(57)【要約】      （修正有）【課題】基板処理装置のアンプルを補充する方法及び装置の提供。【解決手段】（ａ）アンプル１０２を前駆体１０４で補充することによって生じる前駆体１０４の撹拌が、基板処理装置１００によって処理される基板の安定性に最小限の影響をもたらすであろう段階に基板処理装置１００があり、または入ろうとしていることを決定することを含むアンプル補充開始条件が満たされたことを決定し、（ｂ）少なくとも１つの他の基板処理操作と同時に、アンプル１０２を前駆体１０４で補充し、（ｃ）アンプル補充停止条件が満たされたことを決定し、（ｄ）前駆体１０４によるアンプルの補充を停止することを含む方法及び装置１００。【選択図】図１Ａ
2016044361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板処理装置のアンプルを充填する方法であって、
（ａ）アンプル充填開始条件が満たされたことを決定し、前記アンプル充填開始条件は、その間に、前記アンプルを前駆体で充填することによって生じる前記前駆体の撹拌が、前記基板処理装置によって処理される基板の安定性に最小限の影響をもたらすであろう段階に前記基板処理装置がある、または入ろうとしていることを決定することを含みし、
（ｂ）前記アンプルを前駆体で充填し、前記アンプルを前駆体で充填することは、少なくとも１つの他の基板処理操作と同時に実施され、
（ｃ）アンプル充填停止条件が満たされたことを決定し、
（ｄ）前記前駆体による前記アンプルの充填を停止すること、
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、（ａ）における、その間に、前記アンプルを前記前駆体で充填することによって生じる前記前駆体の撹拌が、前記基板処理装置によって処理される基板の安定性に最小限の影響をもたらすであろう段階は、基板を受け取って前記基板に前駆体を供給するように構成されている基板処理チャンバに前駆体が供給されない段階である、方法。
【請求項３】
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は、一連の堆積操作が前記基板処理装置に収容された基板上で完了したことを決定することを含む、方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法であって、前記一連の堆積操作は、原子層堆積に関連する堆積操作である、方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法であって、前記アンプル充填開始条件は、前記前駆体量が閾値より少ないことを決定することを含む、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、前記閾値は全アンプル容量の約５０％未満である、方法。
【請求項７】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法であって、前記アンプル充填開始条件は、堆積操作のセットアップが実行中であることを決定することを含む、方法。
【請求項８】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法であって、前記アンプルを充填することと同時に実行される前記少なくとも１つの他の基板処理操作は、ウエハ・インデキシング操作を含む、方法。
【請求項９】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法であって、前記アンプルを充填することと同時に実行される前記少なくとも１つの他の基板処理操作は、前記前駆体および／または前記基板の温度ソークを含む、方法。
【請求項１０】
請求項１から４のいずれかに一項記載の方法であって、前記アンプルを充填することと同時に実行される前記少なくとも１つの他の基板処理操作は、ポンプ・ツー・ベース操作を含む、方法。
【請求項１１】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法であって、前記アンプル充填停止条件は、アンプル満杯センサが始動したことを決定すること、アンプル充填タイマが時間切れしたことを決定すること、またはアンプル充填停止が始動したことを決定することからなる群から選択される、方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、前記アンプルが全アンプル容量の約８０％を超える前駆体量を有するときに、前記アンプル満杯センサが始動する、方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であって、前記アンプルが全アンプル容量の約７０−１００％の範囲内の前駆体量を有するときに、前記アンプル満杯センサが始動する、方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法であって、前記アンプル充填タイマは約４５秒未満の期間である、方法。
【請求項１５】
請求項１１に記載の方法であって、前記アンプル充填停止は、
前記基板処理装置の流路を前駆体で装填すること、
一連の堆積操作を前記基板上で実行すること
の少なくともいずれか１つの前に始動する、方法。
【請求項１６】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、（ｄ）の後に、前記基板処理装置の流路を前駆体で装填することを含む、方法。
【請求項１７】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法であって、さらに、（ｄ）の後に、一連の堆積操作を前記基板上で実行することを含む、方法。
【請求項１８】
前駆体補充システムであって、
前駆体を収容するように構成され、基板処理装置の部品であるように構成され、前駆体供給システムおよび前駆体源に流体的に接続されるように構成されているアンプルと、
１つ以上のコントローラであって、
（ａ）アンプル充填開始条件が満たされたことを決定し、前記アンプル充填開始条件は、前記アンプルを前駆体で充填することによって生じる前記前駆体の撹拌が、その間に、前記基板処理装置によって処理される基板の安定性に最小限の影響をもたらすであろう段階に前記基板処理装置がある、または入ろうとしていることを決定することみ、
（ｂ）前記アンプルを前記前駆体源からの前駆体で充填させ、前記前駆体による前記アンプルの充填は少なくとも１つの他の基板処理操作と同時に実施され、
（ｃ）アンプル充填停止条件が満たされたことを決定し、
（ｄ）前記前駆体による前記アンプルの充填を停止する
ように構成されている１つ以上のコントローラと、
を備えるシステム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の基板処理装置であって、
前記アンプルおよび前記前駆体源は、第１の流路によって流体的に接続されており、
前記第１の流路はバルブを備え、
前記アンプルを前駆体で充填することは、前記バルブを開くことを含み、
前記アンプルを前駆体で充填することを止めることは、前記バルブを閉じることを含む、装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の基板処理装置であって、
前記アンプルおよび前記前駆体供給システムは、第２の流路によって流体的に接続されており、
前記第２の流路はバルブを備え、
（ａ）における、その間に前記アンプルを前記前駆体で充填することによって生じる前記前駆体の撹拌が、基板の安定性に最低限の影響をもたらすであろう前記段階は、前記第２の流路の前記バルブが閉じている段階を含む、装置。
【請求項２１】
請求項１８から２０のいずれか一項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は、基板を受け取るように構成された基板ホルダを備え、前記前駆体供給システムは、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供給するように構成されている、装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
基板処理操作では前駆体が用いられることがある。この前駆体は、アンプルに収容されてよい。処理される基板の均一性を確保するため、安定したヘッド容量および安定した前駆体温度が望ましい。また、基板が処理される際には、補充による前駆体の撹拌が望ましくないこともある。最後に、補充時間はスループットに影響し、高スループットが望まれている。
【発明の概要】
【０００２】
ある実施形態においては、基板処理装置のアンプルを補充する方法が詳述され得る。この方法は、（ａ）その間に、アンプルを前駆体で補充することによって生じる前駆体の撹拌が、基板処理装置によって処理される基板の安定性に最小限の影響をもたらすであろう段階に基板処理装置がある、または入ろうとしていることを決定することを含むアンプル補充開始条件が満たされたことを決定し、（ｂ）少なくとも１つの他の基板処理操作と同時に、アンプルを前駆体で補充し、（ｃ）アンプル補充停止条件が満たされたことを決定し、（ｄ）前駆体によるアンプルの補充を停止することを含みうる。
【０００３】
いくつかのかかる実施形態では、（ａ）における、その間に、アンプルを前駆体で充填することによって生じる前駆体の撹拌が、基板処理装置によって処理される基板の安定性に最小限の影響をもたらすであろう段階は、基板を受け取って基板に前駆体を供給するように構成されている基板処理チャンバに前駆体が供給されない段階であってよい。
【０００４】
該方法のいくつかの他のまたは追加的な実施形態では、アンプル充填開始条件は、一連の堆積操作が基板処理装置に収容された基板上で完了したことを決定する工程を含んでよい。いくつかのかかる実施形態では、一連の堆積操作は、原子層堆積に関連した堆積操作であってよい。
【０００５】
この方法のいくつかの他のまたは追加的な実施形態では、アンプル充填開始条件は、前駆体量が閾値より少ないことを決定することを含んでよい。いくつかのかかる実施形態では、閾値は全アンプル容量の約５０％未満であってよい。
【０００６】
この方法のいくつかの他のまたは追加的な実施形態では、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実行中であることを決定することを含んでよい。
【０００７】
この方法のいくつかの他のまたは追加的な実施形態では、アンプルを充填することと同時に実行される少なくとも１つの他の基板処理操作は、ウエハ・インデキシング操作を含んでよい。
【０００８】
この方法のいくつかの他のまたは追加的な実施形態では、アンプルを充填することと同時に実行される少なくとも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んでよい。
【０００９】
この方法のいくつかの他のまたは追加的な実施形態では、アンプルを充填することと同時に実行される少なくとも１つの他の基板処理操作は、ポンプ・ツー・ベース操作を含んでよい。
【００１０】
この方法のいくつかの他のまたは追加的な実施形態では、アンプル充填停止条件は、アンプル満杯センサが始動したことを決定すること、アンプル充填タイマが時間切れしたことを決定すること、またはアンプル充填停止が始動したことを決定することからなる群から選択されてよい。いくつかのかかる実施形態では、アンプルが全アンプル容量の約８０％を超える前駆体量を有するときに、アンプル満杯センサが始動してよい。いくつかの他のかかる実施形態では、アンプルが全アンプル容量の約７０−１００％の範囲内の前駆体量を有するときに、アンプル満杯センサが始動してよい。いくつかの他のかかる実施形態では、アンプル充填タイマは約４５秒未満の期間であってよい。いくつかの他のかかる実施形態では、アンプル充填停止は、基板処理装置の流路を前駆体で装填することと、一連の堆積操作を基板上で実行することの少なくともいずれか１つの前に始動してよい。
【００１１】
この方法のいくつかの他のまたは追加的な実施形態では、この方法はさらに、（ｄ）の後に、基板処理装置の流路を前駆体で装填することを含んでよい。
【００１２】
該方法のいくつかの他のまたは追加的な実施形態では、該方法はさらに、（ｄ）の後に、一連の堆積操作を基板上で実行することを含んでよい。
【００１３】
ある実施形態では、前駆体補充システムが詳述されてよい。前駆体補充システムは、アンプルと１つ以上のコントローラを備えてよい。アンプルは、前駆体を収容するように構成され、基板処理装置の部品であるように構成され、前駆体供給システムおよび前駆体源に流体的に接続されるように構成されてよい。１つ以上のコントローラは、（ａ）その間に、アンプルを前駆体で充填することによって生じる前駆体の撹拌が、基板処理装置によって処理される基板の安定性に最小限の影響をもたらすであろう段階に基板処理装置がある、または入ろうとしていることを決定することを含むアンプル充填開始条件が満たされたことを決定し、（ｂ）アンプルを前駆体源からの前駆体で充填させ、前駆体によるアンプルの充填は少なくとも１つの他の基板処理操作と同時に実施され、（ｃ）アンプル充填停止条件が満たされたことを決定し、（ｄ）前駆体によるアンプルの充填を止めるように構成されてよい。
【００１４】
基板処理装置のいくつかのかかる実施形態では、アンプルおよび前駆体源は、第１の流路によって流体的に接続され、第１の流路はバルブを備え、アンプルを前駆体で充填することはバルブを開くことを含み、アンプルを前駆体で充填することを止めることはバルブを閉じることを含んでよい。
【００１５】
基板処理装置のいくつかの他のまたは追加的な実施形態では、アンプルおよび前駆体供給システムは、第２の流路によって流体的に接続され、第２の流路はバルブを備え、（ａ）における、その間にアンプルを前駆体で充填することによって生じる前駆体の撹拌が、基板の安定性に最低限の影響をもたらすであろう段階は、第２の流路のバルブが閉じている段階を含んでよい。
【００１６】
基板処理装置のいくつかの他のまたは追加的な実施形態では、基板処理装置はさらに、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備え、基板処理ステーションは、基板を受け取るように構成された基板ホルダを備え、前駆体供給システムは、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供給するように構成されてよい。
【００１７】
本発明のこれらおよび他の特徴は、図面を参照して以下により詳細に述べられる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】オンデマンド充填アンプルを備えた例示的な基板処理装置の概略図。
【００１９】
【図１Ｂ】オンデマンド充填アンプルを備えた別の例示的な基板処理装置の概略図。
【００２０】
【図２】オンデマンド充填アンプルを用いた例示的な堆積処理操作を詳述したプロセスフローチャート。
【００２１】
【図３】例示的なオンデマンド充填アンプルを制御するアルゴリズムを詳述したプロセスフローチャート。
【００２２】
【図４Ａ】図１Ａの例示的な基板処理装置向け基板処理における工程を示す説明図。
【００２３】
【図４Ｂ】図１Ａの例示的な基板処理装置向け基板処理における別の工程を示す説明図。
【００２４】
【図４Ｃ】図１Ａの例示的な基板処理装置向け基板処理における追加工程を示す説明図。
【００２５】
【図４Ｄ】図１Ａの例示的な基板処理装置向け基板処理における更なる工程を示す説明図。
【００２６】
【図５】オンデマンド充填による基板処理とオンデマンド充填なしの基板処理の基板処理結果の比較を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本明細書に述べる内容の１つ以上の実施形態の詳細は、添付図面および以下の説明に示される。その他の特徴、態様、および利点は、明細書、図面、および請求項から明らかになろう。以下の図の相対的な寸法は、変倍後の図として特に示されない限り正確な縮尺率ではない可能性があることに注意されたい。
【００２８】
本明細書において、「半導体ウエハ」は、シリコンなどの半導体材料から作られたウエハと、誘電体および／または伝導体など一般に半導体として認識されていない材料で作られているが、通常それらの上に半導体材料が設けられているウエハとの両方を意味してよいことを理解されたい。シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハがその一例である。本開示で述べる装置および方法は、直径２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍの半導体ウエハを含む複数のサイズの半導体ウエハの処理に用いられてよい。
【００２９】
高品質の半導体ウエハの処理において、均一性は重要な要素である。例えば、堆積層の厚さおよび質は、ウエハ間およびウエハの特徴（構造）内で均一であるべきである。半導体処理のある実施形態では、液体前駆体は半導体ウエハ上に堆積する前に蒸発する必要があるかもしれない。液体前駆体は、アンプルおよびキャリアガス（アルゴンまたはその他の不活性ガス）に含まれ、蒸発した前駆体を搬送するために、アンプルを介して半導体チャンバに流れても良い。キャリアガスは、蒸発した前駆体を搬送するために、アンプルを介して「押し出され」（ガスが強制的にラインに流される）または「引き出され」（ガスが場合によっては真空によりラインに流される）てよい。原子層堆積法（ＡＬＤ）など所定の堆積工程では、ウエハの均一性は、一定の前駆体温度と同様に、比較的一定なアンプル内のガスのヘッド容量の恩恵を得てよい。このような実施形態では、目標のヘッド容量は、アンプル容量の約２０−３０％の量であってよい。そのため、ヘッド容量がアンプル容量の約２０−３０％の場合、アンプルの約７０−８０％は前駆体で満たされてよい。さらに、ウエハの均一性は、前駆体のムラのある蒸発をもたらす前駆体の撹拌不足の影響を受け得る。最後に、半導体ウエハの製造において高いウエハスループットは重要である。現在、アンプルは通常、手動充填、自動充填、同時充填、またはメンテナンス時の補充によって補充されている。しかし、堆積時に用いられる極めて一定なヘッド容量と前駆体温度、堆積時の前駆体撹拌不足、および高いウエハスループットを組み合わせる手法は今のところない。
【００３０】
図１Ａは、オンデマンド充填アンプルを備える例示的な基板処理装置の概略図を示す。図１Ａは、アンプル１０２および処理チャンバ１３２を備えた基板処理装置１００を示す。
【００３１】
図１Ａに示す図において、アンプル１０２は前駆体１０４を含む。所定の実施形態では、アンプルは約６００ｍＬから３Ｌの容積を有してよい。例示の実施形態では、アンプルは約１．２Ｌのアンプルであってよい。前駆体は、流路１１２を通ってアンプル１０２に流入する。バルブ１１４は、流路１１２を通る前駆体の流れを制御する。バルブ１１４の開弁時、前駆体は流路１１２を通ってアンプル１０２に流入し、アンプル１０２を満たす。バルブ１１４の閉弁時、前駆体はアンプル１０２に流入しない。例示の実施形態では、流路１１２はアンプル１０２の底部に接続された流路である。他の実施形態では、前駆体を含む流路は、ディップスティックなどの他の構成であってもよく、アンプルの底部以外の部分からアンプルを充填してよい。
【００３２】
処理チャンバ１３２は、マニホールド１２０およびシャワーヘッド１２２を備える。所定の実施形態は、１つ以上のシャワードヘッドを備えてよい（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）。かかる実施形態では、マニホールドは流体をシャワーヘッドに分配してよい。他の実施形態は、マニホールドをインジェクタなど他の前駆体分配用装置に置き換えてもよい。他の実施形態では、処理チャンバはマニホールドを備えていなくてもよい。
【００３３】
シャワーヘッド１２２は、流路１３８を介してマニホールド１２０に流体的に接続し、バルブ１３０は、当該流路に取り付けられてマニホールド１２０からシャワーヘッド１２２への流体の流れを制御してよい。シャワーヘッド１２２は、流路１３８を流れる流体を処理チャンバ３１２に位置する処理ステーションに分配してよい。処理ステーションは基板を含んでよい。処理ステーションは図１Ａに示されていない。
【００３４】
マニホールド１２０は、他の流路を通じてバキューム（真空源）とも接続されてよい。バルブ１２８はバキュームを制御してよい。所定の実施形態では、バルブ１３０および１２８のうちの１つが任意の時点で開いてよい。バキュームは、シャワーヘッド１２２が流体の流れを受け取る用意ができていないときは、キャリアガスおよび／または前駆体ガスの連続流を可能にするように用いられてよい。
【００３５】
流路１１８および１３６は、アンプル１０２をマニホールド１２０に接続する。バルブ１２６は流路１１８に位置する。バルブ１２６は、マニホールド１２０に向かう全ての流体の流れを制御し、バルブ１２６の閉弁時、流体はマニホールド１２０に流入しない。反対に、バルブ１２６の開弁時、流体はマニホールドに流入してよい。さらに、バルブ１２４も流路１１８に位置する。バルブ１２４は、バルブ１２６へのキャリアガス流を制御する。
【００３６】
バルブ１１６は流路１３６に配置されている。バルブ１１６は、アンプル１０２からバルブ１２６への前駆体ガスの流れを制御する。
【００３７】
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の残りの流路に流入するキャリアガスの流れは、バルブ１０８によって制御される。バルブ１０８の閉弁時、基板処理装置１００を通る流体流動はなくなり得る。
【００３８】
流路１３４は、流路１０６をアンプル１０２に接続する。流路１３４に位置するバルブ１１０は、流路１０６からアンプル１０２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に流入すると蒸発した前駆体と混合され前駆体ガスを形成してよい。
【００３９】
基板処理装置１００を通る流体の流れは、様々なバルブの開閉によって制御されてよい。開閉バルブの所定の構成は、図４Ａから４Ｄで詳述される。
【００４０】
図１Ｂは、オンデマンド充填アンプルを備えた別の例示的な基板処理装置の概略図を示す。図１Ｂの基板処理装置１００Ｂは、図１Ａの基板処理装置１００に類似している。基板処理装置１００Ｂは、流路１４２によって接続された追加バルブ１４０を備える。図１Ｂに示す図１００Ｂの実施形態では、流路１４２およびバルブ１４０は、キャリアガスがバルブ１２６に流れるように追加の通路を提供してよい。所定の実施形態では、バルブ１２４を通る流路は、基板処理装置の操作時にキャリアガスを流すために用いられてよく、バルブ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用いられてよい。
【００４１】
図２は、オンデマンド充填アンプルを用いた例示的な堆積処理操作を詳述するプロセスフローチャートである。図２は、他の処理操作と対比してアンプル充填操作およびアンプル充填操作のタイムテーブルを詳述する。図２では、アンプル充填操作は図の右側に示され、他の堆積処理操作は左側に示される。図２に詳述される処理操作は、ＡＬＤ処理操作または他の種類の基板処理操作であってよい。
【００４２】
操作２０２では、処理操作のセットアップが実行される。操作２０２は、装置の一般的な点検、ピンの持ち上げ、基板の装填、動作のプログラミングなどの処理操作のセットアップに含まれる多くの異なるタスクを含む。
【００４３】
操作２０２の次に、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の開始時点では、アンプルは完全に空であってよい。
【００４４】
アンプルが充填されている間、操作２０６で温度ソークが起きる。温度ソークは、前駆体を加熱して所望の温度（ＡＬＤで用いられる所定の前駆体で約２０から１００℃）にする、および／または堆積の前に基板を加熱してよい。前駆体の加熱温度は、前駆体の化学組成によって決定されてよい。所定の実施形態は、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℃）に加熱してよい。他の実施形態は、前駆体および／または基板を室温から約２５−６０℃の温度に加熱してよいが、さらに他の実施形態は、前駆体および／または基板を室温からさらに高い温度（例えば、最高約８０℃）に加熱してよい。充填されている時の前駆体のヒートソークは、最適温度において前駆体が所望の量まで蒸発する前駆体をもたらしてよい。さらに、アンプル充填時の前駆体のヒートソークは、２つのセットアップ操作が同時に実施されるため、より優れた基板スループットを可能にし得る。最後に、アンプルを流れて蒸発した前駆体ガスを搬送するキャリアガスがないため、ヒートソーク時のアンプル充填は、充填時の前駆体撹拌による影響を最小限にし得る。
【００４５】
操作２０６の温度ソークが完了した後であって、操作２１０でラインが装填される前に、操作２０８においてアンプルの充填が停止される。様々な異なる条件によってアンプルの充填が停止され得る。かかる条件は図３で詳述される。所定の実施形態では、アンプルは最初に満杯レベルであってよい。かかる実施形態では、アンプルの初期充填が省略され得る。
【００４６】
操作２１０では、ライン装填が実施される。ライン装填とは、前駆体ガスを処理チャンバに流入させる前に基板処理装置の流路を通るガスの流れである。つまり、チャンバへのバルブが開いているときに、遅延を解消するためにチャンバにつながるラインは装填される。例えば、所定の実施形態は、様々な流路を通じてキャリアガスを流し、アンプルから前駆体ガスを搬送してよい。かかる前駆体ガスの前流れは、処理チャンバに通じるバルブが開状態に切り換わったときに前駆体ガスがより速く処理チャンバに到達するように、堆積で用いられる前駆体ガスで流路を予装填することによって、より安定した堆積の初期サイクルになることを助けてよい。
【００４７】
操作２１０におけるライン装填の後、操作２１２において堆積が実施される。操作２１２で実施される堆積は、１サイクルの堆積、またはＡＬＤ時に実施されるような複数サイクルの堆積であってよい。
【００４８】
操作２１２で堆積が実施された後、操作２１６で二次アンプル充填が開始される。操作２１６における二次アンプル充填は、アンプルを満杯レベルに戻す、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止まる。二次アンプル充填は、アンプルが比較的安定したヘッド容量を維持してより高いウエハの均一性をもたらすことを可能にする。二次アンプル充填の際、アンプルはより安定した前駆体温度を可能にするために加熱されてよい。図２で述べた実施形態など所定の実施形態では、二次アンプル充填は、充填から生じる前駆体の撹拌が基板処理に対して最小限の影響をもたらす期間中に起きるように時間が決められている。いくつかの実施形態では、かかる期間は、堆積が実施されない期間であってよい。他の実施形態では、前駆体の蒸気圧が所定の閾値を下回るときは、かかる期間に堆積が実施されてよい。低蒸気圧の前駆体は、補充からの撹拌に対する感受性が低いため、堆積が実施される間に補充されるのにより適してよい。例えば、約１Ｔｏｒｒ未満の蒸気圧を有する前駆体は、堆積中に補充されてよい前駆体である。所定の実施形態では、二次アンプル充填の任意の一操作中に補充された前駆体の量は、全アンプル容量の約４０％未満であってよい（全アンプル容量の約２０％未満、約１０％未満、約５％未満、または約２％未満など）。
【００４９】
二次アンプル充填が実施される間、ポンプ・ツー・ベースやウエハ・インデキシングなどその他の処理操作はまだ実施されている。操作２１４では、ポンプ・ツー・ベースが実施される。ポンプ・ツー・ベースとは、チャンバを真空ポンプによって供給される基圧まで排気する処理である。この処理は、例えば処理チャンバの真空孔を通じて、基板処理チャンバから残留物を除去する。
【００５０】
操作２１８では、ウエハ・インデキシングが実施される。ウエハ・インデキシングとは、基板処理チャンバ内の付属処理ステーションへの基板の搬送および方向付けである。ウエハ・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場合に実施されてよい。所定の実施形態（１つの処理ステーションのみを備える処理チャンバを含む実施形態など）では、ウエハ・インデキシングは実施されなくてもよい。
【００５１】
操作２１８におけるウエハ・インデキシングの後、処理は操作２１２に戻り、全ての必要な堆積が実施されるまでさらに堆積が実施されてよい。アンプル充填は、堆積の各回の間に実施されてよい。
【００５２】
図３は、例示的なオンデマンド充填アンプルを制御するアルゴリズムを詳述したプロセスフローチャートである。操作３０２では、前駆体充填を実施するためにコマンドが与えられる。操作３０２は、図２の操作２０４または２１６に相当してよい。前駆体充填を実施するコマンドは、コントローラに含まれるロジックによって与えられてよい。コントローラは、基板処理装置の他の堆積操作を制御するために用いられるコントローラ、またはアンプルに関連する操作を制御する専用の別体コントローラであってよい。
【００５３】
いくつかの実施形態では、コントローラはシステムの一部であり、システムは本明細書で述べる例の一部であってよい。かかるシステムは半導体処理装置を備えてよく、そこには処理ツール、チャンバ、処理用プラットフォーム、および／または特定の処理部品（ウエハ受台、ガスフローシステム、アンプルなど）が含まれる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後に、それらの操作を制御する電子装置に統合されてよい。電子装置は「コントローラ」と呼ばれ、システムの様々な部品または副部品を制御してよい。コントローラは、処理要件および／またはシステムの種類に応じて、本明細書に開示されるあらゆる処理を制御するようにプログラムされてよい。その処理には、処理ガスの搬送、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、電力設定、高周波（ＲＦ）発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数の設定、流量設定、流体配送設定、位置および操作設定、アンプル補充、ツールおよびその他の搬送ツール並びに／または特定のシステムに接続されたもしくは特定のシステムと連動するロードロックへ、またロードロックからのウエハの移送を含む。
【００５４】
概して、コントローラは、命令を受け取り、命令を発行し、操作を制御し、クリーニング操作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／またはソフトウェアを有する電子装置として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を格納するファームウェア形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されたチップ、および／または１つ以上のマイクロプロセッサ、もしくはプログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行するマイクロコントローラを含んでよい。プログラム命令は、様々な個別設定（またはプログラムファイル）の形式でコントローラに伝達される命令であって、特定の処理を半導体ウエハ上でもしくは半導体ウエハ用に実行する、またはシステムへの特定の処理を実行する操作パラメータを定義してよい。いくつかの実施形態では、操作パラメータは、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あって、１つ以上の層、材料、金属、酸化物、シリコン、二酸化シリコン、表面、回路、および／またはウエハ・ダイの製作時における１つ以上の処理工程を実現してよい。
【００５５】
いくつかの実施形態では、コントローラは、システムと統合されまたは結合された、そうでなければシステムにネットワーク接続された、もしくはこれらが組み合わされたコンピュータの一部であってよく、または当該コンピュータに結合されてよい。例えば、コンピュータは「クラウド」内にあるか、またはウエハ処理のリモートアクセスを可能にする全てもしくは一部のファブホストコンピュータシステムであってよい。コンピュータは、システムへのリモートアクセスを可能にして、製作操作の進捗状況を監視し、過去の製作操作の経歴を調査し、複数の製作操作から傾向または実施の基準を調査し、現在の処理のパラメータを変更し、現在の処理に続く処理工程を設定し、または新しい処理を開始してよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ネットワークを通じてプロセスレシピをシステムに提供でき、ネットワークにはローカルネットワークまたはインターネットを含んでよい。リモートコンピュータは、次にリモートコンピュータからシステムに連通されるパラメータおよび／もしくは設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインターフェースを含んでよい。いくつかの例では、コントローラは、１つ以上の操作時に実施される処理工程のそれぞれのためのパラメータを特定するデータ形式の命令を受け取る。パラメータは、実施される処理の種類および、コントローラがインターフェースするまたは制御するように構成されているツールの種類に特有であってよいことを理解されたい。そのため、上述のように、コントローラは、例えば互いにネットワーク接続された１つ以上の離散コントローラを含み、本明細書で述べる処理や制御など共通の目的に向かって取り組むことにより配置されてよい。かかる目的で配置されたコントローラの例は、遠隔に（プラットフォームレベルまたはリモートコンピュータの一部として）位置し、組み合わせてチャンバ上の処理を制御する１つ以上の集積回路と連通している、チャンバ上の１つ以上の集積回路である。
【００５６】
無制限には、例示のシステムは、プラズマエッチングチャンバもしくはモジュール、堆積チャンバもしくはモジュール、スピンリンスチャンバもしくはモジュール、金属めっきチャンバもしくはモジュール、クリーンチャンバもしくはモジュール、ベベルエッジエッチングチャンバもしくはモジュール、物理気相堆積（ＰＶＤ）チャンバもしくはモジュール、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバもしくはモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバもしくはモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバもしくはモジュール、イオン注入チャンバもしくはモジュール、トラックチャンバもしくはモジュール、並びに半導体ウエハの製作および／または製造において関連してよいもしくは用いられてよいその他の半導体処理システムを含んでよい。
【００５７】
上述のように、ツールによって実施される処理工程に応じて、コントローラは、１つ以上の他のツール回路またはモジュール、他のツール部品、クラスタツール、その他のツールインターフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に配置されたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、もしくは半導体製造工場においてウエハの容器をツール位置および／またはロードポートへ搬入出する材料搬送で用いられるツールと連通してよい。
【００５８】
図３に戻ると、前駆体充填を実施する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。前駆体充填が実施されている間、コントローラは操作３０４、３０６、および３０８も同時に実施してよい。
【００５９】
操作３０４では、コントローラはアンプル満杯センサがオンになっているかをチェックする。アンプルは、離散レベルセンサなどのレベルセンサを備えてよい。レベルセンサは、満杯レベルなどアンプル内の所定の前駆体レベルを検出するように設定されてよい。かかる前駆体満杯レベルは、最適ヘッド容量を含むアンプルになるように計算されてよい。所定の実施形態では、満杯レベルは、最適ヘッド容量に達するように計算された閾値であってよい。かかる閾値は、例えば全アンプル容量の約７５％など、全アンプル容量の約７０−８０％の前駆体量であってよい。他の実施形態では、閾値は様々な量であってよい。かかる実施形態では、その範囲に該当する前駆体量は全ての条件を満たしてよい。所定のかかる実施形態では、次の二次アンプル充填は、検出された前駆体量に基づいて調整されてよい。例えば、次の二次アンプル充填の停止条件が調整されてよい。
【００６０】
他の実施形態では、レベルセンサは低レベルにあることを報知してよい。低レベルは、アンプル内の前駆体量がアンプル容量の閾率より下にある場合に報知される。かかる実施形態では、閾値はアンプル容量の約５０％未満の量であってよい。かかる実施形態では、基板処理装置は、レベルセンサが低レベルにあることを報知した場合は、基板の処理を停止してよい。所定の実施形態では、基板処理装置は、アンプルを補充するために基板処理を停止する前に、一連の基板堆積操作における全ての堆積サイクルを完了してよい。
【００６１】
操作３０６では、コントローラは、アンプル充填タイマが時間切れになったかをチェックする。アンプル充填タイマは、アンプル充填処理がアンプルを満杯レベルまで充填するように求められる期間に近い期間にのみ実施されるように、コントローラに設定されたタイマであってよい。所定の実施形態では、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よう求められた時間よりわずかに長い期間であってよい。他の実施形態では、アンプル充填タイマは、アンプルを充填するように求められた期間よりずっと長くてよい。かかる実施形態では、充填タイマ期間は、アンプルを満杯レベルまで充填する最適な機会が可能になるように選択され、アンプル満杯センサは、アンプルの過剰充填を防ぐ主要な機構として依存されてよい。
【００６２】
所定の実施形態では、初期充填用と二次充填用の充填タイマは異なってよい。かかる実施形態では、初期充填タイマは、例えば４５秒以下であってよく、二次充填タイマは、例えば５から１０秒の間であってよい。他の実施形態では、充填タイマは補正率に基づいて調整されてよい。修正率は、様々な異なる基板処理装置の補充ラインの圧力における相違の主な原因となる因子であってよい。従って、高い補充ライン圧力を有する基板処理装置は、より短い充填タイマをもたらす低い修正率を有し、低い補充ライン圧力を有する基板処理装置は、より長い充填タイマをもたらす高い修正率を有してよい。補充ライン圧力は、基板処理装置の本質的な特性に基づいて、または特定の装置についてのオペレータの経験に基づいて変化してよい。例えば、前駆体撹拌のさらなる減少を望む場合は、補充ライン圧力は低下されてよい。加えて、修正率は、前駆体補充ライン内の圧力インジケータの上流におけるあらゆる変化の主な原因となりうる。ライン圧力に影響する因子は、補充ラインの直径と長さを含む。
【００６３】
所定の実施形態では、二次充填タイマは、初期充填時に検出された状態に関係なく一定に保たれてよい。他の実施形態では、二次充填タイマは、初期充填時に検出された状態に応じて調整されてよい。例えば、初期充填時にアンプル満杯センサがオンであることを一度も検出されなかった場合には、二次充填タイマの期間は、二次充填操作中にアンプルが満杯レベルに達する可能性がより高くなるように延長されてよい。
【００６４】
操作３０８では、コントローラは、明示的な停止コマンドが呼び出されたかをチェックする。所定の実施形態では、アンプルの充填を止める明示的な停止コマンドは、処理実施時のアンプルの同時充填が容認できない前駆体の撹拌をもたらしうる堆積処理など、所定の堆積処理の実施前にコントローラにプログラムされてよい。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予防手段となりうる。さらに、充填タイマおよび／または満杯量は、所定の実施形態ではユーザ定義パラメータであってよい。明示的な停止コマンドは、パラメータのユーザ定義におけるエラーが基板処理の質に影響することを防いでよい。
【００６５】
コントローラが操作３０４、３０６、または３０８のいずれかから「はい」の結果を検出した場合は、コントローラは操作３１０に進み、前駆体充填は停止される。操作３０４、３０６、または３０８のいずれからも「はい」の結果が検出されなかった場合は、コントローラは操作３０２に戻り、前駆体充填の実施を継続してよい。
【００６６】
図４Ａは、図１Ａの例示的な基板処理装置の基板処理における工程を示す説明図である。図４Ａに示す工程は、図２の操作２０４に相当する。図４Ａに示す基板処理装置１００は、図４Ｂ−Ｃと同様に、図１Ａに示す基板処理装置の構成に似た構成を備える基板処理装置であってよい。図４Ａ−Ｄでは、実線は流れのない流路を表し、点線は液体前駆体流を伴う流路を表し、破線はキャリアガス流を伴う流路を表し、破線と点線の線は前駆体ガス流を伴う流路を表す。
【００６７】
図４Ａでは、アンプル１０２の初期充填が実施されている。図４Ａに示す実施形態では、バルブ１１４以外の全てのバルブは閉じている。バルブ１１４は、前駆体をアンプル１０２に流入させるために開いている。他の実施形態では、バルブ１０８、１２４、１２６、および１２８は開いていてよい。アンプル１０２は、前駆体の蒸発を促すために前駆体を所望の温度にするため、図４Ａにおいて加熱されてよい。
【００６８】
図４Ｂは、図１Ａの例示的な基板処理装置の基板処理における別の工程を示す説明図である。図４Ｂに示す工程は、図２の操作２１０に相当する。図４Ｂでは、バルブ１１４は、前駆体の充填を停止するのに求められる少なくとも１つの条件が契機となり、ここでは閉じている。
【００６９】
図４Ｂでは、バルブ１０８、１１０、１１６、および１２６は、基板処理装置が流路１１８および１３６を前駆体ガス流で予装填できるように開いている。図２では、シャワーヘッド１２２が前駆体ガス流を受け取る用意ができていないため、流路１１８および１３６を流れる前駆体ガスは流路１３８を通ってダンプ・ソースに流れる。シャワーヘッド１２２が前駆体ガスを受け取る用意ができたときは、前駆体ガスの継続的な流れが流路１１８および１３６を通じて供給される。
【００７０】
図４Ｂでは、前駆体ガスはキャリアガスと蒸発した前駆体の混合物である。キャリアガスは、それぞれ開バルブ１０８および１１０を有する流路１０６および１３４を通ってアンプル１０２に流入する。アンプルは蒸発した前駆体を含み、キャリアガスは蒸発した前駆体と混ざって前駆体ガスを形成する。前駆体ガスは、その後流路１３６を経由してアンプル１０２から流出する。
【００７１】
図４Ｃは、図１Ａの例示的な基板処理装置の基板処理における付加工程を示す説明図である。図４Ｃに示す工程は、図２の操作２１２に相当する。図４Ｃでは、バルブ１２８はここでは閉じているが、バルブ１３０は、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に流入できるようにここでは開いている。
【００７２】
図４Ｄは、図１Ａの例示的な基板処理装置の基板処理におけるさらなる工程を示す説明図である。図４Ｄに示す工程は、図２の操作２１４に相当する。図４Ｄでは、バルブ１１０および１１６は閉じているが、バルブ１２４は開いている。そのため、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を流れてよい。さらに、バルブ１３０は、シャワーヘッド１２２へのキャリアガスの流入を防ぐためにここでは閉じている。バルブ１２８は、ダンプ・ソースへのキャリアガスの流れを可能にするためにここでは開いている。
【００７３】
図４Ｄでは、バルブ１１４は前駆体によるアンプル１０２の補充を可能にするため開いている。図４Ｄに示す補充は、二次前駆体補充である。
【００７４】
図５は、オンデマンド充填による基板処理とオンデマンド充填なしの基板処理の基板処理結果の比較図である。図５では、「Ｘ」印で表される図表はオンデマンド充填を用いる堆積処理であり、四角印で表される図表はオンデマンド充填を用いない堆積処理である。
【００７５】
図５に示すように、オンデマンド充填を用いる堆積処理はより安定した密度を有する一方、オンデマンド充填を用いない堆積処理はその密度により大きな分散がある。オンデマンド充填を用いる堆積処理は、オンデマンド充填を用いない堆積処理よりも優れた処理の均一性を示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【外国語明細書】
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