JP4763294B2 - 光放射による、システムコンポーネントの腐食のモニタリング - Google Patents

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１０／３３１，３４９号に関連する、前記同じ日に出願された米国特許出願第１０／３３１，４５６号に対して優先権を主張する。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の腐食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補助するために、プラズマを用いる。一般に、プラズマは、供給される処理ガスとのイオン化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、このため、所定の条件（例えば、チャンバ圧力、ガス流量等）下のガスの特定の集合が、チャンバ内で実行される特定の処理（例えば、材料物質が前記基板から除去されるエッチング処理、または材料物質が前記基板に添加される成膜処理）に適した、荷電活性種及び化学的に反応性の活性種の群を生成するために選択される。

荷電活性種（イオン等）及び化学的に反応性の活性種の群の生成は、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、形成された膜に対して被覆になる可能性がある。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、プラズマ処理パフォーマンス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頻繁なメンテナンスを必要とする。この頻繁なメンテナンスは、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、有害な処理条件または処理結果が観察された後に交換される。それらの有害な処理条件は、プラズマアーク放電、粒子形成、基板エッチング速度の変化、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いてもよい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時期尚早の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の腐食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の腐食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、前記蛍光放射をモニタリング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、モニタリング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の腐食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、低下した圧力雰囲気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の近傍の処理空間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、またはそれ以上の基板）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、処理ガス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むことができ、処理ガス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、処理空間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を処理空間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、光観察ポート１６とをさらに備えることができる。光観察ポート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、光観察ポート１６及び光診断センサ２２を用いて、処理空間１２内の処理プラズマからの光放射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、処理空間１２からの光放射、例えば光に基づいて、プラズマ処理状態を検出するために、光診断センサ２２に組み込むことができる。前記分光計または前記検出システムは、例えば、プラズマ処理の終点等のプラズマ処理状態、または、システムコンポーネントの状態を少なくとも部分的に検出するために、光電子増倍管、ＣＣＤまたは他のソリッドステート検出器に結合することができる。しかし、光放射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、べローズシールド５４は、例えば、基板ホルダ３０に結合することができ、かつべローズ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の周囲に延在することができる。

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）によって収容され、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、上げられたまたは下げられた温度において、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、それを介して高周波電力が、処理空間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。

処理空間１２内に生成される処理プラズマは、処理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磁石システムと共に及びＤＣ磁石システムなしで含むことができる。別法として、処理空間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、処理空間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、処理空間１２内の処理プラズマは、伝搬表面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、かつそれらと情報を交換することができる。例えば、前記記憶装置に格納されたプログラムは、格納された処理レシピに従って、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（Ｄｅｌｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能なＤＥＬＬ ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ ６１０（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コンポーネントの状態を示す、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、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、プラズマ処理中に腐食する消耗パーツであり、このため、適切な交換を容易にする状態の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、前記基板のエッチング速度の制御、エッチング選択性、及び基板３５の周囲のエッチング均一性を含む。フォーカスリング６０のプラズマ腐食の程度は、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の厚さの減少を測定することによって、設備内で判断される。例えば、フォーカスリング６０の厚さの数十ミリの腐食は、腐食したフォーカスリング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。エミッタのシステムコンポーネントへの一体化は、前記システムコンポーネントが交換を必要とする場合に、前記エミッタがプラズマ環境にさらされるように設計することができる。前記システムコンポーネントにおける前記エミッタの好適な位置（深さ）は、処理の履歴及び処理の必要条件から判断することができる。

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。そ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、頻繁な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である。蛍光放射は、上記エミッタがプラズマ環境に直接接していなくとも、それらの物質内のエミッタから観察することができる。前記エミッタをプラズマに直接さらすことは、例えば、前記蛍光放射が、しきい値を超える場合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の状態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しきい値を超え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、前記処理を続行するかあるいは前記処理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る場合、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領域にあってよく、前記放射された蛍光は、可視領域にあってよい。より長い波長へのシフトは、前記可視領域の光は、プロセス中に、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、有利である。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、例えば、硬いまたは硬くないシート、細粉、または塗料のかたちで市販されている広範囲の蛍光材料から選択することができる。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。前記蛍光材料は、プラズマ活性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。蛍光材料の選択は、前記蛍光材料のプラズマへの曝露による、前記処理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材料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材料の実例である。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またはそれらの組み合わせ（赤）、チオガレート（例えば、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ（緑））、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌまたはそれらの組み合わせ（緑）、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｃｅ（青）、ＺｎＳ：Ａｇ、ＡｕまたはＣｌまたはそれらの組み合わせ（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とすることができる。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、それらのエミッタは、非幾何学的形状および／または矩形状、円形状、楕円形状及び三角形状等の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の断面形状は、図２Ｂの実施形態において矩形状として示されているが、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。エミッタ２８ｂは、エミッタ２８ｂを覆うカバー部２７ｂが、上記リングの囲み材２９ｂの残部と同じ材質で形成されるように、前記リング材（例えば、石英、アルミナまたはシリコン）で完全に包み込むことができる。別法として、エミッタ２８ｂは、囲み材２９ｂ内に部分的に包み込むことができるが、異なる材質のカバー部２７ｂで覆うことができる。従って、前記カバー部は、透明な材料または不透明な材料のいずれかで形成することができる。カバー部２７ｂは、限定された数の波長が、エミッタ２８ｂに向かって、および前記エミッタから通過するように、フィルタリング材料でも形成することができる。

図２Ｃは、複数のエミッタを含む腐食したシステムコンポーネントの平面図を示す。図２Ａのリング６１のプラズマに対する曝露は、リング６１の腐食、および１つ以上のエミッタ２８ａから２８ｄのプラズマへの直接的な曝露につながる可能性がある。処理空間１２の光学的モニタリング、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始まりまたは前記蛍光放射の著しい増加は、上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するのに利用することができる。図２Ｄは、図２Ｃのシステムコンポーネントの断面図を示す。

別法として、エミッタは、前記エミッタが、システムコンポーネント材料（例えば、石英、アルミナまたはシリコン）によって部分的に包み込まれるように、システムコンポーネントと一体化することができる。図３Ａ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２８ａから２８ｄは、プラズマにさらされるリング６１の表面に一体化させることができる。図３Ｂは、図３Ａのシステムコンポーネントの断面図を示す。

図３Ｃは、腐食したシステムコンポーネントの平面図を示す。図３Ａのリング６１のプラズマへの曝露は、リング６１及び１つ以上のエミッタ２８ａから２８ｄの腐食につながる可能性がある。上記プラズマ処理システムの光学的モニタリング、および上記特徴のある蛍光放射の消失または著しい減少は、上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するのに利用することができる。図３Ｄは、図３Ｃのシステムコンポーネントの断面図を示す。

図４Ａ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４Ａ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、基板３５を取り囲む（種々のサブセクション７５を有する）リング６１である。エミッタ２８は、リング形状であり、かつ前記リング材で完全に包み込まれている。別法として、前記エミッタは、前記リング材で部分的に包み込むことができる。図４Ｂは、図４Ａのシステムコンポーネントの断面図を示す。エミッタ２８は、前記リング材で完全に包み込まれている。別法として、エミッタ２８は、前記リング材で部分的に包み込むことができ、かつプラズマに部分的にさらすことができる。各サブセクション７５は、１つ以上の蛍光材料で形成してもよい。また、前記１つ以上の材料は、サブセクション間で変えてもよく、あるいは、全てのサブセクション７５にわたって不変であってもよい。８つのサブセクション７５を含むように描かれているが、前記サブセクションの数は、リング６１の腐食の場所の分割に関する変量を示すように変化させてもよい。

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、蛍光を放射することが可能なエミッタ２８ａから２８ｃは、異なる放射状位置でリング６１に一体化されており、前記リング材によって完全に包み込まれている。別法として、それらのエミッタは、同じ放射状位置でリング６１に一体化することができる。別法として、前記エミッタは、前記リング材によって部分的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つの蛍光材料を含むことができる。前記エミッタは、異なる蛍光材料を含むことができ、または別法として、前記エミッタは、同じ蛍光材料を含むことができる。１つの位置に（例えば、単位円に対して０度で）１組の材料を用いることにより、および他の位置に（例えば、前記単位円に対して、９０度、１８０度及び２７０度で）異なる組の材料を用いることにより、リング６１の光放射を、場所的に分割することができる。図５Ｂは、図５Ａのシステムコンポーネントの断面図を示す。

図５Ｃは、腐食したシステムコンポーネントの平面図を示す。図５Ｃのリング６１のプラズマに対する曝露は、リング６１の腐食、および１つ以上のエミッタ２８ａから２８ｃのプラズマへの直接的な曝露につながる可能性がある。上記プラズマ処理システムの光学的モニタリング、および特徴のある蛍光放射の始まりまたは前記蛍光放射の著しい増加は、上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するのに利用することができる。図５Ｄは、図５Ｃのシステムコンポーネントの断面図を示す。リング６１が均等に腐食した場合、曝露されたエミッタ２８ａから２８ｃからの蛍光放射は、実質的に同時に発生する。しかしながら、リング６１が、プラズマ処理中に、不均等にエッチング（図示せず）した場合には、エミッタ２８ａから２８ｃのうちの１つ以上からの上記特徴のある蛍光放射は、前記腐食の程度に加えて、場所的な腐食情報を与えることができる。

図６Ａ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６Ａ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、蛍光を放射することが可能なエミッタ２８ａから２８ｃは、異なる放射状位置で、同心状リングとしてリング６１に一体化され、かつ前記リング材によって完全に包み込まれている。別法として、それらのエミッタは、前記リング材によって部分的に包み込むことができ、または包み込むことができない。図６Ａ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つの蛍光材料を含むことができる。前記エミッタは、異なる蛍光材料を含むことができ、または別法として、前記エミッタは、同じ蛍光材料を含むことができる。図６Ｂは、図６Ａ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、２８ｃの空間的な分布は、前記システムコンポーネントの非均一な腐食を測定するのに用いることができる。

図７Ａは、層８２ａから８２ｃを含むエミッタ積層体を含むシステムコンポーネントの断面図を示す。図７Ａ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。前記積層体の第１の実施形態においては、層８２ａから８２ｃは、各層の腐食が、新たな放射タイプへの変化によって示されるように、それぞれ異なる種類の蛍光材料である。第２の実施形態においては、第１の層８２ａは、蛍光材料で形成されている第３の層８２ｃへの光の透過を最初はブロックする不透明層である。前記第２の実施形態において、第２の層８２ｂは、（実質的に）透明な層またはフィルタのいずれかとすることができる。第２の層８２ｂが、第３の層８２ｃによる放射の量を低下させた場合、第２の層８２ｂの腐食は、第３の層８２ｃからの放射の増加量によって示されることになる。

図７Ｂは、エミッタ積層体を含む腐食したシステムコンポーネントの断面図を示す。図７Ａのリング６１のプラズマへの曝露は、リング６１の腐食、および層８２ａのプラズマへの直接的な曝露を生じる可能性がある。上述した第１の実施形態においては、上記プラズマ処理システムの光学的モニタリング、および層８２ａからの特徴のある蛍光放射の始まりまたは前記蛍光放射の著しい増加は、前記リングの状態を判断するのに利用することができる。また、エミッタからの特徴のある蛍光放射の消失は、前記リングの状態を判断するのに利用することができる。

図７Ｃは、エミッタ積層体を含む腐食したシステムコンポーネントの断面図を示す。図７Ｂのリング６１のプラズマへのさらなる曝露は、層８２ｂのプラズマへの直接的な曝露を生じる可能性がある。上記プラズマ処理システムの光学的モニタリング、および（上記第１の実施形態における）層８２ｂまたは（前記第２の実施形態における）層８２ｃからの、特徴のある蛍光放射の始まりまたは前記蛍光放射の著しい増加は、前記リングの状態を判断するのに利用することができる。

図８Ａ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、シールド、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の腐食を低減するシールドである。少なくとも１つの蛍光材料を含み、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、リング材（例えば、石英またはアルミナ）によって完全に包み込まれている。別法として、前記エミッタは、リング材によって部分的に包み込むことができる。

図８Ｂは、１つのエミッタを含む腐食した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、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、システムコンポーネント１５の腐食、およびエミッタ３２のプラズマ環境への直接的な曝露につながる可能性がある。上記プラズマ処理システムの光学的モニタリング、およびエミッタ３２からの特徴のある蛍光放射の始まりまたは前記蛍光放射の著しい増加は、上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するのに利用することができる。別法として、システムコンポーネント１５が、前記システムコンポーネント材料によって前記エミッタを部分的に包み込むように形成されている場合、エミッタ３２からの特徴のある蛍光放射の消失または著しい減少は、システムコンポーネント１５の状態、およびシステムコンポーネント１５を交換する必要があるかを判断するのに利用することができる。

図９Ａ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９Ａ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、前記システムコンポーネント材で完全に包み込まれているエミッタ３２ａから３２ｃを含む。別法として、それらのエミッタは、システムコンポーネント材によって部分的に包み込むことができる。異なる深さに埋め込まれているように図示されているが、エミッタ３２ａから３２ｃは、同じ深さに埋め込むことができる。正しく認識されるように、表面に埋め込まれる各エミッタの深さは、腐食面を検査することにより、およびこのような腐食がシステムパフォーマンスまたは清浄度を低下させたときに、経験に基づいて決めてもよい。

図９Ｂは、複数のエミッタを含む腐食したシステムコンポーネントの断面図を示す。システムコンポーネント１５は、均等に腐食しており、エミッタ３２ａから３２ｃからの蛍光信号が、実質的に同時に発生することが可能である。図９Ｃは、複数のエミッタを含む腐食したシステムコンポーネントの断面図を示す。システムコンポーネント１５が、プラズマ処理中に、不均一にエッチングした場合、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、前記腐食の程度に関する情報に加えて、空間的な腐食情報を与えることが可能である。

代替の実施形態において、蛍光エミッタは、保護バリアを、少なくとも１つのエミッタを含むシステムコンポーネントの表面に付着させることによって、システムコンポーネントに一体化することができる。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であってよい。保護バリアは、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とすることができる。例えば、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を備える保護バリアは、セラミックスプレー被覆技術分野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備える。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備えることができる。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つを備えることができる。前記保護バリアの厚さは、例えば、０．５ミクロンから５００ミクロン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を備えることができる。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の状態を判断するのに利用することができる。

図１０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１０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とすることができる。保護バリア層６６は、腐食を低減するために、エミッタ２８及びシステムコンポーネント６１上に付着されている。プラズマ処理中のエミッタ２８からの蛍光放射の変化は、保護バリア層６６の腐食を示すことができる。

図１１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１１に示す実施形態において、システムコンポーネント１５は、例えば、リング、シールド、電極、バッフルまたはライナとすることができる。保護バリア層６８は、腐食を低減するために、エミッタ３２及びシステムコンポーネント１５上に付着されている。プラズマ処理中のエミッタ３２からの蛍光放射は、保護バリア層６８の腐食を示すことができる。

システムコンポーネントの状態は、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モニタリングする光放射分光法（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、特定のしきい値を超える場合（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、上記処理を継続または停止することができる。

図１２は、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。ステップ１００において、処理が開始する。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エミッタからの特徴のある光放射について分析される。前記エミッタからの特徴のある光放射がしきい値を超えている場合には、ステップ１０６において、前記処理を続行するか、ステップ１０８で前記処理を停止するかの判断がなされる。

ステップ１０６における、上記処理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等に腐食しているか、およびそれによって、前記腐食の程度に加えて、空間的な腐食情報を与えることができるかを表わすことができる。

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の腐食をモニタリングする新たな現場での方法をもたらす。消耗するシステムコンポーネントの消耗は、前記プラズマ処理システムの分解を要することなく、プラズマ処理中にモニタリングすることができる。前記方法は、消耗するコンポーネントの遅れたまたは時期尚早の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の腐食による、処理仕様を外れた処理状態を避けることができる。

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。 複数のエミッタを含む、腐食したシステムコンポーネントの平面図である。 図２Ｃ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３Ａのシステムコンポーネントの断面図である。 腐食したシステムコンポーネントの平面図である。 図３Ｃ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。 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。 腐食したシステムコンポーネントの平面図である。 図５Ｃ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。 複数のエミッタを含む、腐食した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、腐食した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断面図である。 １つのエミッタを含む、腐食した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。 複数のエミッタを含む、腐食した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、腐食したシステムコンポーネントの断面図である。 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。 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。 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 (46)

1. プラズマ処理システムのシステムコンポーネントの腐食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の腐食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。
2. 前記蛍光放射は、前記システムコンポーネントの腐食の量に関連する請求項１に記載の方法。
3. 前記システムコンポーネントは、消耗するパーツを備えている請求項１に記載の方法。
4. 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。
5. 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。
6. 前記エミッタは、プラズマ中で生成された励起ガス活性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。
7. 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。
8. 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しきい値を超えたかを判断することをさらに備えている請求項７に記載の方法。
9. 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７に記載の方法。
10. 前記モニタリングすることは、前記コンポーネントを交換する必要があるか、および前記判断に基づいて、前記処理を続行するかまたは前記処理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７に記載の方法。
11. プラズマ処理システムのシステムコンポーネントの状態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の腐食レベルを判断することとを含んでいる方法。
12. プラズマ処理チャンバと、
    処理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の腐食レベル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。
13. 前記システムコンポーネントは、消耗するパーツを備えている請求項１２に記載のシステム。
14. 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１２に記載のシステム。
15. 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１２に記載のシステム。
16. 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１２に記載のシステム。
17. 前記エミッタは、プラズマ中で生成された励起ガス活性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１２に記載のシステム。
18. 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１７に記載のシステム。
19. 前記エミッタは、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：ＥｕＴｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ａｌ、ＺｎＳ：ＣｕＡｌ、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｃｅ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｕ、ＺｎＳ：Ｃｌ、ＺｎＳ：ＡｇＡｕ、ＺｎＳ：ＡｇＣｌ、ＺｎＳ：ＡｕＣｌ、及びＺｎＳ：ＡｇＡｕＣｌのうちの少なくとも１つを含んでいる請求項１２に記載のシステム。
20. 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１２に記載のシステム。
21. 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１２に記載のシステム。
22. 前記保護バリアは、透明である請求項２０に記載のシステム。
23. 前記プラズマ源は、誘導コイルを備えている請求項１２に記載のシステム。
24. 前記プラズマ源は、プレート電極を備えている請求項１２に記載のシステム。
25. 前記プラズマ源は、ＥＣＲ源を備えている請求項１２に記載のシステム。
26. 前記プラズマ源は、ヘリコン波源を備えている請求項１２に記載のシステム。
27. 前記プラズマ源は、表面波源を備えている請求項１２に記載のシステム。
28. プラズマ処理チャンバと、
    処理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の腐食レベル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、前記蛍光放射の強度レベルがしきい値を超えているかを判断し、前記システムコンポーネントを交換する必要があるかを判断し、かつ前記判断に基づいて、処理を続行するか、あるいは前記処理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。
29. 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、プラズマにさらされたとき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の腐食レベルを判断し、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交換を必要とすると判断するようにモニタリングされる、モニタリング可能で消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
30. 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、又はライナを備えている請求項２９に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
31. 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２９に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
32. 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２９に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
33. 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２９に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
34. 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２９に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
35. 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２９に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
36. 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２９に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
37. 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２９に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
38. 前記エミッタは、プラズマ中で生成された励起ガス活性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２９に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
39. 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２９に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
40. 前記エミッタは、リン光体物質を含んでいる請求項２９に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
41. 前記エミッタは、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：ＥｕＴｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ａｌ、ＺｎＳ：ＣｕＡｌ、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｃｅ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｕ、ＺｎＳ：Ｃｌ、ＺｎＳ：ＡｇＡｕ、ＺｎＳ：ＡｇＣｌ、ＺｎＳ：ＡｕＣｌ、及びＺｎＳ：ＡｇＡｕＣｌのうちの少なくとも１つを含んでいる請求項２９に記載の消耗するシステムコンポーネント。
42. 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２９に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
43. 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４２に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
44. 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４２に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
45. 前記保護バリアは、プラズマ中で生成された励起ガス活性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４２に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。
46. 前記保護バリアは、透明である請求項４２に記載の消耗するプラズマ処理システムに使用されるパーツ。

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