JP4763293B2

JP4763293B2 - 光放射によるシステムコンポーネントへの材料物質付着のモニタリング

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Publication number: JP4763293B2
Application number: JP2004565287A
Authority: JP
Inventors: ルドビクソン、オーダン; ストラング、エリク・ジェイ．
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2002-12-31
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: US20040125359A1; US6806949B2; JP2006512769A; WO2004061899A2; WO2004061899A3; AU2003296395A1; AU2003296395A8

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２００２年１２月３１日に出願された米国特許出願第１０／３３１，４５６号に関連する、前記同じ日に出願された米国特許出願第１０／３３１，３４９号による優先権を主張する。これらの出願の各々の内容全体は、参照してここに組み込まれる。

本発明は、プラズマ処理に関し、より具体的には、光モニタリングシステムを用いたプラズマ処理システムのシステムコンポーネントに対する材料物質の付着をモニタリングすることに関する。

半導体業界における集積回路（ＩＣ）の製造は、典型的には、基板から材料物質を除去しかつ基板に材料物質を付着させるのに必要なプラズマリアクタ内での表面化学作用を引き起こしかつアシストするために、プラズマを用いる。一般に、プラズマは、供給されるプロセスガスとの電離衝突を持続させるのに十分なエネルギまで電子を加熱することにより、真空条件下で、前記プラズマリアクタ内で生成される。また、前記加熱された電子は、分解衝突を持続させるのに十分なエネルギを有することができ、そのため、所定の条件（例えば、チャンバ圧力、ガス流量等）下のガスの特定のセットが、チャンバ内で実行される特定のプロセス（例えば、エッチングプロセス）に適した、荷電種及び化学的に活性の種の群を生成するために選択される。

荷電種（イオン等）及び化学的に活性の種の群の生成は、基板表面におけるプラズマ処理システムの機能の実行（すなわち、材料物質のエッチング、材料物質の成膜等）に必要であるが、前記処理チャンバの内部の他のコンポーネント表面は、経時的に、物理的かつ化学的に活性プラズマにさらされ、腐食する可能性があり、あるいは、付着物で被覆される可能性がある。前記プラズマ処理システムの前記さらされたシステムコンポーネントの腐食または被覆は、プラズマ処理能力の緩やかな低下につながる可能性があり、また最終的には、前記システムの完全な故障につながる可能性がある。

プラズマ処理システムの様々なパーツは、例えば、シリコン、石英、アルミナ、カーボンまたはシリコンカーバイドから製造される消耗するまたは交換可能なコンポーネントからなる。消耗するシステムコンポーネントの実例は、電極、シールド、リング、バッフル及びライナを含む。前記交換可能なコンポーネントの消耗する性質は、前記プラズマ処理システムの定期的なメンテナンスを必要とする。この定期的なメンテナンスは、プラズマ処理の休止時間、および過度のものとなる可能性がある新たなプラズマ処理チャンバコンポーネントに関連するコストを生じる可能性がある。

消耗するパーツは、一般に、弊害のある処理条件または処理結果が観察された後にクリーニングまたは交換される。これらの弊害のある処理条件は、プラズマアーク放電、粒子形成、基板エッチング速度の変動、エッチング選択性及びエッチング均一性を含む。別法として、消耗するパーツは、例えば、プラズマ動作時間の総数に基づくこともできるある所定のメンテナンススケジュールに従って、クリーニングまたは交換することができる。これらの方法は、消耗するシステムコンポーネントの遅れたまたは早すぎる交換を結果として生じる可能性がある。

プラズマ処理中のシステムコンポーネントに対する材料物質の付着をモニタリングすることを可能にするプラズマ処理システムが提供される。

前記プラズマ処理システムは、処理チャンバと、前記処理チャンバからの光放射をモニタリングする光モニタリングシステムとを備える。プラズマにさらされたときに、蛍光放射が可能な少なくとも１つのエミッタを含むことができるシステムコンポーネントが提供される。

プラズマ処理システムのシステムコンポーネントに対する材料物質の付着をモニタリングする方法が提供される。前記システムコンポーネントは、プラズマにさらされたときに、特徴のある蛍光放射を生じることが可能な少なくとも１つのエミッタを含むことができる。前記方法は、前記蛍光放射を監視する光モニタリングシステムを用いる。

プラズマにさらされたときに、特徴のある蛍光放射を生じることが可能な少なくとも１つのエミッタを含むことができる、モニタ可能な消耗するシステムコンポーネントが提供される。前記エミッタは、前記消耗するシステムコンポーネントに対する材料物質の付着を監視することを可能にする。

本明細書に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する添付図面、本発明の実施形態は、上述した全般的な説明及び以下に述べる実施形態の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するのに役に立つ。

図１は、プラズマ処理システムの単純化したブロック図を示す。プラズマ処理チャンバ１０と、上部アセンブリ２０と、電極プレート２４と、基板３５を支持する基板ホルダ３０と、プラズマ処理チャンバ１０内に、低圧雰囲気１１を生成する真空ポンプ３８に結合されたポンピングダクト３６とを備えるプラズマ処理システム１を図１に示す。プラズマ処理チャンバ１０は、基板３５の近傍のプロセス空間１２における処理プラズマの生成を容易にすることができる。プラズマ処理システム１は、様々な基板（すなわち、２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板またはこれ以上の基板）を処理するように構成することができる。

ガス注入アセンブリ４０は、プロセスガス４２をプラズマ処理チャンバ１０に導入することができる。ガス注入システム４０は、シャワーヘッドを含有することができ、プロセスガス４２は、ガス供給システム（図示せず）から、ガス注入プレナム（図示せず）、一連のバッフルプレート（図示せず）及びマルチオリフィスシャワーヘッドガス注入プレート（図示せず）を介してプロセス空間１２に供給される。

例えば、電極プレート２４は、高周波電源（図示せず）に結合することができ、かつプラズマ処理システム１のための上部電極を容易にすることができる。代替の実施形態においては、上部アセンブリ２０は、カバー及び電極プレート２４を備え、電極プレート２４は、プラズマ処理チャンバ１０の電位に等しい電位に維持される。例えば、プラズマ処理チャンバ１０、上部アセンブリ２０及び電極プレート２４は、接地電位に電気的に接続することができ、かつプラズマ処理システム１のための上部電極を容易にすることができる。

プラズマ処理チャンバ１０は、例えば、シールド１４と、プラズマ処理チャンバ１０をプロセス空間１２内の処理プラズマから保護するチャンバライナ（図示せず）と、光ビューポート１６とをさらに備えることができる。光ビューポート１６は、光ウィンドウ成膜シールド１８の裏面に結合された光ウィンドウ１７を備えることができ、光ウィンドウフランジ１９は、光ウィンドウ１７を光ウィンドウ成膜シールド１８に結合するように構成することができる。Ｏリング等のシーリング部材は、光ウィンドウフランジ１９と光ウィンドウ１７との間、光ウィンドウ１７と光ウィンドウ成膜シールド１８との間、および光ウィンドウ成膜シールド１８とプラズマ処理チャンバ１０との間に設けることができる。光ウィンドウ成膜シールド１８は、シールド１４内で開口７０を貫通して拡がることが可能である。光モニタリングシステム２１は、光ビューポート１６及び光診断センサ２２を用いて、プロセス空間１２内の処理プラズマからの光学発光のモニタリングを可能にすることができる。

分光計（図示せず）は、プロセス空間１２からの光学発光、例えば光に基づいてプラズマプロセス状態を検出するために、光診断センサ２２に一体化することができる。前記分光計または前記検出システムは、例えば、プラズマプロセスの終点等のプラズマプロセス状態、または、システムコンポーネントに対する材料物質の付着を少なくとも部分的に検出するために、光電子増倍管、ＣＣＤまたは他の半導体検出器に結合することができる。しかし、光学発光を解析することが可能な他の光デバイスも使用することができる。

基板ホルダ３０は、例えば、基板ホルダ３０及びプラズマ処理チャンバ１０に結合され、かつ垂直移動装置５０を、プラズマ処理チャンバ１０内の低下した圧力雰囲気１１から密封するように構成されたベローズ５２によって囲まれた垂直移動装置５０をさらに備えることができる。また、ベローズシールド５４は、例えば、基板ホルダ３０に結合することができ、かつベローズ５２を処理プラズマから保護するように構成することができる。基板ホルダ３０は、例えば、さらに、フォーカスリング６０及びシールドリング６２の少なくとも一方に結合することができる。さらに、バッフルプレート６４は、基板ホルダ３０の周囲に及ばすことができる。

基板３５は、スロットバルブ（図示せず）及びチャンバ・フィードスルー（図示せず）を介し、自動基板移送システムを介して、プラズマ処理チャンバ１０内に、および前記チャンバから移送することができ、この場合、前記基板は、基板ホルダ３０内に収容された基板リフトピン（図示せず）によって受取られ、前記基板ホルダに収容された装置によって機械的に移動される。基板３５が一旦、基板移送システムから受取られると、前記基板は、基板ホルダ３０の上面まで低下される。

基板３５は、静電クランプ装置を介して基板ホルダ３０に付着させることができる。さらに、基板ホルダ３０は、例えば、基板ホルダ３０から熱を受取り、かつ熱交換システム（図示せず）に熱を伝達する、あるいは、加熱時に、前記熱交換システムから熱を伝達する再循環冷却流動を含む冷却システムをさらに含むことができる。また、ガスを、例えば、基板３５と基板ホルダ３０の間のガスギャップ熱伝導性を改善するために、裏面のガスシステムを介して、基板３５の裏面に供給することができる。このようなシステムは、温度が上昇したまたは下降した時に、前記基板の温度制御が必要な場合に用いることができる。他の実施形態においては、抵抗性加熱体等の加熱体または熱電気ヒータ／クーラーを含めることができる。

図１において、基板ホルダ３０は、これを介して高周波電力が、プロセス空間１２内の処理プラズマに結合される電極を備えることができる。例えば、基板ホルダ３０は、高周波電源（図示せず）からインピーダンス整合ネットワーク（図示せず）を介して基板ホルダ３０への高周波電力の伝送を介して、高周波電圧で電気的にバイアスをかけることができる。前記高周波バイアスは、プラズマを生成しかつ維持するために、電子を加熱するように作用することができる。この構成において、前記システムは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）リアクタとして作動することができ、前記チャンバ及び上部ガス注入電極は、接地面として作用する。前記高周波バイアスのための典型的な周波数は、１ＭＨｚから１００ＭＨｚとすることができる。例えば、１３．５６ＭＨｚで作動するプラズマ処理システムは、当業者には公知である。

プロセス空間１２内に生成される処理プラズマは、プロセスからプラズマを生成するように構成されたプラズマ源を用いて生成することができる。前記プラズマ源は、平行プレート、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、これらのいずれかの組み合わせを含むことができ、また、ＤＣ磁石装置と共に及びＤＣ磁石装置なしで含むことができる。別法として、プロセス空間１２内の処理プラズマは、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用いて生成することができる。また別の実施形態においては、プロセス空間１２内の処理プラズマは、ヘリコン波の発射によって生成される。また他の実施形態においては、プロセス空間１２内の処理プラズマは、表面伝搬波によって生成される。

コントローラ２６は、マイクロプロセッサと、記憶装置と、処理システム１への入力を伝送及び活性化すると共に、処理システム１からの出力を監視するのに十分な制御電圧を生成することができるディジタルＩ／Ｏポートとを含む。また、コントローラ２６は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス注入システム４０、光診断センサ２２及び真空ポンプ装置３８に結合されており、かつこれらと情報を交換することができる。例えば、前記記憶装置に記憶されたプログラムは、記憶されたプロセスレシピに従って、プラズマ処理システム１の上述したコンポーネントを制御するのに用いることができる。コントローラ２６の１つの実例は、テキサス州ダラス（Ｔｅｘａｓ，Ｄａｌｌａｓ）のデル・コーポレーション（ＤｅｌｌＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能なＤＥＬＬＰＲＥＣＩＳＩＯＮＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ６１０（商標）である。

種々のシステムコンポーネントは、プラズマがある場合の、システムコンポーネントに対する材料物質の付着を示す、特徴のある蛍光放射を生成することが可能なエミッタを含むことができる。前記システムコンポーネントは、これに限定するものではないが、エミッタ２８を含むフォーカスリング６０と、エミッタ３２を含むシールド１４と、エミッタ３４を含む電極プレート２４とを含むことができる。これらの例示的なシステムコンポーネントは、通常、プラズマ処理中に被覆され、腐食し、あるいはその両方となる消耗パーツであり、そのため、適切な交換を容易にするためにモニタリングを必要とする。

基板３５を取り囲むフォーカスリング６０の役割は、基板３５の周囲の前記基板のエッチング速度、エッチング選択性、及びエッチング均一性の制御を含む。フォーカスリング６０の状態（腐食または材料物質の付着の程度）は、一般に、フォーカスリング６０をプラズマ処理システム１から取外して、前記フォーカスリング６０の厚さの減少または増加を測定することによって、設備内で判断される。別法として、前記フォーカスリングの状態は、目視検査によって評価することができる。例えば、フォーカスリング６０の厚さの数十ミリオーダーの変化は、フォーカスリング６０の交換を要することになる。

種々のシステムコンポーネントの製造中、エミッタは、コンポーネントの状態のモニタリングを可能にするために、前記システムコンポーネント構造に一体化してもよい。前記エミッタの好適な位置は、プロセスの履歴及びプロセスの必要条件から判断することができる。プラズマ処理中に、前記エミッタに材料物質が付着した場合、前記エミッタからの低下した蛍光放射は、システムコンポーネントのクリーニングまたは交換につながる可能性があり、かつ前記クリーニングまたは交換を要する可能性がある。

プラズマ処理システムの様々な消耗するまたは交換可能なコンポーネントは、例えば、シリコン、石英、アルミナ、カーボンまたはシリコンカーバイドから製造される。これらの物質から製造される消耗するシステムコンポーネントの実例は、電極、シールド、リング、バッフル及びライナを含む。前記交換可能なコンポーネントの消耗する性質は、前記プラズマ処理システムの定期的なメンテナンスを必要とする。上述した物質に加えて、システムコンポーネント（例えば、成膜シールド）は、金属（例えば、アルミニウム）や金属合金（例えば、ステンレス鋼）から製造することができ、また、クリーニングまたは交換を必要とする。

システムコンポーネントを製造するのに用いられる様々な物質（例えば、石英やアルミナ）は、広範囲の波長にわたるプラズマ光に対して実質的に透過性がある。蛍光放射は、上記エミッタがプラズマ環境に直接接して（例えば、前記システムコンポーネントの物質によって包み込まれて）いなくとも、これらの物質内のエミッタから観察することができる。システムコンポーネントに付着した材料物質の量は、例えば、前記蛍光放射が閾値を下回ったときに判断することができる。

光モニタリングシステムを用いて、システムコンポーネントへの材料物質の付着をモニタリングすることは、システムコンポーネントに関連する蛍光放射の強度レベルが閾値を下回っているか否かを判断することと、前記システムコンポーネントを交換する必要があるか否かの判断を下すことと、前記判断に基づいて、前記プロセスを続行するかあるいは前記プロセスを停止するかを含むことができる。

上記エミッタがプラズマによって励起された場合、プラズマ光は、吸収された後、蛍光として再放射され、前記蛍光は、前記吸収されたプラズマ光よりも長い波長にシフトされる。前記吸収されたプラズマ光は、例えば、ＵＶ領域にあり、前記放射された蛍光は、可視領域にある。より長い波長へのシフトは、前記可視領域の光は、処理中に、光モニタリングシステム２１の光ウィンドウ１７に対して付着する可能性がある、ポリマーや副生成物等の汚染物質による影響が少ないため、好都合である。プラズマ中の光以外の、上記エミッタの強力な活性種（例えば、励起されたガス活性種）に対する露出も、蛍光放射を生じる可能性がある。

上記エミッタは、広範囲の材料物質（例えば、硬いまたは硬くないシート、細粉、または塗料の形態で入手可能である蛍光物質）から選択することができる。前記エミッタは、絶縁部または層とすることができ、システムコンポーネントの外面は、前記蛍光物質によって、部分的にまたは完全に被覆することができる。前記エミッタは、プラズマ中で生成される光の波長に対応する蛍光特性を有する少なくとも１つの物質を含むことができる。前記蛍光物質は、これプラズマ種及びプラズマ化学作用に依存することができる所望の蛍光特性を考慮して選択することができる。蛍光物質の選択は、前記蛍光物質のプラズマへの曝露による、前記プロセス環境の可能性のある汚染、およびシステムコンポーネントからの蛍光物質の可能性のある腐食を考慮して評価することができる。

リン光体化合物は、ディスプレイ用途にしばしば使用される蛍光物質の具体例である。リン光体は、プラズマ等の外部エネルギ源による物質の励起時に、可視および／または紫外スペクトルで光を放射することが可能である。リン光体粉は、放射スペクトル特性または色度と呼ばれることもある、良好に制御された色特性を有することができる。リン光体は、一般に、ホスト物質と呼ばれるマトリックス化合物と、特定の色を放射する、またはルミネッセンス特性を強める活性化イオンと呼ばれる１つ以上のドーパントとを含む。前記リン光体物質（括弧に入れた蛍光の色）は、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ（赤）、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、Ｔｂまたはこれらの組み合わせ（赤）、チオガレート（例えば、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ（緑））、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌまたはこれらの組み合わせ（緑）、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｃｅ（青）、ＺｎＳ：Ａｇ、ＡｕまたはＣｌまたはこれらの組み合わせ（青）、およびＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｃｅ（青）を含むことができる。上記の明らかにしたリン光体は例示的なものであり、幅広い他のリン光体を用いることができる。

図２Ａは、複数のエミッタを含むシステムコンポーネントの平面図を示す。図２Ａに示す例示的な実施形態において、前記システムコンポーネントは、リング６１である。リング６１は、例えば、フォーカスリング、絶縁リングまたはシールドリングであり得る。プラズマにさらされたときに、蛍光を放射することが可能なエミッタ２８ａから２８ｄは、リング６１に一体化されている。図２Ａに示すエミッタの数は例示的なものであり、どのような数のエミッタも用いることができる。エミッタ２８ａから２８ｄは、少なくとも１つの蛍光物質を含むことができる。これらのエミッタは、異なる蛍光物質を含むことができ、あるいは別法として、これらのエミッタは、同じ蛍光物質を含むことができる。エミッタ２８ａから２８ｄは、図２Ａの実施形態においては、正方形で示されているが、このことは、本発明に必要なことではない。代替の実施形態においては、前記エミッタは、非幾何学的形状および／または矩形状、円形状及び三角形状等の幾何学的形状を含む様々な形状を有することができる。図２Ｂは、図２Ａのシステムコンポーネントの断面図を示す。エミッタ２８ｂは、リング材料（例えば、石英、アルミナまたはシリコン）で部分的に包み込まれている。別法として、エミッタ２８ａから２８ｃのうちの少なくとも１つは、前記リング材料によって完全に包み込まれている。エミッタ２８ｂの断面形状は、図２Ｂの実施形態においては、矩形で示されているが、このことは、本発明に必要なことではない。代替の実施形態においては、前記エミッタの断面は、（例えば、図２Ａに関して論じたように）非幾何学的形状および／または幾何学的形状を含む異なる形状を有することができる。

図２Ｃは、付着した材料物質からなる層を有する、図２Ａのシステムコンポーネントの断面図を示す。図２Ｃのシステムコンポーネント６１は、プラズマ処理中に付着する可能性がある、付着した材料物質からなる層８０を含む。層８０は、例えば、プラズマエッチングプロセスによるポリマー被覆物、またはプラズマ成膜プロセスによる金属堆積物からなる。プロセス空間１２の光モニタリング、およびエミッタ２８ａから２８ｃのうちの少なくとも１つからの特徴のある蛍光放射の消失または閾値以下の前記蛍光放射の著しい減少は、前記システムコンポーネントをクリーニングまたは交換する必要があるか否かを判断するのに利用することができる。

図３Ａは、１つのエミッタを含むシステムコンポーネントの平面図を示す。図３Ａに示す実施形態において、前記システムコンポーネントは、リング６１である。エミッタ２８は、リング形状であり、リング材料で部分的に包み込まれている。別法として、前記エミッタは、前記リング材料によって完全に包み込むことができる。エミッタ２８は、１つ以上の蛍光物質を含むことができる。図３Ｂは、図３Ａのシステムコンポーネントの断面図を示す。一実施形態において、前記リング状のエミッタは、各四分弧における付着を監視することができるように、各四分弧において、異なるエミッタタイプ（例えば、異なる蛍光物質）を用いる。より細かな分割（例えば、８分の１や１６分の１）も用いることができる。

図３Ｃは、付着した材料物質からなる層を有する、図３Ａからのシステムコンポーネントの断面図を示す。図３Ｃのシステムコンポーネント６１は、プラズマ処理中に付着した層８０を含む。プロセス空間１２の光モニタリング、およびエミッタ２８からの特徴のある蛍光放射の消失または閾値以下の前記蛍光放射の著しい減少は、前記システムコンポーネントをクリーニングまたは交換する必要があるか否かを判断するのに利用することができる。

図４Ａは、複数のエミッタを含むシステムコンポーネントの平面図を示す。図４Ａに示す実施形態において、前記システムコンポーネントは、リング６１である。プラズマに曝露したときに、蛍光を放射することが可能なエミッタ２８ａから２８ｃは、異なる径方向位置でリング６１に一体化され、かつ前記リング材料で部分的に包み込まれている。別法として、前記エミッタは、同じ径方向位置でリング６１に一体化することができる。別法として、エミッタ２８ａから２８ｃのうちの少なくとも１つは、前記リング材により完全に包み込むことができる。図４Ａに示すエミッタの数は例示的なものであり、どのような数のエミッタも使用することができる。エミッタ２８ａから２８ｃは、少なくとも１つの蛍光物質を含むことができる。これらのエミッタは、異なる蛍光物質を含むことができ、または別法として、前記エミッタは、同じ蛍光物質を含むことができる。図４Ｂは、図４Ａのシステムコンポーネントの断面図を示す。一実施形態においては、異なる物質、または物質の組合せを選択することにより、各四分弧における付着を、別々に監視することができる。

図４Ｃは、付着した材料物質からなる層を有する、図４Ａからのシステムコンポーネントの断面図を示す。図４Ｃのリング６１は、プラズマ処理中に付着した層８０を含む。プロセス空間１２の光モニタリング、およびエミッタ２８ａから２８ｃのうちの１つ以上からの特徴のある蛍光放射の消失または閾値以下の前記蛍光放射の著しい減少は、前記システムコンポーネントをクリーニングまたは交換する必要があるか否かを判断するのに利用することができる。

リング６１が、層８０によって均一に被覆された場合、曝露されたエミッタ２８ａから２８ｃからの蛍光放射は、実質的に同時に消失する可能性がある。しかし、層８０が、プラズマ処理中に、非均一に堆積した場合（図示せず）には、エミッタ２８ａから２８ｃのうちの１つ以上からの特徴のある蛍光放射は、リング６１に対する付着の程度に加えて、場所的な付着情報を提供することができる。

図５Ａは、複数のエミッタを含むシステムコンポーネントの平面図を示す。図５Ａに示す実施形態においては、前記システムコンポーネントは、リング６１である。プラズマにさらされたときに、蛍光放射することが可能なエミッタ２８ａから２８ｃは、異なる径方向位置で同心リング状にリング６１に一体化されており、前記リング材によって部分的に包み込まれている。別法として、エミッタ２８ａから２８ｃのうちの少なくとも１つは、リング材によって完全に包み込むことができる。図５Ａに示すエミッタの数は例示的なものであり、どのような数のエミッタも用いることができる。エミッタ２８ａから２８ｃは、少なくとも１つの蛍光物質を含むことができる。これらのエミッタは、異なる蛍光物質を含むことができ、または別法として、前記エミッタは、同じ蛍光物質を含むことができる。図５Ｂは、図５Ａのシステムコンポーネントの断面図を示す。エミッタ２８ａ、２８ｂ及び２８ｃの場所的配置は、前記システムコンポーネントに対する不均一な付着を測定するのに用いることができる。一実施形態においては、いずれか１つのリングの前記物質は、四分弧から四分弧までで、または他の大きさの領域（例えば、８分の１や１６分の１）の間で変化する。

図５Ｃは、付着した材料物質からなる層を有する、図５Ａからのシステムコンポーネントの断面図を示す。図５Ｃのリング６０は、プラズマ処理中に付着した層８０を含む。プロセス空間１２の光モニタリング、およびエミッタ２８ａから２８ｃのうちの１つ以上からの特徴のある蛍光放射の消失または閾値以下の前記蛍光放射の著しい減少は、前記システムコンポーネントをクリーニングまたは交換する必要があるか否かを判断するのに利用することができる。

図６Ａは、１つのエミッタを含むシステムコンポーネントの断面図を示す。図６Ａに示す実施形態においては、システムコンポーネント１５は、例えば、リング、電極、バッフルまたはライナとすることができる。一実施形態においては、システムコンポーネント１５は、プラズマ処理中の、チャンバ壁への材料物質の付着を低減する付着シールドである。少なくとも１つの蛍光物質を含み、かつプラズマにさらされたときに、蛍光を放射することが可能なエミッタ３２は、システムコンポーネント１５に一体化されている。エミッタ３２は、システムコンポーネント材（例えば、石英、アルミナまたはアルミニウム）により部分的に包み込まれている。別法として、前記エミッタは、システムコンポーネント１５内に完全に包み込むことがでる。

図６Ｂは、付着した材料物質からなる層を有する、図６Ａからのプラズマ処理システムコンポーネントの断面図を示す。プラズマ処理中に、システムコンポーネント１５は、プラズマ環境にさらすことができ、このことは、層８０のシステムコンポーネント１５への付着をもたらす可能性がある。別法として、プラズマ処理中に、チャンバ壁は、プラズマ環境にさらすことができ、このことは、層８０の前記チャンバ壁への付着をもたらす可能性がある。上記プラズマ処理システムの光モニタリング、およびエミッタ３２からの特徴のある蛍光放射の消失または閾値以下の前記蛍光放射の著しい減少は、前記システムコンポーネントをクリーニングまたは交換する必要があるか否かを判断するのに利用することができる。

図７Ａは、複数のエミッタを含むシステムコンポーネントの断面図を示す。図７Ａにおいては、エミッタ３２ａから３２ｃは、リング材によって部分的に包み込まれている。別法として、これらのエミッタは、前記リング材により完全に包み込むことができる。

図７Ｂは、付着した材料物質からなる層を有する、図７Ａのシステムコンポーネントの断面図を示す。前記システムコンポーネントは、均一に被覆されており、エミッタ３２ａから３２ｃからの蛍光信号は、実質的に同時に発生することができる。図７Ｃは、付着した材料物質からなる層を有する、図７Ａのシステムコンポーネントの断面図を示す。図７Ｃにおいては、システムコンポーネント１５は、層８０によって不均一に被覆されており、エミッタ３２ａから３２ｃのうちの１つ以上からの特徴のある蛍光放射は、システムコンポーネント１５への付着の程度に関する情報に加えて、場所的な付着情報を提供することができる。

プラズマ処理システムの異なるシステムコンポーネントは、特定のシステムコンポーネントを識別しかつモニタリングすることを可能にする異なる蛍光物質を含むことができる。また、単一のシステムコンポーネントは、前記システムコンポーネント上の複数の位置に対する材料物質の付着のモニタリングを可能にするために、様々な場所的位置に、様々な蛍光物質を含むことができる。システムコンポーネントは、前記システムコンポーネントの表面に成膜される保護バリアを含むことができる。保護バリアの役割は、プラズマ処理中の、前記システムコンポーネントの腐食を低減することとすることができる。例えば、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を含む保護バリアは、セラミックスプレー被覆の当業者には公知である（熱）スプレー被覆技術を用いて形成することができる。代替の実施形態においては、前記保護バリアを形成することは、前記熱スプレー被覆を研磨することをさらに含むことができる。例えば、前記熱スプレー被覆を研磨することは、研磨紙を前記スプレーされた表面に当てることを含むことができる。前記保護バリアは、Ｙ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｆ_３、ＹＦ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｅｕ_２Ｏ_３、ＤｙＯ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２及びＩｎ_２Ｏ_３のうちの少なくとも１つを含むことができる。前記保護バリアの厚さは、例えば、０．５μから５００μとすることができる。別法として、前記保護バリアは、リン光体材料、例えば、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕを含むことができる。保護バリア中のリン光体材料からの特徴のある蛍光放射の消失は、システムコンポーネントに対する付着を判断するのに利用することができる。

図８Ａ及び図８Ｂは、１つのエミッタを含むシステムコンポーネントの断面図を示す。図８Ａは、エミッタ３２及びシステムコンポーネント１５上に被覆された保護バリア層６８を示す。図８Ｂは、前記システムコンポーネント上に付着した層８０を示す。プラズマ処理中の、エミッタ３２からの蛍光放射の変化は、保護バリア層６８への付着を表わすことができる。

図９Ａ及び図９Ｂは、１つのエミッタを含むシステムコンポーネントの断面図を示す。図９Ａは、システムコンポーネント１５上に成膜された保護バリア層６８に重なっている１つのエミッタを示す。図９Ｂは、前記システムコンポーネント上に付着した不均一な層８０を示す。プラズマ処理中の、エミッタ３２からの蛍光放射の変化は、保護バリア層６８への付着を表わすことができる。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、１つのエミッタを含むシステムコンポーネントの断面図を示す。図１０Ａは、システムコンポーネント１５上に成膜された保護バリア層６８に重なっている１つのエミッタを示す。図１０Ｂは、前記システムコンポーネント上に付着した不均一な層８０を示す。プラズマ処理中の、エミッタ３２からの蛍光放射の変化は、エミッタ層３２への付着を表わすことができる。

システムコンポーネントに対する材料物質の付着は、前記システムコンポーネントに一体化された１つのエミッタからの特徴のある蛍光放射をモニタリングすることにより、プラズマ処理中に判断することができる。システムコンポーネントの状態を判断するための１つの可能な方法は、特徴のある蛍光放射が起きる波長範囲を監視する光学発光分光法（ＯＥＳ）を用いることである。システムコンポーネントは、前記システムコンポーネントの識別を可能にする、特徴的な波長における蛍光放射が可能な少なくとも１つのエミッタを含むことができる。特徴的な波長を有する放射の強度レベルが、特定の閾値を超える場合（例えば、特定の値以上の増加または実質的にゼロへの低下）、前記システムコンポーネントをクリーニングまたは交換する必要があるか否かの判断を行うことができ、また前記判断に基づいて、上記プロセスを継続または停止することができる。

図１１は、光学発光を用いて、システムコンポーネントの状態をモニタリングするフローチャートである。ステップ１００において、プロセスがスタートする。ステップ１０２において、プラズマ処理領域からの光信号が、光モニタリングシステムを用いてモニタされる。ステップ１０４において、前記光信号は、システムコンポーネントに一体化された１つのエミッタからの特徴のある光放射について分析される。エミッタからの特徴のある光放射が閾値を下回る場合には、前記プロセスを続行するか、ステップ１０８で前記プロセスを停止するかの判断が、ステップ１０６でなされる。

ステップ１０６における、上記プロセスを続行すべきか否かの判断は、検出される蛍光放射、例えば、前記システムコンポーネントを識別することに依存することができる。さらに、１つのシステムコンポーネントに一体化された複数のエミッタからの蛍光放射は、前記システムコンポーネントが、プラズマ処理中に、均一に被覆されているか否かを表わすことができ、またそのため、付着の程度に加えて、場所的な付着情報を提供することができる。

エミッタを用いて、システムコンポーネントの状態をモニタリングするこの方法は、プラズマ環境内のシステムコンポーネントに対する材料物質の付着をモニタリングする新たな現場法を提供する。消耗するシステムコンポーネントへの材料物質の前記付着は、上記プラズマ処理システムの分解を要することなく、プラズマ処理中に監視することができる。前記方法は、消耗するコンポーネントの遅れたまたは早すぎる交換のリスクを著しく低減することができ、かつシステムコンポーネントへの材料物質の付着により、プロセス仕様を外れる処理状態を回避することができる。

代替の実施形態（図示せず）においては、透明または半透明の材料を、上記エミッタを（例えば、プラズマへの曝露によって生じる）ダメージから保護するために、部材を覆って設けることができる。このような材料は、全ての波長を通過させ、または、プラズマからの光および／または前記エミッタからの光の一部をフィルタリングできる。

本発明の様々な変更例及び変形例を、本発明を実施する際に用いることができることを理解すべきである。従って、添付の特許請求の範囲内で、本発明は、本願明細書に具体的に記載した以外の別な方法で実施することができることを理解すべきである。

プラズマ処理システムの単純化したブロック図である。複数のエミッタを含むシステムコンポーネントの平面図である。図２Ａのシステムコンポーネントの断面図である。堆積した材料物質からなる層を有する、図２Ａのシステムコンポーネントの断面図である。１つのエミッタを含むシステムコンポーネントの平面図である。図３Ａのシステムコンポーネントの断面図である。堆積した材料物質からなる層を有する、図３Ａのシステムコンポーネントの断面図である。複数のエミッタを含むシステムコンポーネントの平面図である。図４Ａのシステムコンポーネントの断面図である。堆積した材料物質からなる層を有する、図４Ａのシステムコンポーネントの断面図である。複数のエミッタを含むシステムコンポーネントの平面図である。図５Ａのシステムコンポーネントの断面図である。堆積した材料物質からなる層を有する、図５Ａのシステムコンポーネントの断面図である。１つのエミッタを含むシステムコンポーネントの平面図である。堆積した材料物質からなる層を有する、図６Ａのシステムコンポーネントの断面図である。複数のエミッタを含むシステムコンポーネントの断面図である。堆積した材料物質からなる層を有する、図７Ａのシステムコンポーネントの断面図である。堆積した材料物質からなる層を有する、図７Ａのシステムコンポーネントの断面図である。１つのエミッタ及び保護層を含むシステムコンポーネントの断面図である。堆積した材料物質からなる層を有する、図８Ａのシステムコンポーネントの断面図である。１つのエミッタ及び保護層を含むシステムコンポーネントの断面図である。堆積した材料物質からなる層を有する、図９Ａのシステムコンポーネントの断面図である。１つのエミッタ及び保護層を含むシステムコンポーネントの断面図である。堆積した材料物質からなる層を有する、図１０Ａのシステムコンポーネントの断面図である。光放射を用いて、システムコンポーネントの状態をモニタリングするフローチャートである。

Claims

プラズマ処理システムのシステムコンポーネントへの材料物質の付着を判断する方法であって、
システムコンポーネント内に少なくとも部分的に包み込まれ、プラズマにさらされたときに、蛍光放射が可能なエミッタを含む前記システムコンポーネントをプラズマにさらすことと、
プロセス中に、前記プラズマ処理システムの前記システムコンポーネント内に少なくとも部分的に包み込まれた前記エミッタからの蛍光放射を、前記システムコンポーネントへの付着を判断するようにモニタリングすることと、
前記モニタリングされた蛍光放射の強度レベルが前記システムコンポーネントのクリーニングまたは交換を必要とする閾値を超えているか否かを判断することとを具備する方法。
前記蛍光放射は、前記システムコンポーネントへの材料物質の付着の量に関連する請求項１に記載の方法。
前記システムコンポーネントは、リング、シールド、電極、バッフル及びライナのうちの少なくとも１つを備えている請求項１に記載の方法。
前記エミッタは、プラズマ中で生成された光によって励起された場合に、蛍光特性を有する少なくとも１つの物質を備えている請求項１に記載の方法。
前記エミッタは、プラズマ中で生成された励起ガス種によって励起された場合に、蛍光特性を有する少なくとも１つの物質を備えている請求項１に記載の方法。
前記モニタリングすることは、前記蛍光放射を検出する光モニタリングシステムを用いることを備えている請求項１に記載の方法。
前記モニタリングすることは、前記蛍光放射の強度レベルが閾値を下回るか否かを判断することを備えている請求項６に記載の方法。
前記モニタリングすることは、前記システムコンポーネントに独自に関連づけられた前記蛍光放射の波長から前記システムコンポーネントを識別することをさらに備えている請求項６に記載の方法。
前記モニタリングすることは、前記コンポーネントをクリーニングまたは交換する必要があるか否か、および前記判断に基づいて、前記プロセスを続行するかまたは前記プロセスを停止するかの判断を下すように、前記蛍光放射の強度レベルを測定することをさらに備えている請求項６に記載の方法。
プラズマ処理システムのシステムコンポーネントへの材料物質の付着を判断する方法であって、
システムコンポーネント内に少なくとも部分的に包み込まれ、プラズマにさらされたときに、蛍光放射が可能なエミッタを含む前記システムコンポーネントをプラズマにさらすことと、
プロセス中に、前記プラズマ処理システムの前記システムコンポーネント内に少なくとも部分的に包み込まれた前記エミッタからの蛍光放射をモニタリングすることとを具備し、
前記モニタリングすることは、前記蛍光放射の波長及び強度レベルを検出する光モニタリングシステムを用いることと、前記システムコンポーネントに独自に関連づけられた前記蛍光放射の波長から前記システムコンポーネントを識別することと、前記強度レベルから前記システムコンポーネントへの材料物質の付着の量を判断することとを含んでいる方法。
プラズマ処理チャンバと、
プロセスガスからプラズマを生成するように構成されたプラズマ源と、
システムコンポーネント内に少なくとも部分的に包み込まれ、プラズマにさらされたときに、蛍光放射が可能なエミッタを含む前記システムコンポーネントと、
プロセス中に、前記プラズマ処理チャンバの前記システムコンポーネント内に少なくとも部分的に包み込まれた前記エミッタからの蛍光放射を、前記システムコンポーネントへの材料物質の付着を判断するようにモニタリングする光モニタリングシステムと、
プラズマ処理システムを制御し、前記蛍光放射の強度レベルが前記システムコンポーネントのクリーニングまたは交換を必要と示す閾値を超えているかを判断するように構成されたコントローラとを具備するプラズマ処理システム。
前記システムコンポーネントは、リング、シールド、電極、バッフル、及びライナのうちの少なくとも１つを備えている請求項１１に記載のシステム。
前記システムコンポーネントは、シリコン、石英、アルミナ、カーボン、シリコンカーバイド、アルミニウム、及びステンレス鋼のうちの少なくとも１つから製造される請求項１１に記載のシステム。
前記エミッタは、プラズマ中で生成された光によって励起された場合に、蛍光特性を有する少なくとも１つの物質を含んでいる請求項１１に記載のシステム。
前記エミッタは、プラズマ中で生成された励起ガス種によって励起された場合に、蛍光特性を有する少なくとも１つの物質を含んでいる請求項１１に記載のシステム。
前記少なくとも１つの物質は、リン光体物質を含んでいる請求項１５に記載のシステム。
前記リン光体物質は、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：ＥｕＴｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ａｌ、ＺｎＳ：ＣｕＡｌ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｕ、ＺｎＳ：Ｃｌ、ＺｎＳ：ＡｇＡｕ、ＺｎＳ：ＡｇＣｌ、ＺｎＳ：ＡｕＣｌ、ＺｎＳ：ＡｇＡｕＣｌ、及びＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｃｅのうちの少なくとも１つを含んでいる請求項１１に記載のシステム。
前記システムコンポーネントは、保護バリアをさらに備えている請求項１１に記載のシステム。
前記保護バリアは、Ｙ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｆ_３、ＹＦ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｅｕ_２Ｏ_３、ＤｙＯ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、及びＩｎ_２Ｏ_３のうちの少なくとも１つを含んでいる請求項１８に記載のシステム。
前記保護バリアは、透明である請求項１８に記載のシステム。
前記プラズマ源は、プレート電極を備えている請求項１１に記載のシステム。
前記プラズマ源は、ＥＣＲ源を備えている請求項１１に記載のシステム。
前記プラズマ源は、ヘリコン波源を備えている請求項１１に記載のシステム。
前記プラズマ源は、表面波源を備えている請求項１１に記載のシステム。
プラズマ処理チャンバと、
プロセスガスからプラズマを生成するように構成されたプラズマ源と、
システムコンポーネント内に少なくとも部分的に包み込まれ、プラズマにさらされたときに、蛍光放射が可能なエミッタを含む前記システムコンポーネントと、
プロセス中に、前記プラズマ処理チャンバの前記システムコンポーネント内に少なくとも部分的に包み込まれた前記エミッタからの蛍光放射を、前記システムコンポーネントへの材料物質の付着の状態を判断するようにモニタリングし、さらに、前記システムコンポーネントに独自に関連づけられた前記蛍光放射の波長から前記システムコンポーネントを識別し、前記蛍光の強度レベルが閾値を超えているか否かを判断し、前記システムコンポーネントを交換する必要があるか否かを判断し、かつ前記判断に基づいて、プロセスを続行するか、あるいは前記プロセスを停止するかを判断するように構成されている光モニタリングシステムと、
プラズマ処理システムを制御するように構成されたコントローラとを具備するプラズマ処理システム。
システムコンポーネントと、
前記システムコンポーネント内に少なくとも部分的に包み込まれ、プラズマプロセス中に蛍光放射が可能なエミッタとを具備し、
前記蛍光放射は、前記システムコンポーネントへの材料物質の付着の量を判断するようにモニタリングされ、前記モニタリングされた前記蛍光放射の強度レベルが閾値を超えているときに、前記システムコンポーネントのクリーニングまたは交換を必要とすると判断するモニタ可能なプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記システムコンポーネントは、リング、シールド、電極、バッフル、及びライナのうちの少なくとも１つを備えている請求項２６に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記システムコンポーネントは、フォーカスリングである請求項２６に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記システムコンポーネントは、電極プレートである請求項２６に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記システムコンポーネントは、成膜シールドである請求項２６に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記システムコンポーネントは、シリコン、石英、アルミナ、カーボン、シリコンカーバイド、アルミニウム、及びステンレス鋼のうちの少なくとも１つから製造される請求項２６に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記エミッタは、前記システムコンポーネントによって完全に包み込まれている請求項２６に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記エミッタは、前記システムコンポーネントによって部分的に包み込まれている請求項２６に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記エミッタは、プラズマ中で生成された光によって励起された場合に、蛍光特性を有する少なくとも１つの物質を含んでいる請求項２６に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記エミッタは、プラズマ中で生成された励起ガス種によって励起された場合に、蛍光特性を有する少なくとも１つの物質を含んでいる請求項２６に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記エミッタからの前記蛍光放射は、前記消耗するシステムコンポーネントに独自に関連づけられ前記蛍光放射の波長から、前記消耗するシステムコンポーネントを識別することを可能にする請求項２６に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記エミッタは、リン光体物質を含んでいる請求項２６に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記リン光体物質は、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：ＥｕＴｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ａｌ、ＺｎＳ：ＣｕＡｌ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｕ、ＺｎＳ：Ｃｌ、ＺｎＳ：ＡｇＡｕ、ＺｎＳ：ＡｇＣｌ、ＺｎＳ：ＡｕＣｌ、ＺｎＳ：ＡｇＡｕＣｌ及びＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｃｅのうちの少なくとも１つを含んでいる請求項３７に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記システムコンポーネントは、保護バリアをさらに備えている請求項２６に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記保護バリアは、Ｙ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｆ_３、ＹＦ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｅｕ_２Ｏ_３、ＤｙＯ_３、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２及びＩｎ_２Ｏ_３のうちの少なくとも１つを含んでいる請求項３９に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記保護バリアは、プラズマ中で生成された光によって励起された場合に、蛍光特性を有する少なくとも１つの物質を含んでいる請求項３９に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記保護バリアは、プラズマ中で生成された励起ガス種によって励起された場合に、蛍光特性を有する少なくとも１つの物質を含んでいる請求項３９に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
前記保護バリアの厚さは、５００μ以下である請求項３９に記載のプラズマ処理システムに使用されるパーツ。