(57)【要約】前駆体の流れを制御する装置。該装置は、プロセッサと、該プロセッサに結合され、フラックス制御ルーチンを含むメモリユニットと、を含んでもよい。前記フラックス制御ーチンは、前記前駆体の流れを監視するために前記プロセッサ上で動作可能であり、フラックス計算プロセッサを含み得て、該フラックス計算プロセッサは、前駆体を送達するためにガス送達システムの電池から受け取った検出された光強度の変化に基づいて、前駆体フラックス値を決定する。
2021508768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセッサと、
該プロセッサに結合され、フラックス制御ルーチンを含むメモリユニットと、を備える装置であって、
前記フラックス制御ルーチンは、前駆体の流れを監視するために前記プロセッサ上で動作し、フラックス計算プロセッサを備え、
該フラックス計算プロセッサは、前駆体を送達するためにガス送達システムの電池から受け取った検出された光の強度の変化に基づいて、前駆体のフラックス値を決定する、装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置であって、前記フラックス計算プロセッサは、該第１の基準信号は、光源からの光の強度を検出するための前記第１の過程における検出器の性能を示す、
第１の過程において生成された前記電池内の第１の基準信号を受信することであって、該第１の基準信号は、光源からの光の強度を検出する検出器のための前記第１の過程における検出器の性能を示す、第１の基準信号を受信することと、
前記検出器により前記第１の過程において生成されたバックグラウンド信号を受信することと、
前記第１の過程に続いて第２の過程において生成された第２の基準信号を受信することであって、該第２の基準信号は、前記検出器のための前記第２の過程における前記検出器の性能を示す、第２の基準信号を受信することと、
前記前駆体が前記電池内を流れているときに、前記第１の過程に続いて第３の過程において生成された前駆体信号を受信することと、により前記前駆体のフラックス値を決定する、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記フラックス計算プロセッサは、
複数の過程において前記前駆体のフラックス値を決定することにより、前記前駆体の積分フラックスを計算する、装置。
【請求項４】
請求項２に記載の装置であって、前記フラックス制御ルーチンは、温度制御プロセッサをさらに備え、該温度制御プロセッサは、
前記前駆体のフラックス値に基づいて警戒帯域条件を決定し、該警戒告帯域条件に基づいてアンプルの温度を調整する、装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置であって、前記温度制御プロセッサは、
温度調整ΔTを決定することにより前記温度を調整し、
【数１】
2021508768.tif 000007
であり、ここで、P、I、Dは比例、積分、微分ゲインであり、ここで
2021508768.tif 000008
はアンプルの現在の温度限界に基づく誤差である、装置。
【請求項６】
請求項４に記載の装置であって、前記温度制御プロセッサは、
前記前駆体のフラックス値に基づいて誤差値を決定することと、
該誤差値に基づいて温度調整ΔTを決定することと、
アンプルに適用される温度設定値の新しいセットを計算することと、
該温度設定値の新しいセットが温度限界の所定のセット内にあるときに、前記アンプルの加熱を制御するために前記温度設定値の新しいセットを適用することと、により前記温度を調整する、装置
【請求項７】
請求項６に記載の装置であって、前記フラックス制御ルーチンは、寿命末期プロセッサをさらに備え、該寿命末期プロセッサは、
前記温度設定値の新しいセットが前記温度限界の所定のセット内にないときに、アンプルの寿命末期状態をチェックし、
アンプル寿命末期条件が満たされていないときに、最も控えめな限界に基づいてΔTを再計算して、控えめなΔTを生成し、
該控えめなΔTに基づいて前記アンプルに適用する前記温度設定値の新しいセットを計算する、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置であって、前記フラックス制御ルーチンは、偏位プロセッサをさらに備え、該偏位プロセッサは、
前記前駆体のフラックス値に基づいて故障状態を決定し、該故障状態の間に処理されている基板が第１の基板でないときに、偏位の通知信号を送信する、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、前記フラックス制御ルーチンは、詰まり検出プロセッサをさらに備え、該詰まり検出プロセッサは、
前記電池用の電池の圧力の読み取りを受信し、
前記前駆体のフラックス値を受信し、
前記電池の圧力の読み取り値及び前記前駆体のフラックス値に基づいて詰まり位置を決定する、装置。
【請求項１０】
前駆体の流れを制御する方法であって、
ガス送達システムを通る前駆体の流れを供給するステップと、
前記前駆体の流れによって生じる、前記ガス送達システムの電池内の検出された光の強度の変化を測定するステップと、
検出された光の強度の前記変化に基づいて、前駆体のフラックス値を決定するステップと、を有する、方法。
【請求項１１】
前記電池は、前記前駆体を含むアンプルの下流に配置される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法であって、
前記変化を測定する前記ステップは、
第１の過程において前記電池内の第１の基準信号を受信するステップであって、該第１の基準信号は、光源からの光の強度を検出する検出器のための前記第１の過程における検出器の性能を示す、ステップと、
前記検出器により前記第１の過程において生成されたバックグラウンド信号を受信するステップと、
前記第１の過程に続いて第２の過程において生成された第２の基準信号を受信することであって、該第２の基準信号は、前記検出器のための前記第２の過程における前記検出器の性能を示す、第２の基準信号を受信するステップと、
前記前駆体が前記電池内を流れているときに、前記第１の過程に続いて第３の過程において生成された前駆体信号を受信するステップと、を有する、方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法であって、
前記前駆体の流れを供給する前記ステップは、
前記前駆体の複数の過程において複数のパルスを供給するステップを有し、
前記方法は、前記複数の過程において前記前駆体のフラックス値を決定するステップに基づいて、前記前駆体の積分フラックスを計算するステップをさらに有する、方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の方法であって、
該方法は、さらに、
前記前駆体のフラックス値に基づいて故障状態を決定するステップと、
該故障状態の間に処理されている基板が第１の基板でないときに、偏位の通知信号を送信するステップと、を有する、方法。
【請求項１５】
前駆体の流れを制御するための装置であって、該装置は、
前駆体を出力するソースと、
該ソースに通信可能に結合されたセンサアセンブリであって、該センサアセンブリは、
前記ソースに結合され、前駆体を受けて伝導する電池と、
該電池の第１の側面に配置され、前記電池内に光を伝達する光源と、
前記電池を通って伝達した光を検出するために、前記光源とは反対側の前記電池の第２の側面に配置される検出器と、を備える、センサアセンブリと、
前記電池を通る前記前駆体の流れの間に前記電池から受信した検出された光の強度の変化に基づいて、前駆体のフラックス値を決定するように配置される制御システムと、を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
この出願は、２０１７年１２月２９日出願の米国仮特許出願第６２／６１１，６４５号、発明の名称「化学蒸着プロセスにおける前駆体の制御のための技術」に対する優先権を主張し、参照により本明細書にその全体が組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本実施形態は、蒸着プロセスに関し、より詳細には、化学蒸着プロセスにおける前駆体の制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
現在では、半導体デバイス製造のようなデバイス製造は、３次元構造にわたって含む正確な膜厚制御を有する薄層を形成するための化学蒸着プロセスを必要とする場合がある。このような化学蒸着プロセスには、他のプロセスの中でも、化学気相成長（CVD）及び原子層堆積（ALD）が含まれる。
【０００４】
そのような化学蒸着プロセスは、固体源、ガス源、またはアンプル（ampoule）のような液体源から前駆体を送ることを含み得る。例えば、前駆体は、アンプルからプロセスチャンバに送られ得、ここで、前駆体は、反応して、基板上に層またはサブ層を形成する。現在の装置では、送られる前駆体の量は適切に特徴付けられず、前駆体の基板から基板への送達、アンプルからアンプルへの送達、またはアンプルの寿命にわたる変動をもたらし得る。アンプル寿命の終わりを検出するのが遅れると、ウェハ（基板）の廃棄量が著しくなる可能性がある。予防措置として、使用者は、アンプルを通るキャリアガスの流れを追跡することができ、実際の寿命が終わるかなり前にアンプル内の前駆体の使用を停止することができ、その結果、アンプルフィルのかなりの部分が未使用となり、全体的なコストが高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらおよび他の考察に関して、本発明は提供される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施態様では、前駆体の流れを制御するための装置は、プロセッサと、該プロセッサに結合され、フラックス制御ルーチンを含むメモリユニットと、を含んでもよい。前記フラックス制御ルーチンは、前記前駆体の流れを監視するために前記プロセッサ上で動作してもよい。前記フラックス制御ルーチンは、フラックス計算プロセッサを含んでもよく、該フラックス計算プロセッサは、前駆体を送達するためにガス送達システムの電池から受け取った検出された光強度の変化に基づいて、前駆体フラックス値を決定する。
【０００７】
さらなる実施態様では、前駆体の流れを制御する方法は、ガス送達システムを通る前駆体の流れを供給するステップと、前記前駆体の流れによって生じる、前記ガス送達システムの電池内の検出された光の強度の変化を測定するステップと、検出された光の強度の前記変化に基づいて、前駆体のフラックス値を決定するステップと、を有してもよい。
【０００８】
別の実施態様では、前駆体の流れを制御するための装置は、前駆体を出力するソースと、該ソースに通信可能に結合されたセンサアセンブリとを含んでもよい。該センサアセンブリは、前記ソースに結合され、前駆体を受けて伝導する電池と、該電池の第１の側面に配置され、前記電池内に光を伝達する光源と、前記電池を通って伝達した光を検出するために、前記光源とは反対側の前記電池の第２の側面に配置される検出器と、を含んでもよい。前記装置は、また、前記電池を通る前記前駆体の流れの間に前記電池から受信した検出された光の強度の変化に基づいて、前駆体のフラックス値を決定するように配置される制御システムと、を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の実施形態による、化学蒸着のためのシステムを示す図である。
【図１Ｂ】図１Ａのシステムの制御システムの一実施形態を示す図である。
【図１Ｃ】本発明の実施形態による、化学蒸着のための別のシステムを示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態によるセンサアセンブリの動作を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態によるセンサアセンブリの動作を示す図である。
【図３Ａ】図２Ａのセンサアセンブリによって収集された例示的な信号を示す図である。
【図３Ｂ】図２Ａのセンサアセンブリによって収集された例示的な信号を示す図である。
【図４】本発明の実施形態による、制御システムの種々の出力のグラフ図である。
【図５】いくつかの実施形態による、経時的な前駆体フラックスおよび積分フラックスを示す複合グラフである。
【図６Ａ】本発明の実施形態による、積分フラックスまたは関連エンティティとシステムの動作パラメータとの関係を図示する例示的なグラフである。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による、積分フラックスまたは関連エンティティとシステムの動作パラメータとの関係を図示する例示的なグラフである。
【図６Ｃ】本発明の実施形態による、積分フラックスまたは関連エンティティとシステムの動作パラメータとの関係を図示する例示的なグラフである。
【図６Ｄ】本発明の実施形態による、積分フラックスまたは関連エンティティとシステムの動作パラメータとの関係を図示する例示的なグラフである。
【図７】本発明の実施形態による、温度補償の有無にかかわらず、時間の関数としての積分前駆体フラックスの挙動を示す図である。
【図８】本発明の実施形態による例示的なプロセスフローを示す図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態による例示的なプロセスフローを示す図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態によるモデルシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面は必ずしも縮尺通りではない。図面は、本発明の特定のパラメータを描写することを意図したものではない、単なる表現である。図面は、本発明の例示的実施形態を描写することを意図したものであり、したがって、範囲を限定するものとみなされない。図面において、同様の番号付けは同様の要素を表す。
【００１１】
更に、図の幾つかの中のある要素は、例示的な明瞭さのために、省略されてもよく、又は非スケールで図示されてもよい。断面図は、例示的明確性さのために、そうでないと「真の」断面図で見える特定の背景線を省略した、「スライス」または「近視点」断面図の形成であってもよい。さらに、明瞭化のために、特定の図面において、いくつかの参照番号を省略することができる。
【００１２】
以下、いくつかの実施形態が示されている添付図面を参照して、本実施形態をさらに完全に説明する。本発明の主題は、多くの異なる形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものと解釈されるものではない。これらの実施形態は、この開示が徹底的かつ完全なものとなるように提供され、主題の範囲を当業者に完全に伝えるであろう。図面では、同様の数字は、全体を通して同様の要素を指す。
【００１３】
本明細書に記載される実施形態は、原子層堆積（ALD）プロセスなどの化学蒸着プロセスにおける前駆体の新規な処理および制御を提供する。ALDは、一般に、２つ以上の反応物質に連続的に曝露して、所与の単一層の材料を堆積さ電池ステップを含む。様々な実施形態において、酸化物、窒化物、炭化物、誘電体、半導体、または金属を含む任意の適切な材料を堆積するために、化学蒸着プロセスを行ってもよい。化学蒸着プロセスは、後続する実施形態で詳述されるように、前駆体フローの制御を含んでもよい。
【００１４】
次に図１Ａを参照すると、本発明の実施形態による、化学蒸着のためのシステム１００が示されている。システム１００は、一般に、蒸着チャンバ１１０と呼ばれるプロセスチャンバへの気体種として提供される少なくとも1つの前駆体の使用を含む。システム１００は、異なる実施形態において、気相成長（CVD）または原子層堆積（ALD）を実施するために採用されてもよい。実施形態は、この文脈において制限されない。システム１００は、アンプル１０４のようなソースを含み、アンプル１０４は、固体、液体または気体を含んでもよい。アンプル１０４は、気体種を生成するために高温に維持されてもよく、この種は、本明細書では前駆体と呼ぶことができる。アンプル１０４は、既知のCVDまたはALDシステムのように、少なくとも１つの気体種、場合によっては複数の気体種を蒸着チャンバ１１０に導くように構成された送達システム１１４に結合されてもよい。例えば、送達システム１１４は、複数のガス管、弁、およびフローコントローラーを含んでもよい。送達システム１１４の少なくとも一部は、高温チャンバ１０６内に収容されてもよく、ここで、高温チャンバ１０６は、アンプル１０４に対して高温に維持され、前駆体が、少なくとも蒸着チャンバ１１０に入るまで、気体状態に留まることを保証する。
【００１５】
システム１００は、更に、アンプル１０４と蒸着チャンバ１１０との間の少なくとも１つの前駆体の流れを監視するように配置されたセンサアセンブリ１０８を含んでも良い。センサアセンブリ１０８は、制御システム１１２に結合することができ、制御システム１１２は、情報または信号をユーザに出力することができ、さらに、温度、前駆体流などを含むシステム１００の動作パラメータを制御するための制御信号を送信することができる。制御システム１１２の実施形態の詳細は、図１Ｂに示され、以下にさらに議論される。
【００１６】
本発明の実施形態に従って、制御システム１１２は、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせで実装されてもよい。制御システム１１２は、様々なハードウェア要素、ソフトウェア要素、またはハードウェア／ソフトウェアの組合せを含むことができる。ハードウェア要素の例としては、デバイス、論理デバイス、部品、プロセッサ、マイクロプロセッサ、回路、プロセッサ回路、回路要素（例えば、トランジスタ、抵抗器、キャパシタ、インダクタなど）、集積回路、特定用途向け集積回路（ASIC）、およびプログラマブルロジックデバイス（PLD）が挙げられる。ハードウェア要素の例はまた、デジタル信号プロセッサ（DSP）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、メモリユニット、論理ゲート、レジスタ、半導体デバイス、チップ、マイクロチップ、チップセットなどを含んでもよい。ソフトウェア要素の例には、ソフトウェアコンポーネント、プログラム、アプリケーション、コンピュータプログラム、アプリケーションプログラム、システムプログラム、ソフトウェア開発プログラム、マシンプログラム、オペレーティングシステムソフトウェア、ミドルウェア、ファームウェア、ソフトウェアモジュール、ルーチン、サブルーチン、および機能が含まれる。ソフトウェア要素の例はまた、方法、手順、ソフトウェアインターフェース、アプリケーションプログラムインターフェース（API）、命令セット、計算コード、コンピュータコード、コードセグメント、コンピュータコードセグメント、ワード、値、シンボル、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。実施形態が、ハードウェア要素および／またはソフトウェア要素を使用して実施されるかどうかの決定は、所与の実施形態に対して所望されるように、所望される計算速度、電力レベル、熱耐性、処理サイクルバジェット、入力データ速度、出力データ速度、メモリリソース、データバス速度および他の設計または性能制約などの任意の数の要素に従って変化し得る。
【００１７】
一例として、制御システム１１２は、システム１００の他の構成要素を制御するための信号として具現化され得る種々のハードウェア出力を含んでもよく、ユーザインターフェース上に出力されてもよく、または他の方法で出力されてもよい。いくつかの例では、ハードウェア出力は、以下に詳述するように、システム１００の構成要素を制御するために、制御システム１１２によって入力として採用されてもよい。表Ｉは、本発明のいくつかの実施形態による、例示的ハードウェア出力のリストを含む。この例では、アンプル１０４の温度などの温度は、ガス圧力、前駆体濃度、および健全性モニタ（参照信号）と同様に、出力されてもよい。
【表１】
2021508768.tif 000003
【００１８】
これらの出力は、周期的に、断続的に、そして同期的に、あるいは互いに別々に（時間的に）収集され得る。
【００１９】
これで表II に戻る。本発明のいくつかの実施形態によれば、制御システム１１２によって機能が実行され得る一組の動作または機能が示され、ここで、これらの機能は、以下の議論において詳細に述べる。
【表２】
2021508768.tif 000004
【００２０】
次に図１Ｂを参照すると、制御システム１１２の別の図が示されている。様々な実施形態では、制御システム１１２は、既知の種類のマイクロプロセッサ、専用の半導体プロセッサチップ、汎用半導体プロセッサチップ、または同様の装置などのプロセッサ１５０を含んでもよい。制御システム１１２は、プロセッサ１５０に結合されたメモリまたはメモリユニット１６０をさらに含んでもよく、メモリユニット１６０は、後述するように、制御ルーチン１６２を含む。フラックス制御ルーチン１６２は、以下に詳述するように、プロセッサ１５０上で作動して、システム１００内の前駆体フラックスまたは前駆体流れを制御してもよい。いくつかの実施形態では、フラックス制御ルーチン１６２は、寿命末期プロセッサ１６４、偏位プロセッサ１６６、および詰まり検出プロセッサ１６８、温度制御プロセッサ１７０、およびフラックス計算プロセッサ１７２を含んでもよく、ここで、これらのプロセッサの実施は、後述する実施形態に関して記載される。
【００２１】
メモリユニット１６０は、製造物品を含んでもよい。一実施形態では、メモリユニット１６０は、光学記憶装置、磁気記憶装置または半導体記憶装置のような、任意の非遷移型コンピュータ可読媒体または機械可読媒体を含んでもよい。記憶媒体は、本明細書に記載する１つ以上の論理フローを実施するために、様々なタイプのコンピュータ実行可能命令を記憶することができる。コンピュータ可読又は機械可読記憶媒体の例には、揮発性メモリ又は不揮発性メモリ、取り外し可能又は取り外し不可能メモリ、消去可能又は消去不可能メモリ、書き込み可能又は再書き込み可能メモリ等を含む電子データを記憶することができる任意の有形的表現媒体が含まれる。コンピュータ実行可能命令の例は、ソースコード、コンパイルされたコード、解釈されたコード、実行可能コード、静的コード、動的コード、オブジェクト指向コード、視覚コードなどの任意の適切なタイプのコードを含み得る。実施形態は、この文脈において制限されない。
【００２２】
メモリユニット１６０は、オペレーティングシステム１００のためのパラメータを含む、システムデータベース１８０を含んでもよい。例示的なパラメータは、例えば、ベースラインアンプル側部温度およびベースラインアンプル底部温度を含み、ここで、これらのパラメータは、実行されるべき温度補償のためのような、実行されるべき制御動作のための起点として設定され得る。制御対象の他のパラメータは、蒸着時間と同様に、流量を含んでもよい。プロセスの温度が安全な範囲内に留まることを保証するために、システムデータベース１８０内に記憶されてもよい追加パラメータを使用して、限度値を割り当ててもよい。これらのパラメータの中には、アンプル側部温度最小値、アンプル側部温度最大値、アンプル底部温度最小値、アンプル底部温度最大値、ホットチャンバー温度、および前駆体劣化温度がある。
【００２３】
次に、図１Ｃを参照すると、本発明のさらなる実施形態による、化学蒸着のためのシステム１１８が示される。システム１１８は、一般に蒸着チャンバ１１０と呼ばれるプロセスチャンバへの気体種として提供される複数の前駆体での使用を含む。システム１１８は、システム１００と同様に動作してもよく、一方、システム１１８は、第１の前駆体については第１のアンプル１０４Ａを含み、第２の前駆体については第２のアンプル１０４Ｂを含む。制御システム１１２は、以下の議論で詳述される原理に従って、第１のアンプル１０４Ａ及び第２のアンプル１０４Ｂを独立して制御するように作用してもよい。この構成は、異なる前駆体がCVDまたはALD処理において異なる凝結種を形成して使用され得る２つの異なる前駆体の制御を容易にする。他の実施形態では、システム１００またはシステム１１８などのシステムは、ガス源から蒸着チャンバ、例えばNH3またはH2にガス状前駆体を供給するガス流量装置と連結されてもよい。そのようなものとして、CVDまたはALDシステムは、ガス前駆体を送達するためにガス源を使用することができ、一方、少なくとも１つの他の前駆体は、本明細書に記載される実施形態による能動的制御下でアンプルから送達される。
【００２４】
様々な実施形態では、センサアセンブリ１０８は、電磁放射、音響信号などを含む前駆体をモニタリングするための任意の適切な構成要素を備えて配置されてもよい。実施形態は、この文脈において制限されない。センサアセンブリ１０８は、以下に詳述するように、センサアセンブリ１０８を透過する適切な信号の信号強度の変化を測定することによって、前駆体フラックスまたは濃度を決定することができる。図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、本発明のいくつかの実施形態に従った、センサアセンブリ１０８の動作原理が示されている。センサアセンブリ１０８は、赤外光源、可視光源、または紫外光源などの光源１２０と、光源１２０に対向する検出器１２２とを含んでもよい。検出器１２２は、光源１２０に使用される放射線源の種類に適した任意の検出器であってよい。センサアセンブリ１０８は、更に、電池１２４として示されるチャンバを含んでもよく、ここで、電池１２４は、前駆体１２６を受け入れ、前駆体１２６がアンプル１０４から蒸着チャンバ１１０へ移動するときに、前駆体１２６を導くように配置される。前駆体１２６が電池１２４から存在しない場合、図２Ａのように、検出器１２２は、バックグラウンド信号１３０のような信号を登録することができる。バックグラウンド信号１３０は、光源１２０からの放射の波長の関数として、透過（検出）強度を表す。いくつかの実施形態では、バックグラウンド信号１３０は、図３Ａに示されるような特徴のないものであってもよい。前駆体１２６が電池１２４内に存在する場合、前駆体は、光源１２０によって放射される放射を吸収することができ、ここで、検出器１２２は、前駆体信号１３４を登録する。説明を明確にするために、前駆体信号１３４はピーク１３６を示すように示されているが、前駆体信号１３４はいくつかの実施形態において複数のピークを含む多数の特徴を含み得る。顕著には、電池１２４の中に前駆体１２６が存在すると、バックグラウンド信号１３０とは対照的に、前駆体信号１３４中の検出された放射の全体的な強度が低下し得る。以下に詳述するように、様々な実施形態では、複数の例にわたって、バックグラウンド信号１３０の記録、ならびに前駆体信号１３４のモニタリングが、蒸着プロセスの動作を制御するために採用される。
【００２５】
図３Ａ及び図３Ｂにさらに示されるように、センサアセンブリは、また、基準信号１３２を収集することができ、ここで、基準信号１３２は、経時的に検出器１２２のｎ個の検出器性能における相対的変化を示す。参照信号１３２の強度の変化は、検出器１２２の性能の劣化を示すことができる。バックグラウンド信号１３０及び前駆体信号１３４の測定と関連して、種々の例で基準信号１３２を収集することによって、前駆体１２６の量を経時的に正確に決定することができる。特に、前駆体１２６による光の吸収は、電池１２４内の前駆体１２６の分圧に正比例してもよい。そのように、物理的モデリングは、前駆体信号１３４の繰り返し測定に基づいて、複数の例で前駆体フラックスを計算するために採用され得、前駆体１２６を含む化学蒸着プロセスのより良い制御を容易にする。前駆体フラックスの測定に加えて、電池１２４内の全圧などの電池圧力も測定することができる。
【００２６】
ここで図４を参照すると、本発明の実施形態による、制御システム１１２の様々な出力のグラフ図が示されている。曲線４０２は、アンプル１０４の温度を時間の関数として図示する。この例では、温度は時間の関数として比較的一定である。蒸着プロセスの間、温度の変化は、アンプル１０４を加熱して、より高い前駆体の分圧を生成することによって、前駆体フラックスの変化をもたらし得る。
【００２７】
曲線４０６は、例えば、検出器が測定された期間にわたって同じ機能を継続することを示す、検出器の基準強度を表す。センサの健全性は、ある時点で取られた基準強度値と、現在の時点での基準強度との比較から判断することができる。したがって、基準強度の値が、実質的に経時的に劣化する場合、この劣化は、センサの健全性不良の表示と見なされ得る。曲線４０８は、時間の機能としてチャンバ内の圧力を表し、一方、曲線４０４は、時間の関数として前駆体の濃度を表す。示されるように、前駆体は、濃度４１２の一連のパルスで送達され、結果として、対応する圧力のパルスが生じる。
【００２８】
ここで図５を参照すると、曲線５０２が示されており、これは、センサアセンブリ１０８を通って伝導される前駆体のフラックスのようなシステムを通って輸送される前駆体フラックスを表している。本発明の種々の実施形態によれば、物理ベースの計算は、前駆体フラックスを決定するために実行され、この場合、計算は、検出器１２２などのセンサでの、または、アンプルから蒸着チャンバへ前駆体を導くために使用されるガスライン内での、一定の圧力または温度を必要としない。図５の例では、曲線５０２は、前駆体のパルスによって生成される前駆体フラックス内のパルスを表す一連のパルス５０６を示す。曲線５０４は、パルス５０６の合計を表す、時間にわたる前駆体の積分フラックスを表す。曲線５０４は、任意の所与の時間のインスタンスにおいて、蒸着チャンバに送達される前駆体の量を示すことができる。センサアセンブリ１０８などのセンサアセンブリは、化学蒸着プロセスの間、動作状態に維持されてもよく、したがって、任意のパルス５０６が記録され、ここで、所与のインスタンスにおける積分フラックスは、その点に記録されたすべてのフラックスパルスの合計を表す。
【００２９】
図４及び図５の例は前駆体フラックスモニタリングを対象としているが、他の実施形態では、副産物又は二次前駆体をモニタリングすることができる。例えば、一部の化学システムでは、輸送中に前駆体が分解することがあり、ここで、前駆体ならびに分解の副産物は検出器電池を通過することがある。従って、付加的な検出器を付加することによって、前駆体検出器、副産物検出器、および健全性検出器が存在するので、このような検出器システムは、前駆体対副産物の相対的な流れを判定するために使用されてもよい。
【００３０】
前駆体フラックスおよび積分前駆体フラックスの判定は、本発明の種々の実施形態に従って、蒸着プロセスを監視、特徴化、または制御するために使用されてもよい。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、及び図６Ｄは、積分フラックスまたは関連エンティティと、システム１００などのシステムのある実験または動作パラメータとの間の関係を示す例示的なグラフである。示されたデータは、（3，3‐ジメチル‐1‐ブチン）ジコバルトヘキサカーボニル（CCTBA）前駆体を用いたコバルトの蒸着を表す。この化学システムは単なる例示であり、他の実施形態では、他の金属有機またはハロゲン種を使用して、コバルトまたは他の金属を蒸着させてもよい。
【００３１】
図６Ａでは、図示されているように、蒸着時間窓にわたって収集された測定に対する、積分フラックスと蒸着時間との関係が示されている。積分フラックスは、上述のようなセンサアセンブリを使用して決定される。図示するように、積分フラックスは蒸着時間と良好な線形適合を示す。図６Ｂは、キャリアガス流量と積分フラックスとの関係を示す図であり、ここでも１００ sccmから４００ sccmの間のキャリア流量にわたる線形挙動を示す。図６Ｃは、アンプル底部温度と積分フラックスとの関係を示し、再び、３２℃と３８℃との間の温度域にわたって線形挙動を示す。
【００３２】
図６Ｄでは、フラックスの関数として蒸着物の測定された厚さが示されており、２つの異なるユニット（アルファ及びベータ）に対する線形関係を示している。右側のデータは、アンプル寿命の開始に向けて収集されたデータを表し、一方、アンプル前駆体材料が消費されるにつれて、フラックスおよび蒸着物の厚さの低下が生じる。
【００３３】
したがって、図６Ａ〜６Ｄに示されるデータは、コバルトなどの化学蒸着システムにおける積分フラックスが、蒸着時間、キャリア流量、およびアンプル温度を含むパラメータにどのように敏感であるかを示す。他の実施形態では、プロセスチャンバへの任意の他の流れの希釈流、蒸着ステップの数、またはチャンバ圧力は、前駆体フラックスを制御するように調整されてもよい。
【００３４】
いくつかの実施形態では、前駆体フラックスに関する情報は、蒸着プロセスを動的に制御するために、例えば、プロセスの安定性を達成し、蒸着プロセスにおけるドリフトを防止または対抗するために使用されてもよい。図７は、TaNを堆積させるための原子層堆積システムに対する時間の関数としての積分前駆体フラックス挙動を示す図である。ダイヤモンド記号は、一連の堆積中に温度調整が行われない時間の関数として、約ウェハ４５００までの積分前駆体フラックスを示す。下限値と上限値は、水平方向の破線で示される。図示されるように、温度が調節されないときの前駆体フラックスは、約ウェハ１５００の処理のインスタンスまで、一般的に上限と下限の間に留まり、より高いウェハ番号では、下限を大幅に下回るまで低下する。上限および下限が目標動作範囲を表してもよいことを考えると、結果は、前駆体の非補償流が、ウェハ１５００を超える目標動作範囲内にプロセスを維持することができないことを示す。三角形の記号は、本発明の実施形態に従って、温度調整が一連の堆積の間に行われる時間の関数として、積分前駆体フラックスを表す。この一組のデータにおいて、前駆体アンプルの温度は、以下に詳述する手順に従って調節されてもよい。その結果、積分フラックスは、測定される範囲（ウェハ３５００まで）の全体にわたって維持される。
【００３５】
次に、図８を参照すると、本発明の実施形態による、プロセスフロー８００が示される。プロセスフロー８００は、上述のように、および図に示されるように、プロセッサによって実施されてもよい。特に、いくつかの操作は、複数のプロセッサによって実行され得る。ブロック８０２では、積分前駆体フラックスが、所与の蒸着プロセスのために設定される。設定点が確立されてもよく、ここで、積分フラックスは、上述の実施形態に従ったセンサアセンブリを使用する前駆体の測定に基づいて決定される。様々な実施形態では、複数のパラメータを設定または監視することができる。例えば、ベースラインアンプル側部温度およびベースラインアンプル底部温度を、実行されるべき温度補償のための起点として設定することができる。プロセスの温度が安全な範囲内に留まることを確実にするために、追加のパラメータを使用して制限を割り当てることができる。これらのパラメータの中には、アンプル側部温度最小値、アンプル側部温度最大値、アンプル底部温度最小値、アンプル底部温度最大値、ホットチャンバー温度、および前駆体劣化温度がある。
【００３６】
ブロック８０４では、所与の蒸着プロセスに従って、基板またはウェハが処理される。流れはブロック８０６に進み、そこで、例えば曲線５０４で表されるように、積分チャンバーフラックスが前駆体について計算される。ブロック８０８では、検出器１２２のようなセンサがチェックされて、正しい読み取りが行われており、ベースライン読み取りが正しいかどうかが確認される。センサがフローの調整を必要とする判定がブロック８１０に進み、一方のモードでは、センサが調整を必要とすることを示す信号がユーザに送られ、他方のモードでは、センサに対する調整が自動的に実行される。次いで、フローはブロック８０４に戻る。ブロック８０８において、センサが調整を必要としない場合、フローはブロック８１２に進み、そこでブロック８０６からの積分前駆体フラックスが一定の制御限界に対してチェックされる。前駆体フラックスが、プロセスが制御下にあること、または制御限界内にあることを示す場合、フローはブロック８１４に進み、そこでは、アンプル温度への調整は行われない。次いで、フローはブロック８０４に戻り、そこで、前駆体について調整されたアンプル温度を有していない間、ウェハが処理される。
【００３７】
いくつかの実施形態では、プロセスフロー８００に例示されるように、故障限界および警戒限界などの２組の限界が指定されてもよい。警戒限界を超えると、この条件によって温度更新がトリガされる。故障限界はより広範囲であり、故障限界を超えると、この条件は、何かがシステム内で変化したことを示し（アンプル寿命にわたって期待される緩やかなドリフトではない）、追加の処置が必要である。
【００３８】
プロセスフロー８００において、ブロック８１２において、故障条件（故障帯域条件）が検出される場合、フローはブロック８１６に進み、そこで、アンプルアイドル時間がチェックされる。次いで、第１のウェハが処理されている場合、フローはブロック８１４に戻る。第１のウェハが処理されていない場合、フローはブロック８１８に進み、そこで故障検出および分類が実行される。次いで、フローはブロック８２０に進み、そこで通知信号が送信されて、利用者に偏位が検出されたことを通知する。次いで、フローはブロック８１４に進んでもよい。異なる実施では、ブロック８０４を介して処理が続行されている間に、処理が停止されたり、ユーザに通知されたりすることがある。
【００３９】
ブロック８１２において、警戒帯域条件が決定されると、フローはブロック８２２に進み、そこでエラー計算
2021508768.tif 000005
が実行される。
【００４０】
異なる実施形態では、警戒限界及び故障限界は、ユーザによって割り当てられてもよく、又は、あるいは、ソフトウェアルーチンにおいて自動的に計算されてもよい。いくつかの例では、限界はサンプル集合の平均からの所与の数の標準偏差を表す。
【００４１】
特に、ブロック８２２におけるエラー計算は、センサノイズおよび厚さ感度に基づいて、実験的に決定される制御限界を含んでもよい。計算されるエラー値は、制御上限（UCL）または制御下限（LCL）から積分フラックスを減算することに基づいてもよい。次いで、フローはブロック８２４に進む。
【００４２】
ブロック８２４では、温度増分ΔTが決定される。一実施形態では、温度増分は、
【数１】
2021508768.tif 000006
（式中、P、I、及びDは比例、積分、および微分ゲインである）に基づいて計算されてもよい。一例では、P、D、及びIは、チューニング実験から実験的に決定されてもよい。次いで、フローはブロック８２６に進む。
【００４３】
ブロック８２６では、温度増分ΔTは、最も近い０．５℃などの最も近いレベルに丸められる。次いで、フローはブロック８２８に進み、ここで、アンプルの側面および底面温度について新しい設定値が計算される。ここで、TK＝TK-1＋ΔT、ここで、TKは時間kにおける温度であり、Tk-1は以前の温度設定値である。次いで、フローはブロック８３０に進む。
【００４４】
ブロック８３０において、ブロック８２８で決定された設定値は、前駆体を含むアンプルの現在の温度限界とチェックされる。ブロック８３０において、設定値が制限内である場合、フローは次いでブロック８３２に進む。これらの限界は、上記アンプル側部温度最小値、アンプル側部温度最大値、アンプル底部温度最小値、アンプル底部温度最大値、ホットチャンバー温度、および前駆体劣化温度を含み得る。
【００４５】
ブロック８３２では、アンプル温度設定値は、ブロック８２８で決定された新しい設定値に基づいて更新される。次いで、フローは、ブロック８３４に進み、前駆体フラックスが安定するのを待ち、次いで、ブロック８０４に戻る。
【００４６】
ブロック８３０において、設定値が制限内にない場合、流れはブロック８３６に進み、そこで、前駆体アンプルの寿命末期がチェックされる。ブロック８３６において、アンプルがアンプルの寿命末期の状態にあると判断されると、フローはブロック８３８に進み、そこで、予防メンテナンスのためにユーザに通知するために信号が送信される。次いで、フローはブロック８４０に進み、そこで、最も控えめな限界に基づいて温度増分が再計算される。最も控えめな限界は、適用可能な最高温度のうち最も低いもの、又は適用可能な最低温度のうち最も高いものを表すことがある。次いで、フローはブロック８２８に戻る。ブロック８３６において、アンプルが寿命が終わっていないと判断される場合、フローはブロック８４０に直接進む。寿命末期の判定は、温度補償が、もはや蒸着プロセスを許容可能なプロセス条件内に維持することができないときに基づいて行うことができる。
【００４７】
次に、図９Ａを参照すると、本発明のさらなる実施形態によるプロセスフロー９００が示される。プロセスフロー９００は、詰まり検出プロセッサ１６８によって実施されてもよく、化学蒸着のための送達システム内の詰まりおよび詰まり位置の存在を決定するために使用されてもよい。前駆体アンプル９３２及びセンサアセンブリ９３４を含むモデル送達システム９３０が、図９Ｂにブロック形態で示される。プロセスフロー９００に移ると、ブロック９０２において、前駆体を送達するガスライン内の９０２の圧力が高すぎるか否かについての判定が行われる。トランスデューサ圧力は、ガスライン内のキャリア質量流量コントローラのすぐ下流で測定されてもよい。「高すぎる」という表示が統計的に決定されることがある。「良い」レシピのセットを採用して、期待平均値と標準偏差（シグマ）を決定することができる。ここでは、３シグマのオーダーの偏差を使用して、圧力が高いかどうかを判断する（サンプルサイズと許容可能な信頼水準に応じて）。そうでない場合、フローはブロック９０４に進み、ガスラインに詰まりが検出されないことを示す。ブロック９０２において、トランスデューサの圧力が高い場合、フローはブロック９０６に進み、センサアセンブリ９３４の圧力が高すぎるか否かについての判定が行われる。もしそうであれば、フローはブロック９０８に進み、そこで、詰まりがセンサアセンブリ９３４の下流で検出されることを示す信号が送信される。圧力がセンサアセンブリ９３４内で高すぎない場合、フローはブロック９１０に進む。
【００４８】
ブロック９１０では、図９Ｂの位置４によって示されるバイパスモードにおいて、トランスデューサ圧力が高いか否かについての判定が行われる。そうでなければ、フローはブロック９１２に進み、そこで、前駆体フラックスが低いか否かについての判定が行われる。前駆体フラックスが低いかどうかの判定は、センサアセンブリ９３４で前駆体フラックスを測定することによって行われてもよい。特に、測定された前駆体フラックスは、平均および標準偏差を含む統計的アプローチを用いて「良好である」データと比較される。ブロック９１２において、前駆体フラックスが低くない場合、フローはブロック９１４に進み、そこで、位置２によって示されるように、詰まりが前駆体アンプル９３２入口に存在することを示す信号が送られる。ブロック９１２において、前駆体フラックスが低いと判断される場合、フローはブロック９１６に進み、そこで、位置３によって示されるように、前駆体アンプル９３２出口に詰まりが存在することを示す信号が送られる。
【００４９】
ブロック９１０において、トランスデューサ圧力がバイパスモードで高い判定が行われる場合、フローはブロック９１８に進み、そこで、前駆体フラックスが低いかどうかについての判定が行われる。もしそうでなければ、フローはブロック９２０に進み、そこで、位置１によって示されるように、前駆体アンプル９３２入口の上流に詰まりが存在することを示す信号が生成される。もしそうであれば、フローはブロック９２２に進み、そこで、位置４によって示されるように、前駆体アンプル９３２出口とセンサアセンブリ９３４との間の詰まりを示す信号が送られる。
【００５０】
要するに、本実施形態は、前駆体流を許容限度内に維持するために、化学蒸着システムの動作中に前駆体フラックスを決定する機能、リアルタイムで前駆体フラックスのそのような変化を決定する機能、アンプル温度のような動作パラメータをリアルタイムで動的に調整する機能の利点を提供する。他の利点には、前駆体アンプルの寿命末期を決定または予測する機能が含まれ、従って、前駆体フローを限界内に維持するために補正を行うことができない前に置換を行う必要はない。さらなる利点は、前駆体送達システムの複数の異なる位置における詰まりの存在を判定する機能を含む。
【００５１】
本発明の範囲は、本明細書に記載した具体的な実施形態に限定されるものではない。上述したもの以外の本発明のさまざまな実施形態および本発明の変形例は、本明細書に説明したものと同様に、上述の説明および添付図面から、当業者には明らかである。このため、そのような上記以外の実施形態および変形例は、本発明の範囲に含まれるものである。さらに、本発明は、本明細書において、特定の目的のための特定の環境における特定の実装の文脈で発明されてきた。当業者であれば、その有用性はこれに限定されるものではなく、本発明は、任意の数の目的のために、任意の数の環境において有益に実施され得ることを認識するであろう。したがって、以下に記載される特許請求の範囲は、本明細書に記載される本発明の全幅および精神に鑑みて解釈される。
【図１Ａ】
2021508768.tif 000009
【図１Ｂ】
2021508768.tif 000010
【図１Ｃ】
2021508768.tif 000011
【図２Ａ】
2021508768.tif 000012
【図２Ｂ】
2021508768.tif 000013
【図３Ａ】
2021508768.tif 000014
【図３Ｂ】
2021508768.tif 000015
【図４】
2021508768.tif 000016
【図５】
2021508768.tif 000017
【図６Ａ】
2021508768.tif 000018
【図６Ｂ】
2021508768.tif 000019
【図６Ｃ】
2021508768.tif 000020
【図６Ｄ】
2021508768.tif 000021
【図７】
2021508768.tif 000022
【図８】
2021508768.tif 000023
【図９Ａ】
2021508768.tif 000024
【図９Ｂ】
2021508768.tif 000025
【国際調査報告】
2021508768.tif 000026
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