその内部容積６８５内に配設されてもよい。センサ７１２、７１４、および／または７２２は、例えば、音響、振動、化学物質、水分、流れ、光、圧力、力、密度、温度および／または存在など、またはそれらの任意の組み合わせなどの様々な物理的現象を監視してもよい。センサ７１２、７１４、および／または７２２は、例えば、送達容器６０２、化学物質送達ライン６０６、または遠隔補充容器６０４、またはそれらの組み合わせ内の化学物質６１４の温度を監視してもよい。センサ７１２、７１４、および／または７２２は、監視に基づいてセンサデータを生成し、センサデータを通信リンク６７０を介してコントローラ６５６（図６を参照）に送信して、監視されたパラメーター（例えば、温度）を調整してもよい。例えば、コントローラ６５６は、センサデータに基づいて、加熱装置６７２、６７４、６７６、６８０、６８６、７０８、および／または７１０、および／または冷却装置６８８および６９４など、またはそれらの組み合わせのうちの一つまたは複数を調整して、化学物質６１４を事前設定された温度閾値内にしてもよい。

一部の例では、搬送ガス源７１６は、化学物質送達ライン７３２を介して遠隔補充容器６０４に連結されてもよく、搬送ガス７２０を遠隔補充容器６０４に供給してもよい。弁７１８および７２４は、搬送ガス７２０の流れを制御してもよい。搬送ガス７２０は、遠隔補充容器６０４内の圧力を増加させて、液化化学物質６１４の搬送を補助することができる。

図８は、例示的な固体原料補充プロセス８００を示すフローチャートである。一例では、図６～７を参照してプロセス８００を説明する。プロセス８００は、ブロック８０２で始まり、ここで、送達容器６０２（図６を参照）を、化学物質送達ライン６０６を介して底部６９６で遠隔補充容器６０４に連結することができる。送達容器６０２は、基板処理プラットフォーム６１０上の第一の位置に配設されてもよく、遠隔補充容器６０４は、基板処理プラットフォーム６１０から離れた第二の位置に配設されてもよい。プロセス８００では、継続して、ブロック８０４において、固体の化学物質６１４（例えば、前駆体）は、固体としての第一の相で第一の温度で遠隔補充容器に貯蔵することができる。ブロック８０６で、化学物質６１４を熱および／または圧力に曝露して固体を第二の相の液体に変換することによって、化学物質６１４を第二の温度の遠隔補充容器６０４内で液化してもよい。一例では、熱および／または圧力は、化学物質６１４の融点より高くてもよい。ブロック８０８で、化学物質６１４は、送達容器６０２の底部６９６に液相で搬送されて、化学物質６１４で送達容器６０２を補充してもよい。ブロック８１０で、化学物質６１４は、化学物質６１４の融点以上で熱および／または圧力を加えることによって、送達容器の中への化学物質６１４の搬送中に、送達容器６０２内に液相で維持および保持されてもよい。プロセス８００は、送達容器６０２が補充されるまで、ブロック８０６に連続的に戻ってもよい。ブロック８０６～８１０は、充填プロセス中に同時に実施してもよい。プロセス８００は、送達容器６０４の化学物質６１４による補充が完了すると、ブロック８１２にすすむ。ブロック８１４において、化学物質６１４は、送達容器６０２の底部６９６を化学物質６１４の融点より低い温度に冷却することによって固化されてもよい。化学物質６１４は、材料処理動作で使用するまで送達容器内に保持してもよい。

図９は、図５に示す固体原料補充プロセス５００の例示的な実施形態である例示的なプロセス９００を示すフローチャートである。一例では、プロセス９００について、図１～４を参照して説明する。プロセス９００は、ブロック９０２で始まり、ここで、送達容器１０２（図１を参照）が、化学物質送達ライン１０６を介して上部１９０で遠隔補充容器１０４に連結することができる。送達容器１０２は、基板処理プラットフォーム１１０上の第一の位置に配設されてもよく、遠隔補充容器１０４は、基板処理プラットフォーム１１０から離れた第二の位置に配設されてもよい。プロセス９００は、継続して、ブロック９０４において、固体化学物質１１４（例えば、前駆体）は、固体としての第一の相で第一の温度で遠隔補充容器に貯蔵することができる。ブロック９０６で、熱および／または圧力に化学物質１１４を曝露して固体を第二の相の気体に変換することによって、化学物質１１４を第二の温度で昇華させることができる。一例では、熱および／または圧力は、化学物質１１４の融点より低くてもよい。ブロック９０８で、化学物質１１４を、送達容器１０２の上部１９０に気相で搬送し、化学物質１１４で送達容器１０２を補充することができる。ブロック９１０で、化学物質１１４は、第三の相に変化させることができる、すなわち、化学物質１１４の融点またはそれを超える熱および／または圧力を加えることによって、送達容器１０２の上部１９０で液化することができる。ブロック９１２で、化学物質１１４は、第四の相に変化させることができる、すなわち、送達容器１０２の底部内表面３１４上で固化することができる。化学物質１１４の液化により、化学物質１１４の液滴３５０が形成される。液滴３５０は、送達容器１０２の底部内表面３１４に落下する。ブロック９１４では、温度勾配を送達容器１０２内に維持することができる。特に、底部内表面３１４は、化学物質１１４の固化温度に維持されてもよく、送達容器１０２の内部容積１８０内の最も低い温度に保持されてもよい。送達容器の内部容積内に温度勾配を維持し、送達容器１０２の上部部分１９０が下部内部表面３１４よりも高い温度であってもよいことにより、送達容器１０２の上部部分１９０における気体化学物質１１４の同時液化、および底部内表面３１４上の化学物質１１４の固体形態の継続的な維持を可能にする。プロセス９００は、送達容器１０２が補充されるまで、ブロック９０６に連続的に戻り得る。ブロック９０６～９１４は、充填プロセス中に同時に実施してもよい。プロセス９００は、送達容器１０２の化学物質１１４による補充の完了時にブロック９１６に移動する。ブロック９１８で、固化化学物質１１４は、材料処理動作で使用するまで送達容器１０２内に保持されてもよい。

数多くの変形例が可能であるため、本明細書に記載の構成、および／または手法は本質的に例示的であること、ならびにこれらの特定の実施形態または例は、限定的な意味で考えられるべきではないことが、理解されるべきである。本明細書に記載の特定のルーチンまたは方法は、任意の数の処理方策のうちの一つまたは複数を、代表する場合がある。それ故に、例示された様々な動作は、例示される順序で実施されてもよく、他の順序で実施されてもよく、または一部の事例では省略されてもよい。

本明細書で提供される見出しがある場合、見出しは便宜上のものにすぎず、必ずしも本明細書で開示される装置および方法の範囲または意味に影響を与えない。

Claims (20)

1. 基板処理プラットフォーム上の第一の位置に配設された送達容器を、前記基板処理プラットフォームから離れた第二の位置に配設された遠隔補充容器に連結することと、
   化学物質を前記遠隔補充容器内に第一の相で貯蔵することと、
   前記遠隔補充容器内の前記化学物質の相を第二の相に変化させることと、
   前記化学物質を前記第二の相で前記送達容器に搬送することと、を含む、方法。
2. 前記化学物質の前記相を変化させることが、前記化学物質を加熱すること、または前記化学物質を加圧すること、またはそれらの組み合わせをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記化学物質の前記相を変化させることが、前記化学物質の融点より低い第一の温度で前記化学物質を昇華させることをさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記化学物質を搬送することが、
   前記送達容器内における前記送達容器の上部にある前記第二の相の前記化学物質を受け取ることと、
   前記化学物質を第二の温度に加熱するか、または前記化学物質を加圧するか、またはそれらの組み合わせにより、前記化学物質の前記相を第三の相に変化させることと、をさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記送達容器の底面上にある前記第三の相の前記化学物質を受け取ることと、
   前記化学物質の温度を変化させて、前記化学物質を第四の相に変化させることと、をさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記第三の相が液体であり、前記第四の相が固体である、請求項５に記載の方法。
7. 前記送達容器の内部容積内において温度勾配を維持することをさらに含み、前記送達容器の前記上部が前記底面よりも高い温度である、請求項６に記載の方法。
8. 前記送達容器の前記上部では前記化学物質を前記第三の相に変化させると同時に、前記送達容器の前記底面上には前記第四の相の前記化学物質を貯蔵することと、をさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記化学物質の前記相を変化させることが、前記化学物質の融点より高い第一の温度で前記化学物質を液化することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
10. 前記化学物質を搬送することは、
    前記液化に続いて、前記化学物質を前記遠隔補充容器の容積内の加圧ガスに曝露することによって、前記化学物質に対する圧力を増加させることと、
    前記送達容器内の、前記送達容器の底部にある前記第二の相の前記化学物質を受け取ることと、
    前記化学物質を前記第一の温度より高い第二の温度に加熱することと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 基板処理プラットフォーム上の第一の位置に配設された第一の内部容積を有する送達容器と、
    化学物質送達ラインを介して前記送達容器と流体連通する遠隔補充容器であって、前記第一の内部容積よりも大きい第二の内部容積を備え、前記基板処理プラットフォームから離れた第二の位置に配設される、遠隔補充容器と、
    前記遠隔補充容器の近傍にあり、前記遠隔補充容器内に配設された化学物質に前記化学物質の相を第一の相から第二の相に変化させるのに十分に加熱し、または加圧し、またはそれらを組み合わせるように動作可能な第一の加熱装置もしくは第一の加圧装置、またはそれらの組み合わせと、を備える、基板処理システム。
12. 前記化学物質送達ラインが、前記化学物質送達ラインを前記化学物質の相変化温度よりも高い搬送温度に維持するように動作可能な第二の加熱装置に連結される、請求項１１に記載の基板処理システム。
13. 前記送達容器が、第三の加熱装置、第二の加圧装置、または冷却装置、またはそれらの組み合わせをさらに備え、前記化学物質送達ラインが、前記送達容器の上部または底部に配設された入口弁を介して前記送達容器に連結される、請求項１２に記載の基板処理システム。
14. 前記化学物質送達ライン、前記送達容器、または前記遠隔補充容器、またはそれらの組み合わせ内に配設され、前記化学物質の温度を監視し、前記監視に基づいてセンサデータを生成する、少なくとも一つのセンサと、
    前記少なくとも一つのセンサに通信可能に連結され、前記第一の加熱装置、前記第二の加熱装置、前記第三の加熱装置、前記第一の加圧装置、前記第二の加圧装置、または前記冷却装置、またはそれらの組み合わせに通信可能に連結された少なくとも一つのコントローラであって、
    前記センサデータを受信し、前記センサデータに基づいて、前記第一の加熱装置、前記第二の加熱装置、前記第三の加熱装置、前記第一の加圧装置、前記第二の加圧装置、または前記冷却装置、またはそれらの組み合わせを調整するように構成される、少なくとも一つのコントローラと、をさらに備える、請求項１３に記載の基板処理システム。
15. 前記入口弁が、前記送達容器の前記上部に配設され、前記第三の加熱装置または前記第二の加圧装置、またはそれらの組み合わせが、前記化学物質が前記送達容器の内部容積に入ると、前記化学物質の前記相を前記第二の相から第三の相に変化させるのに十分な熱または圧力、またはそれらの組み合わせを、それぞれ前記化学物質に加えるように構成される、請求項１４に記載の基板処理システム。
16. 前記冷却装置が、前記送達容器の前記底部に配設されて、底部内表面を冷却して、前記化学物質の第三の相を第四の相に変化させる、請求項１５に記載の基板処理システム。
17. 前記第一の相が固体であり、前記第二の相が気体であり、前記第三の相が液体であり、前記第四の相が固体である、請求項１６に記載の基板処理システム。
18. 前記入口弁が、前記送達容器の前記底部に連結され、前記第三の加熱装置が、前記送達容器の基部に配設され、前記送達容器の内部容積に入ると前記化学物質を加熱して、前記送達容器の補充中に前記化学物質の前記第二の相を維持するように構成される、請求項１４に記載の基板処理システム。
19. 前記第一の相が固相であり、前記第二の相が液相である、請求項１８に記載の基板処理システム。
20. 前記冷却装置が、
    前記送達容器の長手方向軸に沿って変化するピッチを有する前記送達容器の外表面上に配設された冷却コイルであって、前記ピッチが前記送達容器の前記底部に近接した位置で最も高密度である、冷却コイルと、
    前記冷却コイルに連結され、前記送達容器の前記底部に近接して配設された冷却剤入口と、
    前記冷却コイルに連結され、前記冷却剤入口の反対側に配設された冷却剤出口と、を備える、請求項１３に記載の基板処理システム。