JP2018032857A - 半導体プロセスモジュールのためのエッジリングまたはプロセスキット - Google Patents

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Abstract

【課題】製造プロセスをモニタし、歩留まりを向上させること。【解決手段】本発明は、一般にエッチングまたは他のプラズマ処理チャンバで使用されるリングアセンブリに対する浸食を検出するための方法および装置に関する。一実施形態において、方法は、プラズマ処理チャンバ内でプラズマによって処理する前に、プラズマ処理チャンバの基板支持体上に配置されたリングアセンブリ上の摩耗を示すメトリックを得ることによって始まる。リングアセンブリに対するメトリックは、センサによってモニタされる。メトリックがしきい値を超えているかどうかが判定され、メトリックがしきい値を超えたことに応答して信号を生成する。【選択図】図２Ａ

Description

本発明の実施形態は、一般に、エッチングまたは他のプラズマ処理チャンバのためのリングおよびリングアセンブリに関する。
半導体処理チャンバでは、基板は、堆積、エッチング、およびアニーリングなどの様々なプロセスを受ける。プロセスのいくつかの間、基板は、処理のために静電チャック（ＥＳＣ）などの基板支持体上に配置される。エッチプロセスでは、基板によって覆われていない基板支持体の領域の浸食を防ぐために、リングが基板のまわりに配置されることがある。リングは、プラズマを集束させて、基板を適所に位置づける。
リングは、通常、石英またはシリコン系材料から作られており、エッチングガスおよび／または流体にさらされるため、エッチプロセスにおいて非常に消耗する。リングは、ウエハ処理中にプラズマによってエッチングされ、最終的に浸食され始める。リングから除去された十分な材料が基板のエッジに沿って処理プラズマのプロファイルを変化させた後に、リングの浸食がプロセスドリフトを引き起こす。プロセスドリフトは、究極的には基板上に欠陥を引き起こす。著しく浸食されたリングは、通常、プロセス適合性を保証し、製造欠陥が処理歩留まりに影響を及ぼすのを防ぐために交換される。しかしながら、リングの交換には、高価な製造プロセス設備の運転を停止させる必要がある。欠陥が発生し、リングの耐用年数が著しく低減する前にリングを交換するために製造プロセスの運転を停止させることと、製造歩留まりを低下させることとの間にトレードオフがある。
したがって、当技術分野において、製造プロセスをモニタし、歩留まりを向上させる必要がある。
本発明は、一般に、エッチングまたは他のプラズマ処理チャンバで使用されるリングアセンブリに対する浸食を検出するための方法および装置に関する。一実施形態において、方法は、プラズマ処理チャンバ内でプラズマによって処理する前に、プラズマ処理チャンバの基板支持体上に配置されたリングアセンブリ上の摩耗を示すメトリック（ｍｅｔｒｉｃ）を得ることによって始まる。リングアセンブリに対するメトリックは、センサによってモニタされる。メトリックがしきい値を超えているかどうかが判定され、メトリックがしきい値を超えたことに応答して信号を生成する。
本発明の上記の特徴を詳細に理解することができるように、一部が添付図面に示される実施形態を参照することによって上で要約された本発明のより具体的な記載を行うことができる。しかし、添付された図面は、本発明の典型的な実施形態のみを示し、その範囲を限定すると考えられるべきではなく、その理由は、本発明が他の等しく効果的な実施形態を受け入れることができるためであることに留意されたい。
処理チャンバに配置されたリングアセンブリを有する例示的な基板支持体の概略断面図である。 本発明の第１の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。 本発明の第１の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。 本発明の第１の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。 本発明の第２の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。 本発明の第２の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。 本発明の第２の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。 本発明の第３の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。 本発明の第３の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。 本発明の第４の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。 本発明の第４の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。 本発明の第４の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。 本発明の第５の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。 本発明の第５の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。 本発明の第５の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。
理解を容易にするために、各図に共通の同一の要素を指定するために、可能な場合は、同一の参照数字が使用された。一実施形態の要素および特徴は、さらに詳説することなく他の実施形態において有益に組み込まれてもよいことが想定されている。
半導体製造に使用される処理チャンバでは、エッジリングは、ウエハ／基板を取り囲むプロセスキットの一部として使用される。基板は、通常、エッジリングを設置するための段差特徴を有するペデスタルまたは静電チャックの上に置かれる。エッジリングは、処理チャンバ内の基板に対するプロセス性能を制御するために使用される。エッジリングの劣化または浸食をモニタすることによって、処理性能が仕様から外れる前にエッジリングを交換することが可能となる。エッジリングの浸食をモニタする現代の方法は、経験的に決定されている。以下に開示される実施形態は、プロセスドリフトが許容可能なしきい値を超えるのを制限するまたは防止するために、ある時間（ＲＦ時間）にわたってエッジリングの浸食の積極的なまたはその場でのモニタを行う。これによって、半導体メーカは、スケジュールされた予防保守を正確に実施し、性能を犠牲にすることなく、チャンバ内のプロセスキットの寿命を最適化することが可能となる。
図１は、処理チャンバ１００に配置されたカバーリング１０４を有する例示的な基板支持体１１５の概略断面図である。ここでは詳細に論じないが、基板支持体１１５は、典型的には、エッチングチャンバなどのプラズマ処理チャンバに配置される。処理チャンバ１００は、単独で、または集積半導体基板処理システムの処理モジュールとして、あるいはクラスタツールとして利用されてもよい。処理チャンバ１００は、グランド１２９に結合された本体１２８を有してもよい。
処理チャンバ１００の本体１２８は、側壁１０３、リッド１８４、および底面１０９を有することができる。側壁１０３、リッド１８４、および底面１０９は、内部容積１１６を画成する。処理チャンバ１００の内部容積１１６は、スロットルバルブ（図示せず）を介して真空ポンプ１３４に結合された高真空容器である。動作時には、基板は、基板支持体１１５上に配置され、チャンバ内部は、ほぼ真空環境にされる。
シャワーヘッド１２０は、リッド１８４に近接して、内部容積１１６内部に配置される。１つまたは複数のガスがシャワーヘッド１２０を介してガスパネル１６０から処理チャンバ１００の内部容積１１６内へ導入される。シャワーヘッド１２０は、マッチング回路１２４を通してＲＦ電源１３２に結合されてもよい。シャワーヘッド１２０からのガスは、ＲＦ電源１３２からシャワーヘッド１２０に電力を印加することによって、内部容積１１６内でプラズマ１１８へと点火されてもよい。プラズマは、処理中に基板１４４の特徴をエッチングするために使用され、次いで、真空ポンプ１３４によって処理チャンバ１００から排出されてもよい。
基板支持体１１５は、処理チャンバ１００の内部容積１１６内へ様々なガスを供給するために使用されるシャワーヘッド１２０の下方に配置されている。基板支持体１１５は、一般に、静電チャック（ＥＳＣ）１０２、カバーリング１０４およびエッジリング１０５を有するリングアセンブリ１７０、ＥＳＣ１０２を電気的にバイアスするカソード１０６、絶縁体パイプ１０８、ペデスタル絶縁体１１０、ならびにペデスタル支持体１１２を含む。
絶縁体パイプ１０８およびペデスタル絶縁体１１０は、ＥＳＣ１０２に印加された電気的なバイアスから、チャンバ壁および基板支持体１１５をそれぞれ電気的に絶縁するように機能する。基板支持体１１５は、ＤＣ電源１５２によってバイアスされてもよい。ＲＦ電源１２６が、任意選択で、マッチング回路１２２を通して基板支持体１１５に結合されてもよい。
カバーリング１０４は、エッジリング１０５および絶縁体パイプ１０８上に載る単一部材のリングであってもよい。基板１４４は、基板支持体１１５上に配置されたとき、ＥＳＣ１０２上に載り、エッジリング１０５およびカバーリング１０４によって取り囲まれる。エッジリング１０５およびカバーリング１０４もプラズマを集束させるため、エッジリング１０５およびカバーリング１０４は、通常、シリコンまたは石英から作られており、処理中に消耗する。一実施形態において、カバーリング１０４は、石英材から形成され、エッジリング１０５は、本体１９０を有する。本体１９０は、シリコン含有材料から形成される。プラズマエッチチャンバでは、カバーリング１０４およびエッジリング１０５は、ＥＳＣ１０２をプラズマによる浸食から保護するばかりなく、処理中に基板１４４のエッジ近くのプラズマの分布を制御する。カバーリング１０４およびエッジリング１０５の浸食によるプロセスドリフトを防止するために、エッジリング１０５、および、または処理チャンバ１００は、エッジリング１０５の摩耗をモニタするための構造を組み込む。
エッジリング１０５の摩耗をモニタするための変形形態がここで別々の実施形態として開示される。図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の第１の実施形態によるリングアセンブリ１７０の領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。図２Ａは、ＥＳＣ１０２の垂直上方に配置されたシャワーヘッド１２０の一部を示す。ＥＳＣ１０２は、カバーリング１０４、およびエッジリング１０５の第１の実施形態を有する。
エッジリング１０５の本体１９０は、処理チャンバ１００内でプラズマ環境にさらされる頂面２０１を有する。エッジリング１０５の本体１９０は、底面２０６を有する。エッジリング１０５の底面２０６は、ＥＳＣ１０２上に配置されている。本体１９０は、内部に埋め込まれた摩耗インジケータ材料２９０をさらに有する。例えば、摩耗インジケータ材料２９０は、材料のピン２０５もしくはスラグ、材料の層、または本体１９０の材料とは異なる、エッジリング１０５がプラズマによって摩耗するときに検出するのに適した他の特徴であってもよい。摩耗インジケータ材料２９０は、本体１９０とは異なる、検出可能な異なる特性を有する材料から形成されてもよい。例えば、摩耗インジケータ材料２９０は、本体１９０とは異なる反射率を有してもよい。
図２Ａ〜図２Ｃの実施形態では、摩耗インジケータ材料２９０についてピン２０５を参照して論じる。しかしながら、摩耗インジケータ材料２９０は、環状リングなどの別の適切な特徴であってもよいことを当業者には理解されたい。ピン２０５は、エッジリング１０５の頂面２０１に最近接して配置されているが頂面２０１の下方に間隔を置いて配置された上面２５１を有する。同様に、ピン２０５は、エッジリング１０５の底面２０６に最近接して配置された下面２５６を有する。ピン２０５の下面２５６は、エッジリング１０５の底面２０６がピン２０５の下面２５６と実質的に共平面になるように、エッジリング１０５の底面２０６まで延在してもよい。あるいは、ピン２０５の下面２５６は、エッジリング１０５の頂面２０１と底面２０６との間に配置されてもよい。一実施形態において、ピン２０５は、エッジリング１０５によって完全に閉じ込められる。第２の実施形態では、ピン２０５の下面２５６は、エッジリング１０５の底面２０６の開口部に沿って、またはその開口部を通してアクセス可能である。他の実施形態では、摩耗インジケータ材料２９０は、エッジリング１０５の本体１９０内部に配置された環状の材料層であってもよい。
ピン２０５は、機械的または化学的な技法によってエッジリングの底面２０６に配置されてもよい。例えば、孔がエッジリング１０５の底面２０６に形成されてもよく、ピン２０５が孔に挿入されてもよい。ピン２０５は、孔に接着されてもよく、または孔に圧入されてもよい。任意選択で、ピン２０５を覆い、かつエッジリング１０５の底面２０６を形成するために、ピン２０５は、シリコンシートなどのエッジリング１０５に対する追加の材料層によって、またはシリコンの堆積によって覆われてもよい。あるいは、ピン２０５は、プラズマ処理技法または３Ｄ印刷を使用して、エッジリング１０５内に形成されてもよい。ピン２０５は、頂面２０１の浸食が生じるにつれ、露出して検出される、エッジリング１０５の頂面２０１から所定の深さに位置する、エッジリング１０５の本体１９０の材料とは異なる材料の層である。例えば、ピン２０５、すなわち摩耗インジケータ材料２９０は、石英から形成されてもよいが、エッジリング１０５は、ＳｉＣなどのシリコン含有材料から形成されている。
センサ２３０は、エッジリング１０５の上方に置かれてもよい。エッジリングは、位置合わせ特徴を有することができる。位置合わせ特徴は、エッジリング１０５をセンサ２３０に関して配向させるためのキー、ピン、または他の適切なデバイスであってもよい。センサ２３０は、シャワーヘッド１２０に取り付けられてもよい。一実施形態において、センサ２３０は、シャワーヘッド１２０内に配置される。センサ２３０は、視線２３２をエッジリング１０５のピン２０５（または前記位置）に焦点を合せることができる。センサ２３０は、光学的または電気的な伝送線２３１を介してコントローラ１８０に結合されてもよい。センサ２３０は、プラズマが存在しない状態で、すなわち、基板１４４の処理が行われていない間に動作するように構成されてもよい。あるいは、センサ２３０は、処理チャンバ１００の外部に配置され、窓を通してエッジリング１０５を見てもよい。
処理中に、エッジリング１０５は、プラズマによって浸食される。図２Ｂは、エッジリング１０５の頂面２０１に沿った浸食２１１を示す。浸食２１１は、エッジリング１０５に窪み２１０を形成し始める。センサ２３０およびピン２０５は、視線２３２が窪み２１０に向けられるように置かれてもよい。エッジリング１０５の頂面２０１が摩耗しきって、ピン２０５上のエッジリング１０５材料の量が細り、究極的に、十分に浸食されて、ピン２０５が露出すると、センサ２３０は、光学信号または音響信号を検出することができる。エッジリング１０５が浸食を受けている間、センサ２３０は、プロセス均一性を維持するためにプロセス設備にフィードバックを行うことができる。
図２Ｃでは、頂面２０１の浸食２１１は、窪み２１０が今やピン２０５の上面２５１を十分に露出させる開口部２２０となる点まで進行している。ピン２０５の上面２５１が露出すると、センサ２３０によって集められた光学／音響信号を用いて計測学変化（ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ ｃｈａｎｇｅ）を検出することができる。ピン２０５は、頂面２０１の反射率とは異なる反射率を有し、効率的な検出を促進することができる。このようにして、浸食を処理中にモニタすることができ、ピン２０５によって提供される信号は、エッジリング１０５の浸食に対するしきい値に達することを示すことができる。頂面２０１からピン２０５の上面２５１までの深さは、エッジリング１０５の許容可能な浸食に関連付けられたプロセスドリフトデータに基づいてもよい。ピン２０５に達する浸食２１１が検出されると、浸食がしきい値を超えていることを示す信号を生成することができる。例えば、信号は、コントローラまたはオペレータに送信されてもよく、処理チャンバ１００は、予防保守のためにスケジュールされてもよく、リングアセンブリ１７０が交換されてもよい。
図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の第２の実施形態によるリングアセンブリ１７０の領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。図３Ａは、ＥＳＣ１０２の垂直上方に配置されたシャワーヘッド１２０の一部を示す。ＥＳＣ１０２は、カバーリング１０４、およびエッジリング１０５の第２の実施形態を有する。
エッジリング１０５の本体１９０は、処理チャンバ１００内でプラズマ１１８にさらされる頂面３０１を有する。エッジリング１０５は、底面３０６を有する。エッジリングの底面３０６は、ＥＳＣ１０２上に配置されている。エッジリング１０５の本体１９０は、内部に埋め込まれた信号スパイク材料３１０をさらに有する。以下で論じるように、信号スパイク材料３１０は、プラズマによって浸食されると、センサ３５０によって検出可能な微粒子を内部容積１１６内へ導入することができる。信号スパイク材料３１０は、エッジリング１０５の頂面３０１に最近接して配置された、上面３１１を有するプラグまたは環状リングの形状であってもよい。信号スパイク材料３１０は、エッジリング１０５の底面３０６に最近接して配置された下面３５６を有する。信号スパイク材料３１０の下面３５６は、エッジリング１０５の底面３０６が信号スパイク材料３１０の下面３５６と実質的に共平面になるように、エッジリング１０５の底面３０６まで延在することができる。あるいは、信号スパイク材料３１０の下面３５６は、頂面３０１とエッジリング１０５の底面３０６との間に配置されてもよい。一実施形態において、信号スパイク材料３１０は、エッジリング１０５によって完全に閉じ込められている。第２の実施形態では、信号スパイク材料３１０の下面３５６は、エッジリング１０５の底面３０６の開口部に沿って、またはその開口部を通してアクセス可能である。
信号スパイク材料３１０は、機械的または化学的な技法によってエッジリングの底面３０６に配置されてもよい。例えば、孔がエッジリング１０５の底面３０６に形成されてもよく、信号スパイク材料３１０が孔に挿入されてもよい。信号スパイク材料３１０は、孔に接着されてもよく、または孔に圧入されてもよい。任意選択で、信号スパイク材料３１０を覆い、かつエッジリング１０５の底面３０６を形成するために、信号スパイク材料３１０は、シリコンシートなどのエッジリング１０５に対する追加の材料層によって、またはシリコンの堆積によって覆われてもよい。あるいは、信号スパイク材料３１０は、プラズマ処理技法または３Ｄ印刷を使用して、エッジリング１０５内に形成されてもよい。信号スパイク材料３１０は、頂面３０１の浸食が生じるにつれ、露出して検出される、エッジリング１０５の頂面３０１から所定の深さに位置する、エッジリング１０５の本体１９０の材料とは異なる材料の層である。例えば、信号スパイク材料３１０は、プラズマ１１８によって浸食されたときに、フォトンを放出するＳｉＯ、蛍光材料、または他の適切な材料から形成されてもよい。
センサ３５０は、内部容積１１６に配置されてもよい。一実施形態において、センサ３５０は、シャワーヘッド１２０に取り付けられている。別の実施形態では、センサは、処理チャンバ１００の本体１２８に取り付けられている。センサ３５０は、チャンバ環境、すなわち内部容積１１６の微粒子を検出することができる。センサ３５０は、エッジリング１０５のシリコンの浸食、プラズマ１１８中の微粒子、ならびに信号スパイク材料３１０などのプラズマ処理による放出を検出することができる。センサ３５０は、光学的または電気的な伝送線を介してコントローラ１８０に結合されてもよい。センサ２３０は、プラズマが存在する状態で、すなわち、処理が基板１４４上で行われている間に動作するように構成されてもよい。センサ２３０は、プラズマ特性の変化を検出する分光計、浸食後に露出する材料を活性化するレーザ、ＥＳＣに配置される場合はキャパシタンス測定センサ、イオン選択性電極、または他の適切な装置であってもよい。
処理中に、エッジリング１０５の本体１９０は、プラズマによって浸食される。図３Ｂは、エッジリング１０５の頂面３０１に沿った浸食３０３を示す。浸食３０３は、本体１９０の頂面３０１に窪みを形成し始める。信号スパイク材料３１０は、本体１９０からの材料によって依然として覆われており、したがってプラズマ１１８とコンタクトしない。センサ３５０は、信号スパイク材料３１０からのフォトンをモニタする。
図３Ｃでは、頂面３０１の浸食３０３は、信号スパイク材料３１０が上面３１１においてプラズマ１１８にさらされる点まで進行している。プラズマ１１８は、信号スパイク材料３１０からの微粒子を処理チャンバの内部容積１１６内へ入れるようにすることができる。これらの微粒子は、フォトン、イオン、または検出可能ではあるが、基板１４４上の処理動作に害を与えない他のトレース材料であってもよい。頂面３０１から信号スパイク材料３１０の上面３１１までの深さは、所与の用途に対してプロセスドリフトデータが受け入れ不能になる前の、エッジリング１０５に許容される許容可能な浸食量に基づいてもよい。センサ３５０によって信号スパイク材料３１０が検出されると、内部容積１１６内のスパイク材料３１０からの微粒子の存在を示すために信号が送信される。信号を受信すると、処理チャンバ１００は、予防保守のためにスケジュールされてもよく、リングアセンブリ１７０が交換されてもよい。
図４Ａ〜図４Ｂは、本発明の第３の実施形態によるリングアセンブリ１７０の領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。図４Ａは、ＥＳＣ１０２の垂直上方に配置されたシャワーヘッド１２０の一部を示す。ＥＳＣ１０２は、カバーリング１０４、および信号スパイク層４２０を有するエッジリング１０５の第３の実施形態を有する。
エッジリング１０５の本体１９０は、処理チャンバ１００内でプラズマ１１８にさらされる頂面４０１を有する。本体１９０は、底面４０６を有する。本体１９０は、基板１４４に隣接する内側エッジ４６２、および内側エッジ４６２の反対側の外側エッジ４６４をさらに有する。エッジリング１０５の本体１９０の底面４０６は、ＥＳＣ１０２上に配置されている。本体１９０は、頂面４０１を包含する第１の層４１０を有する。第１の層４１０は、信号スパイク層４２０上に配置されている。信号スパイク層４２０の材料および機能は、図３Ａ〜図３Ｃで論じた信号スパイク材料３１０と実質的に同様である。信号スパイク層４２０は、底面４０６を包含することができる。任意選択で、エッジリング１０５の本体１９０は、第３の層４３０を含んでもよい。第１の層４１０は、頂面４０１から底面４０６まで測定したときのエッジリング１０５の厚さの１０パーセントであってもよい。信号スパイク層４２０は、第３の層４３０上に配置されてもよい。エッジリング１０５の本体１９０が第３の層４３０を含む実施形態では、第３の層４３０は、底面４０６を包含する。
信号スパイク層４２０、第１の層４１０、および任意選択で第３の層４３０のそれぞれが、エッジリング１０５の内側エッジ４６２から外側エッジ４６４まで延在する。信号スパイク層４２０は、第１の層４１０が配置された上面４２１を有する。信号スパイク層４２０は、一部の実施形態ではＥＳＣ１０２と、または他の実施形態では第３の層４３０とコンタクトする下面４２２を有する。
信号スパイク層４２０は、焼結またはボンディングなどの機械的技法によって形成されてもよい。信号スパイク層４２０は、あるいは、エッジリング１０５の本体１９０の第１の層４１０、任意選択で第３の層４３０によって信号スパイク層４２０を覆うようにシリコンを堆積させるなどの化学的技法によって形成されてもよい。あるいは、信号スパイク層４２０は、エッジリング１０５またはその一部を３Ｄ印刷することによって形成されてもよい。信号スパイク層４２０は、頂面４０１の浸食が生じるにつれ、露出して検出される、本体１９０の頂面４０１から所定の深さに位置するエッジリング１０５の本体１９０の材料とは異なる材料層である。例えば、信号スパイク層４２０は、プラズマ１１８によって浸食されたときにフォトンを放出するＳｉＯ、蛍光材料、または他の適切な材料から形成されてもよい。
センサ３５０は、内部容積１１６に配置されてもよい。一実施形態において、センサ３５０は、シャワーヘッド１２０に取り付けられている。別の実施形態では、センサは、処理チャンバ１００の本体１２８に取り付けられている。センサ３５０は、上記の図３Ａ〜図３Ｃに関連して実質的に記載され、処理が基板１４４上で行われている間に、信号スパイク層４２０からの、チャンバ環境、すなわち内部容積１１６内の微粒子を検出する。
処理中に、エッジリング１０５の本体１９０は、プラズマによって浸食される。図４Ｂは、エッジリング１０５の頂面４０１に沿った浸食を示す。頂面４０１の浸食は、本体１９０の頂面４０１に凹み４０３を形成し始める。信号スパイク層４２０は、最終的には、第１の層４１０の浸食によってエッジリング１０５の材料から露出し、信号スパイク層４２０がプラズマ１１８とコンタクトするようになる。センサ３５０は、信号スパイク層４２０からのフォトンをモニタする。センサ３５０によって信号スパイク層４２０が検出されると、信号が送信される。信号は、メッセージまたは命令を含むことができる。例えば、メッセージは、処理チャンバ１００を予防保守のためにスケジュールするべきであり、リングアセンブリ１７０を交換するべきであることを示すことができる。
図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の第４の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。図５Ａは、ＥＳＣ１０２の垂直上方に配置されたシャワーヘッド１２０の一部を示す。ＥＳＣ１０２は、カバーリング１０４、およびエッジリング１０５上の摩耗を検出するための第４の実施形態を有する。
エッジリング１０５の本体１９０は、処理チャンバ１００の内部容積１１６内でプラズマ１１８にさらされる頂面５０１を有する。本体１９０は、底面５０６を有する。エッジリング１０５の底面５０６は、ＥＳＣ１０２上に配置されている。本体１９０は、絶縁性材料（ＳｉＣ）から形成される。
電極５３０が、ＥＳＣ１０２に配置され、エッジリング１０５の下方に置かれてもよい。電極５３０は、光学的または電気的な伝送線を介してコントローラ１８０に結合されてもよい。電極５３０は、連続波としてアナログ的に、または離散的な階段波によってデジタル的に動作してもよい。電極５３０は、プラズマ１１８と結合することによって、すなわち、基板１４４の処理が行われている間に、またはプラズマが内部容積１１６内部に存在する他の時間にエッジリング１０５の抵抗を測定するように動作することができる。
処理中に、エッジリング１０５の本体１９０の頂面５０１は、プラズマによって浸食される。図５Ｂは、本体１９０の頂面５０１に沿った浸食５０２を示す。浸食５０２は、本体１９０に凹み５１１を形成し始める。電極５３０は、エッジリング１０５の本体１９０の向こう側まで抵抗を測定することによって、エッジリング１０５の厚さを決定することができる。凹み５１１は、図５Ａに示すような浸食を示さないエッジリング１０５とは対照的にエッジリング１０５の抵抗を低減させる。プロセスパラメータまたはエッジリング１０５の状態を示すために信号が送信されてもよい。例えば、信号は、予防保守事象をスケジュールするまでの残された時間に対する推定値に関する情報を含んでもよい。加えて、またはあるいは、信号は、プロセスパラメータを調節するために使用することができる浸食速度情報を含んでもよい。信号は、テキストメッセージ、コンピュータメッセージ、視覚的なメッセージ、または他の適切な通信技法などの、メッセージの形態の通知であってもよい。
図５Ｃでは、頂面５０１の浸食５０２は、凹み５１１がしきい値５０３、すなわち最小の受け入れられる抵抗に達した点まで進行している。しきい値５０３では、エッジリング１０５の本体１９０は、それ以上の浸食が受け入れられないプロセスドリフトを引き起こす可能性がある点まで浸食されている。凹み５１１がしきい値５０３を達成したと電極５３０が判定すると、信号が送信されてもよい。信号は、プロセスが停止すべきであると通信することができ、処理チャンバ１００は、予防保守のためにスケジュールされてもよく、リングアセンブリ１７０が交換されてもよい。
図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の第５の実施形態によるリングアセンブリの領域における図１の処理チャンバの一部に対する平面図である。図６Ａは、ＥＳＣ１０２の垂直上方に配置されたシャワーヘッド１２０の一部を示す。ＥＳＣ１０２は、カバーリング１０４、およびエッジリング１０５上の過剰摩耗を検出するための第５の実施形態を有する。
エッジリング１０５の本体１９０は、処理チャンバ１００の内部容積１１６にさらされる頂面６０１を有する。本体１９０は、底面６０６を有する。エッジリング１０５の底面６０６は、ＥＳＣ１０２上に配置されている。エッジリング１０５の本体１９０は、ＳｉＣ、石英、または他の適切な材料から形成されてもよい。
センサ６３０は、ＥＳＣ１０２に配置され、エッジリング１０５の下方に置かれてもよい。センサ６３０は、光学的または電気的な伝送線を介してコントローラ１８０に結合されてもよい。センサ６３０は、音響信号を検出するためのマイクロホンであってもよい。あるいは、センサ６３０は、光学的な光検出器であってもよい。センサ６３０は、エッジリング１０５の厚さを測定するように動作することができる。センサ６３０が音響信号を検出するためのマイクロホンである実施形態では、プラズマ、すなわちプラズマ１１８がノイズを出していないときに、追加のフィルタリングなしにエッジリングの正確な測定を行うことができる。
処理中に、エッジリング１０５の本体１９０の頂面６０１は、プラズマによって浸食される。図２Ｂは、本体１９０の頂面６０１に沿った浸食を示す。浸食は、エッジリング１０５の本体１９０に凹み６０３を形成し始める。センサ６３０は、センサ６３０から頂面６０１の凹み６０３までの距離６３２を判定することができる。距離６３２は、音響信号または光検出を使用して、センサ６３０によって測定されてもよい。プロセスは、センサ６３０によって測定されたエッジリング１０５の浸食を認識して、チャンバ１００において調整され得る。
図６Ｃでは、頂面６０１の凹み６０３は、距離６３２が最小のしきい値６３３、すなわち本体１９０の頂面６０１の最大の受け入れられる凹み６０３に達した点まで進行している。最小のしきい値６３３を達成すると、エッジリング１０５の本体１９０は、それ以上の浸食が受け入れられないプロセスドリフトを引き起こす可能性がある点まで浸食される。センサ６３０が、距離６３２が最小のしきい値６３３を達成したと判定すると、オペレータまたは装置コントローラにエッジリング１０５の状態を通知するために信号が送信されてもよい。処理チャンバ１００は、予防保守のためにスケジュールされてもよく、リングアセンブリ１７０が交換されてもよい。
上に開示した実施形態は、結果として基板欠陥をもたらす受け入れられないプロセスドリフトを受ける前に、プロセスフィードバックを行い、予防保守のタイミングを調整するための方法論を有利には提供する。実施形態は、交換前のリングセンブリの最大限の使用を保証し、したがって、高価で不当な交換を低減させる。加えて、電極などのある特定の実施形態を利用して、プロセスの実時間フィードバックを行い、プロセスの調整を可能にすることができる。
前述の事項は、本発明の実施形態を対象としているが、本発明の他のおよびさらなる実施形態が本発明の基本的な範囲から逸脱せずに、考案されてもよく、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって決定される。
１００ 処理チャンバ
１０２ 静電チャック
１０３ 側壁
１０４ カバーリング
１０５ エッジリング
１０６ カソード
１０８ 絶縁体パイプ
１０９ 底面
１１０ ペデスタル絶縁体
１１２ ペデスタル支持体
１１５ 例示的な基板支持体
１１６ 内部容積
１１８ プラズマ
１２０ シャワーヘッド
１２２ マッチング回路
１２４ マッチング回路
１２６ ＲＦ電源
１２８ 本体
１２９ グランド
１３２ ＲＦ電源
１３４ 真空ポンプ
１４４ 基板
１５２ ＤＣ電源
１６０ ガスパネル
１７０ リングアセンブリ
１８０ コントローラ
１８４ リッド
１９０ 本体
２０１ 頂面
２０５ ピン
２０６ 底面
２１０ 窪み
２１１ 浸食
２２０ 開口部
２３０ センサ
２３１ 電気的な伝送線
２３２ 視線
２５１ 上面
２５６ 下面
２９０ インジケータ材料
３０１ 頂面
３０３ 浸食
３０６ 底面
３１０ 信号スパイク材料
３１１ 上面
３５０ センサ
３５６ 下面
４０１ 頂面
４０３ 凹み
４０６ 底面
４１０ 第１の層
４２０ 信号スパイク層
４２１ 上面
４２２ 下面
４３０ 任意選択の第３の層
４６２ 内側エッジ
４６４ 外側エッジ
５０１ 頂面
５０２ 浸食
５０３ しきい値
５０６ 底面
５１１ 凹み
５３０ 電極
６０１ 頂面
６０３ 凹み
６０６ 底面
６３０ センサ
６３２ 距離
６３３ 最小のしきい値

Claims (15)

  1. 頂面、底面、および内径壁を有する本体と、
    前記本体に配置された摩耗インジケータ材料であって、前記本体の前記頂面の下方に間隔をおいて配置された、前記本体を構成する材料とは異なる、摩耗インジケータ材料と、
    を含む、プラズマ処理チャンバのためのリング。
  2. 前記摩耗インジケータ材料が、
    円筒状ピン
    を構成する、請求項１に記載のリング。
  3. 前記摩耗インジケータ材料が、
    環状のバンド
    を構成する、請求項１に記載のリング。
  4. 前記摩耗インジケータ材料が、
    前記エッジリングの前記本体の反射率とは異なる反射率
    を備える、請求項１に記載のリング。
  5. 前記摩耗インジケータ材料が、
    前記摩耗インジケータ材料および前記本体がプラズマにさらされるときに、前記本体から放出されるイオンとは異なるイオンを放出する材料、
    を含む、請求項１に記載のリング。
  6. 前記摩耗インジケータ材料がＳｉＯであり、前記本体の前記材料が石英である、請求項１に記載のリング。
  7. 内部容積を有するチャンバ本体と、
    前記内部容積に配置された基板支持体と、
    前記基板支持体上に配置されたリングであって、
    頂面、底面、および内径壁を有する石英本体、ならびに
    前記本体に配置され、前記本体の前記頂面の下方に間隔を置いて配置され、ＳｉＯから製造された、摩耗インジケータ材料
    を含む、リングと、
    前記リングとインターフェースするように置かれ、前記摩耗インジケータ材料を検出するように構成された１つまたは複数のセンサであって、前記摩耗インジケータ材料が、前記摩耗インジケータ材料および本体がプラズマにさらされるときに形成される、前記本体から放出されるイオンとは異なるイオンを放出する、１つまたは複数のセンサと、
    を備える、プラズマ処理チャンバ。
  8. エッジリングおよび外側リングを有するリングアセンブリ上の摩耗を示すメトリックを得るステップであって、前記エッジリングが頂面を有する本体を有し、かつシリコンを含有し、前記リングアセンブリが、前記プラズマ処理チャンバ内でのプラズマによる処理の前に、プラズマ処理チャンバの基板支持体上に配置される、ステップと、
    センサによって前記リングアセンブリに対する前記メトリックをモニタするステップと、
    前記メトリックがしきい値を超えていると判定するステップと、
    前記メトリックが前記しきい値を超えたことに応答して信号を生成するステップと、
    を含む、リングアセンブリの浸食を検出する方法。
  9. 前記エッジリングの上方で前記プラズマ処理チャンバに配置された前記センサによって前記頂面の下方の前記本体に埋め込まれた信号材料の浸食を検知するステップ、
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
  10. 前記信号材料が前記本体の前記頂面に沿って配置されたシリコン含有層の下方に配置された層である、請求項９に記載の方法。
  11. 前記エッジリングの下方に配置された電磁気センサによって前記プラズマが存在する状態で前記エッジリングの向こう側まで抵抗を測定するステップと、
    前記測定された抵抗の値に基づいて前記プロセスパラメータまたは保守スケジュールを修正するステップと、
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
  12. 前記センサによって前記エッジリングの前記頂面までの距離を測定するステップであって、前記センサが前記プラズマ処理チャンバに配置された、前記プラズマにさらされるセンサである、ステップと、
    前記距離が最大のしきい値を超えていると判定するステップと、
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
  13. 前記センサによって前記エッジリングの前記頂面までの距離を測定するステップであって、前記センサが前記基板支持体に配置されている、ステップと、
    前記距離が最大のしきい値を超えていると判定するステップと、
    をさらに含む、請求項８に記載の方法。
  14. 音響センサによって音響信号を前記エッジリングの下方から得るステップ
    をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
  15. 光センサによって光信号を前記エッジリングの上方から得るステップ
    をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
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