KR200495963Y1 - 부품 마모 표시자를 갖는 챔버 컴포넌트 및 부품 마모를 검출하기 위한 시스템 - Google Patents

부품 마모 표시자를 갖는 챔버 컴포넌트 및 부품 마모를 검출하기 위한 시스템 Download PDF

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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

본 고안은 일반적으로, 식각 또는 다른 플라즈마 프로세싱 챔버의 부식된 챔버 컴포넌트를 식별하기 위한 방법 및 부품 마모 표시자에 관한 것이다. 일 실시예에서, 챔버 컴포넌트는 부품 마모 표시자를 갖는다. 챔버 컴포넌트는 바디를 갖는다. 바디는 최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는다. 부품 마모 표시자 재료는 챔버 컴포넌트 바디 내에 배치된다. 부품 마모 표시자는 바디를 갖는다. 부품 마모 표시자의 바디는 투명한 제 1 층을 갖는다. 제 2 층은 내부에 배치된 트레이서 재료를 갖고, 제 1 층은 제 2 층보다 최상부 표면에 더 가깝다.

Description

부품 마모 표시자를 갖는 챔버 컴포넌트 및 부품 마모를 검출하기 위한 시스템{CHAMBER COMPONENT HAVING A PART WEAR INDICATOR AND SYSTEM FOR DETECTING PART WEAR}
[0001] 본 고안의 실시예들은 일반적으로, 부품 마모 표시자(part wear indicator)를 갖는 챔버 컴포넌트, 및 식각 또는 다른 플라즈마 프로세싱 챔버의 마모된 챔버 컴포넌트들을 식별하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
[0002] 반도체 프로세싱 챔버들에서, 기판들은 증착, 식각 및 어닐링과 같은 다양한 프로세스들을 겪는다. 프로세스들 중 일부 동안, 기판은 프로세싱을 위해 정전 척(ESC)과 같은 기판 지지부 상에 위치된다. 식각 프로세싱 챔버에서 수행되는 식각 프로세스에서, 기판에 의해 커버되지 않는, 기판 지지부의 영역들의 부식을 방지하기 위해, 에지 링과 같은 챔버 컴포넌트들이 기판 둘레에 위치될 수 있다. 에지 링은 플라즈마를 포커싱하고 기판을 제 위치에 포지셔닝한다.
[0003] 식각 및 다른 다양한 타입들의 프로세싱 챔버들에서 사용되는 많은 챔버 컴포넌트들은 종종 공격적인 에이전트들, 예컨대 플라즈마 또는 산(acid)들에 의해 공격받으며, 이에 의해 부식된다. 이러한 챔버 컴포넌트들은 예컨대 링들, 라이너들, ESC들, 가스 분배 플레이트들, 샤워헤드들 등을 포함할 수 있다. 챔버 컴포넌트들의 열화를 감소시키고 이로써 챔버 컴포넌트들의 서비스 수명을 연장하기 위해, 다양한 타입들의 코팅들이 사용될 수 있다. 챔버 컴포넌트들의 표면의 부식으로 인해, 코팅이 소모될 것이며, 궁극적으로 챔버 컴포넌트들은 리퍼비시(refurbish)될 필요가 있을 것이다. 챔버 컴포넌트들의 부식은 프로세스 드리프트(process drift) 및 결함들을 초래한다. 예컨대, 충분한 재료가 링으로부터 제거된 후에, 프로세싱 플라즈마의 프로파일이 기판의 에지를 따라 변화되어, 프로세스 드리프트 및 일부 경우에서는 기판 결함들이 초래된다. 프로세스 순응성(process conformity)을 보장하고 제조 결함들이 프로세싱 수율들에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해, 챔버 컴포넌트들은 일반적으로, 프로세스 드리프트를 생성하는 지점까지 부식되기 전에 교체된다. PM(preventative maintenance) 기법들은 챔버 컴포넌트를 교체할 타이밍을 지시한다. PM은 제조 프로세스 장비가 셧다운될 것을 요구하는데, 이는 고비용이다. 부가적으로, 과도하게 초기의 PM으로 인한 최적화되지 않은 챔버 유지보수는 예비 부품들의 너무 이른 교체 및 제조 시간의 손실을 초래할 뿐만 아니라, 너무 늦은 PM은 기판 결함들 및 챔버 오염을 초래한다. 기판 프로세서들은, 결함들이 생성되기 전에 링들을 교체하기 위해 제조 프로세스를 셧다운시키는 것과, 링의 서비스 수명을 상당히 감소시키고 제조 수율들을 낮추는 것 사이의 트레이드오프를 밸런싱해야 한다. 적절한 PM 인터벌을 결정하는 것은, 챔버 컴포넌트가 부식에 의해 영향을 받은 양을 결정하는 것의 어려움 때문에 더 복잡해진다.
[0004] 따라서, 챔버 컴포넌트 서비스 수명의 검출을 개선할 필요성이 있다.
[0005] 본 고안은 일반적으로, 식각 또는 다른 플라즈마 프로세싱 챔버의 부식된 챔버 컴포넌트를 식별하기 위한 방법 및 부품 마모 표시자에 관한 것이다. 일 실시예에서, 챔버 컴포넌트는 부품 마모 표시자를 갖는다. 챔버 컴포넌트는 바디를 갖는다. 바디는 최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는다. 부품 마모 표시자 재료는 챔버 컴포넌트 바디 내에 배치된다. 부품 마모 표시자는 바디를 갖는다. 부품 마모 표시자의 바디는 투명한 제 1 층을 갖는다. 제 2 층은 내부에 배치된 트레이서 재료(tracer material)를 갖고, 제 1 층은 제 2 층보다 최상부 표면에 더 가깝다.
[0006] 본 고안의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 고안의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 본 고안의 단지 전형적인 실시예들을 도시하는 것이므로 본 고안의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 주목되어야 하는데, 이는 본 고안이 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있기 때문이다.
[0007] 도 1은 부품 마모 표시자가 피팅되는 챔버 컴포넌트들을 갖는 프로세싱 챔버의 개략적 단면도이다.
[0008] 도 2a 내지 도 2c는 실시예에 따른 부품 마모 표시자를 갖는 링 어셈블리의 일부분을 예시하는, 도 1의 프로세싱 챔버의 부분 평면도들이다.
[0009] 도 3은 부품 마모 표시자의 측면 평면도를 예시한다.
[0010] 도 4는 다양한 컬러 혼합 방식을 갖는 인광성 UCM(up-converting material)들을 이용하여 부품 마모 표시자들을 고유하게 식별하기 위한 컬러 차트를 예시한다.
[0011] 도 5는 챔버 컴포넌트의 마모를 결정하기 위한 방법을 예시한다.
[0012] 이해를 촉진시키기 위해, 도면들에 대해 공통적인 동일한 엘리먼트들을 가리키기 위해 가능한 경우 동일한 도면부호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 피처(feature)들이 추가의 언급없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 예상된다.
[0013] 반도체 제조를 위해 사용되는 프로세싱 챔버에서, 에지 링들은 기판을 둘러싸는 프로세스 키트의 부분으로서 사용된다. 기판은 페디스털 또는 정전 척의 최상부 상에 놓이며, 페디스털 또는 정전 척은 일반적으로 에지 링을 로케이팅하기 위한 스텝(step) 또는 다른 피처를 갖는다. 에지 링은, 프로세싱 챔버 내의 기판에 대한 프로세스 성능을 제어하고, 프로세싱 동안 활용되는 에천트(etchant)들로부터 페디스털 및/또는 정전 척을 보호하는 데 사용된다. 에지 링의 열화 또는 부식을 모니터링하는 것은, 에지 링이 최적의 시간에 교체되도록 허용하여, 프로세싱 성능이 규격으로부터 드리프트되는 것을 방지하게 한다. 에지 링 부식을 모니터링하는 현대의 방법들은 경험적으로 결정된다. 아래에 개시되는 실시예들은, 프로세스 드리프트가 허용가능한 임계치들을 초과하는 것을 제한하거나 방지하기 위한, 시간(RF 시간들)이 지남에 따른 에지 링 부식의 액티브 또는 인-시튜(in-situ) 모니터링을 제공한다. 이는, 반도체 제조자들이, 스케줄링된 PM(preventative maintenance)을 정확히 구현하고 성능을 희생하지 않으면서 챔버들 내의 프로세스 키트들의 수명을 최적화하는 것을 가능하게 한다. 예시적인 에지 링에서 활용되는 것으로 설명되지만, 에지 링은 라이너들, 다른 타입들의 링, 가스 분배 플레이트, 샤워헤드들 등과 같은 임의의 다른 챔버 컴포넌트를 대표하며, 부품 마모 표시자는 아래에서 에지 링을 참조하여 설명되는 바와 같이 임의의 챔버 컴포넌트의 바디에 정확하게 설치될 수 있다.
[0014] 부품 마모 표시자는, 챔버 컴포넌트의 바디에 제공될 때, 챔버 오퍼레이터들에 의한 적시의 컴포넌트 교체의 결정을 가능하게 하고, 그에 따라, 예측적 PM(preventive maintenance) 기법들에 기반하는 종래의 부품 교체 스케줄들과 달리 챔버의 최적화된 성능을 가능하게 한다. 따라서, 부품 마모 표시자는, 챔버 컴포넌트의 너무 이른 PM 및 교체를 방지하여 챔버 유지보수 스케줄들을 최적화함으로써, 챔버 오퍼레이터에게 높은 가치를 제공한다. 부가적으로, 부품 마모 표시자는 늦은 PM을 방지하고, 그에 따라, 기판 결함들의 바람직하지 않은 증가들 및 열등한 제품 수율들을 방지한다.
[0015] 부품 마모 표시자는 일반적으로, 프로세싱 환경에 노출되는 다층 막의 표면 아래에 미리 정의된 깊이로 배치되는 트레이서 재료의 층을 갖는 다층 막을 포함한다. 일 실시예에서, 트레이서 재료의 층은 인광성 UCM(up-converting material)으로 이루어지며, 인광성 UCM은 980 nm 레이저와 같은 IR(infra-red) 방사에 의해 여기가능(excitable)하고, UCM의 선택에 따라 청색 내지 적색의 가시 스펙트럼에 걸친 범위에서 상이한 컬러들의 가시 광을 방출한다. UCM으로부터 방출되는 가시 광을 모니터링함으로써, 챔버 컴포넌트가 마모되었고 교체될 필요가 있다는 표시가 정확하게 결정될 수 있다. 따라서, UCM으로부터 방출된 광의 검출에 대한 응답으로 PM이 최적으로 수행되고, 이로써, 너무 이른 챔버 컴포넌트 체인지-아웃(change-out) 및 불필요한 프로세싱 챔버 다운타임(downtime)을 방지할 수 있다.
[0016] 도 1은 부품 마모 표시자가 피팅되는 챔버 컴포넌트들을 갖는 프로세싱 챔버(100)의 개략적 단면도이다. 여기서 상세하게 논의되지 않지만, 부품 마모 표시자는, 식각 챔버의 환경과 같은 부식성 환경들에 배치되는 챔버 컴포넌트들에 피팅될 수 있다. 프로세싱 챔버(100)는 단독으로, 또는 집적 반도체 기판 프로세싱 시스템의 프로세싱 모듈, 또는 클러스터 툴로서 활용될 수 있다.
[0017] 프로세싱 챔버(100)는 접지(129)에 커플링되는 챔버 바디(128)를 갖는다. 프로세싱 챔버(100)의 챔버 바디(128)는 측벽들(103), 리드(lid)(184) 및 최하부 표면(109)을 갖는다. 측벽들(103), 리드(184) 및 최하부 표면(109)은 내부 볼륨(116)을 정의한다. 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(116)은, 스로틀 밸브(도시되지 않음)를 통해 진공 펌프(134)에 커플링되는 고진공 베셀이다. 동작에서, 기판(144)은, 내부에서의 프로세싱을 위해 거의 진공 환경까지 펌핑 다운되는 내부 볼륨(116)에 배치된 기판 지지부(115) 상에 위치된다.
[0018] 샤워헤드(120)는 리드(184) 가까이 그리고 내부 볼륨(116) 내에 배치될 수 있다. 하나 또는 그 초과의 가스들이 가스 패널(160)로부터 샤워헤드(120)를 통해 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(116) 내로 유입된다. 샤워헤드(120)는 매칭 네트워크(124)를 통해 RF 전력원(132)에 커플링될 수 있다. RF 전력원(132)으로부터의 전력을 샤워헤드(120)에 인가함으로써, 샤워헤드(120)로부터의 가스는 내부 볼륨(116) 내에서 플라즈마(118)로 점화될 수 있다. 플라즈마(118)는 내부 볼륨(116) 내에 부식성 환경을 생성할 수 있다. 플라즈마(118)는 프로세싱 동안 기판(144)에 피처를 식각하는 데 사용되고, 그 후에 진공 펌프(134)를 통해 프로세싱 챔버(100) 밖으로 펌핑될 수 있다. 내부 볼륨에서 플라즈마(118)에 노출된 챔버 컴포넌트들은 마찬가지로 부식성 환경에 의해 부식될 수 있다.
[0019] 기판 지지부(115)는, 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(116)으로 다양한 가스들을 공급하는 데 사용되는 샤워헤드(120) 아래에 배치된다. 기판 지지부(115)는 일반적으로, 정전 척(ESC)(102), 커버 링(104) 및 에지 링(105)을 갖는 링 어셈블리(170), ESC(102) 상에 배치된 기판(144)을 전기적으로 바이어싱하기 위한 캐소드(106), 절연체 파이프(108), 페디스털 절연체(110), 및 페디스털 지지부(112)를 포함한다.
[0020] 절연체 파이프(108) 및 페디스털 절연체(110)는, 챔버 벽들 및 기판 지지부(115)를, ESC(102)에 인가되는 전기적 바이어스로부터 각각 전기 절연하는 기능을 한다. 기판 지지부(115)는 DC 전력 공급부(152)에 의해 바이어싱될 수 있다. RF 전력원(126)은 선택적으로, 매칭 네트워크(122)를 통해 기판 지지부(115)에 커플링될 수 있다.
[0021] 커버 링(104)은, 에지 링(105) 및 절연체 파이프(108) 상에 놓이는 단일 피스 링일 수 있다. 기판(144)은 기판 지지부(115) 상에 위치될 때, ESC(102) 상에 놓이고, 에지 링(105) 및 커버 링(104)에 의해 둘러싸인다. 에지 링(105) 및 커버 링(104)이 또한, 플라즈마를 포커싱하기 때문에, 에지 링(105) 및 커버 링(104)은 일반적으로, 실리콘 또는 석영으로 제조되고, 프로세싱 동안 소모된다. 일 실시예에서, 커버 링(104)은 석영 재료로 형성된다. 에지 링(105)은 실리콘 함유 재료로 형성된 컴포넌트 바디(190)를 갖는다. 플라즈마 식각 챔버들에서, 커버 링(104) 및 에지 링(105)은 플라즈마에 의한 부식으로부터 ESC(102)를 보호할 뿐만 아니라, 프로세싱 동안 기판(144)의 에지 인근의 플라즈마의 분포를 제어한다. 커버 링(104), 에지 링(105) 또는 다른 원하는 챔버 컴포넌트의 부식으로 인한 프로세스 드리프트 및 감소되는 프로세스 수율을 방지하기 위해, 프로세싱 챔버(100) 내에 배치된 에지 링(105) 및/또는 다른 챔버 컴포넌트 중 하나 또는 그 초과는 에지 링(105)의 마모를 모니터링하기 위한 부품 마모 표시자를 포함한다.
[0022] 부품 마모 표시자는, 프로세싱 환경에 노출되는 챔버 컴포넌트에 존재할 때, 아래에서 설명되는 대표 예에서 예시되는 바와 같이 열화에 대한 챔버 컴포넌트의 상태(예컨대, 수명)가 모니터링되는 것을 가능하게 한다.
[0023] 도 2a 내지 도 2c는 부품 마모 표시자(290)를 갖는 링 어셈블리(170)의 일부분을 예시하는, 도 1의 프로세싱 챔버(100)의 부분 평면도들이다. 링 어셈블리에 관한 부품 마모 표시자(290)의 논의가 다른 챔버 컴포넌트들에 동일하게 적절하며, 마모 표시자(290)는, 다른 링들, 라이너들, ESC들, 가스 분배 플레이트들, 샤워헤드들, 또는 프로세싱 챔버(100)의 내부 환경에 노출되는 다른 챔버 컴포넌트 중 임의의 것을 포함하는 바디들 내에서 활용될 수 있다는 것이 인지되어야 한다.
[0024] 먼저 도 2a를 참조하면, ESC(102) 위에 수직으로 배치되는 샤워헤드(120)의 일부분이 도시된다. ESC(102)는 내부에 배치된 부품 마모 표시자(290)를 포함하는 에지 링(105)의 일 실시예 및 커버 링(104)을 갖는다.
[0025] 에지 링(105)의 컴포넌트 바디(190)는 프로세싱 챔버(100)의 플라즈마 환경에 노출되는 최상부 표면(201)을 갖는다. 에지 링(105)의 컴포넌트 바디(190)는 최하부 표면(206)을 갖는다. 에지 링(105)의 최하부 표면(206)은 ESC(102) 상에 배치된다.
[0026] 부품 마모 표시자(290)는 컴포넌트 바디(190)에 임베딩된다. 예컨대, 부품 마모 표시자(290)는, 아래에서 설명되는 방식으로 플라즈마에 의한 에지 링(105)에 대한 마모 또는 부식을 표시하기에 적절한, 재료의 핀(205) 또는 플러그, 재료의 층, 또는 컴포넌트 바디(190)에 임베딩되는 다른 재료일 수 있다. 부품 마모 표시자(290)는 적어도, 컴포넌트 바디(190)를 포함하는 재료와 상이한 재료로 형성될 수 있다. 부품 마모 표시자(290)를 포함한 적어도 하나의 재료는 여기 에너지(excitation energy)에 대한 노출 시에 검출가능하다. 예컨대, 부품 마모 표시자(290)의 여기가능한 재료는, 챔버 컴포넌트에 대한 마모를 식별하기 위해 여기될 때, 컴포넌트 바디(190)와는 상이한 광을 방출할 수 있다.
[0027] 도 2a 내지 도 2c의 실시예에서, 부품 마모 표시자(290)는 에지 링(105)에 배치된 핀(205)을 참조하여 논의될 것이다. 여전히 고유하게 식별가능한 부품 마모 표시자(290)와 실질적으로 유사한 제 2 부품 마모 표시자가 라이너들, 샤워헤드들, 또는 커버 링(104)과 같은 다른 챔버 컴포넌트들에 추가로 배치됨으로써, 다수의 챔버 컴포넌트들의 개별적이면서 동시적인 모니터링을 가능하게 하며, 이는 유리하게, 다른 챔버 컴포넌트들과 독립적으로 각각의 개별 챔버 컴포넌트에 대한 신호들의 식별을 가능하게 할 수 있다는 것이 인지되어야 한다. 핀(205)의 예에서, 부품 마모 표시자(290)의 구성/레이아웃은 도 3을 참조하여 아래에서 추가로 논의될 것이다. 핀(205)은 에지 링(105)의 최상부 표면(201)에 가장 가까이 배치되는 (선택적으로 아래로 이격될 수 있는) 상부 표면(251)을 갖는다. 마찬가지로, 핀(205)은 에지 링(105)의 최하부 표면(206)에 가장 가까이 배치되는 하부 표면(256)을 갖는다. 핀(205)의 하부 표면(256)은, 에지 링(105)의 최하부 표면(206)이 핀(205)의 하부 표면(256)과 실질적으로 동일 평면 상에 있도록, 에지 링(105)의 최하부 표면(206)까지 연장될 수 있다. 대안적으로, 핀(205)의 하부 표면(256)은 에지 링(105)의 최상부 표면(201)과 최하부 표면(206) 사이에 배치될 수 있다. 일 예에서, 바디(190)의 재료는 핀(205)의 상부 표면(251)을 커버할 수 있다. 일 실시예에서, 핀(205)은 에지 링(105)에 의해 완전히 캡슐화된다. 이러한 실시예에서, 핀(205)은 에지 링(105)의 어셈블리 또는 제조 동안 에지 링(105) 내부에 형성될 수 있다. 제 2 실시예에서, 핀(205)의 하부 표면(256)은 에지 링(105)의 최하부 표면(206)의 개구를 따라 또는 개구를 통해 액세스가능하다. 다른 실시예들에서, 부품 마모 표시자(290)는 에지 링(105)의 컴포넌트 바디(190) 내에 배치된 재료의 환형 층일 수 있다.
[0028] 핀(205)은, 에지 링(105)의 최상부 표면(201)으로부터 미리 결정된 깊이로 포지셔닝되는, 에지 링(105)의 컴포넌트 바디(190)의 재료와는 상이한 재료의 층을 가지며, 이러한 재료의 층은, 위에 놓인 부분인 최상부 표면(201)의 부식이 제거되어 핀(205)이 노출됨에 따라 노출 및 검출될 것이다. 예컨대, 핀(205) 또는 부품 마모 표시자(290)는 석영으로 형성되고, 내부에 임베딩된 UCM(up-converting material) 층을 가질 수 있는 한편, 에지 링(105)은 SiC와 같은 실리콘 함유 재료로 형성된다. 업-컨버전(up-conversion)은, 2개 또는 그 초과의 광자들의 순차적 흡수가, 여기 파장보다 더 짧은 파장의 광의 방출을 유발하는 프로세스이다. 일 예는, 가시 광으로의 적외선 광의 컨버전이다. 업-컨버전이 발생할 수 있는 재료들은 종종 Ln3+, Ti2+, Ni2+, Mo3+, Re4+, Os4+ 등과 같은 이온들을 포함한다.
[0029] 에너지원(230)은 프로세싱 챔버의 내부 볼륨(116)에 배치될 수 있는데, 이를테면, 에지 링(105) 위의 샤워헤드(120)에 부착된다. 센서(280)는 프로세싱 챔버의 내부 볼륨(116)에 포지셔닝될 수 있는데, 이를테면, 에지 링(105) 위의 샤워헤드(120)에 부착된다. 대안적으로, 에너지원(230) 또는 센서(280)는, 부품 마모 표시자(290)의 노출 시에, 부품 마모 표시자(290)와의 상호작용을 가능하게 하는, 챔버(100) 외측의 위치에 포지셔닝될 수 있다. 일 실시예에서, 에너지원(230)은 980 nm IR 레이저와 같은 레이저, 또는 다른 적절한 전자기 에너지원이다. 에너지원(230)은, 센서(280)에 의해 검출가능한 광 주파수들을 방출하도록 부품 마모 표시자(290)의 UCM(up-converting material)을 여기시키는 전자기 방사를 방출할 수 있다. 예컨대, 에지 링(105)은 석영으로 형성되고, 그리고 녹색-광 방출 UCM 층을 포함하는 부품 마모 표시자(290)를 가질 수 있다. 센서(280)는 내부 볼륨(116)에서 검출되는 녹색 광과 같은 규정된 주파수들의 광의 존재를 검출 및 리포팅하기에 적절한 광학 센서일 수 있다.
[0030] 센서(280)는 광학 또는 전기 송신 라인(231)을 통해 제어기(180)에 커플링될 수 있다. 센서(280)는 플라즈마의 부재 시에, 즉, 기판(144)의 프로세싱이 발생하지 않는 동안 동작하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 센서(280)가 프로세싱 챔버(100) 외측에 배치되어, 윈도우를 통해 에지 링(105)을 볼 수 있다. 또 다른 대안들에서, 에너지원(230)은 플라즈마로부터의 잡음을 실질적으로 제거(또는 필터링)하기 위해 센서(280)와 타이밍된 펄스를 사용할 수 있다.
[0031] 프로세싱 동안, 에지 링(105)은 플라즈마에 의해 부식된다. 도 2b는 에지 링(105)의 최상부 표면(201)을 따르는 부식(211)을 예시한다. 부식(211)은 에지 링(105)에 트로프(trough)(210)를 형성하기 시작한다. 플라즈마가 핀(205) 위의 에지 링(105) 재료의 양을 시닝(thin)하는 동안, 에너지원(230)은 에너지를 핀(205)에 지향시킬 수 있다.
[0032] 도 2c에서, 최상부 표면(201)의 부식(211)은, 트로프(210)가 이제 핀(205)의 상부 표면(251)을 충분히 노출시키는 개구(220)가 되는 지점까지 진행되었다. 핀(205)의 상부 표면(251)이 노출되기 시작함에 따라, 에너지원(230)으로부터의 에너지는 투명한 호스트 재료를 관통하고 UCM(up-converting material)과 상호작용하여, 에지 링(105)의 마모 또는 부식을 표시하는 주파수 대역들 내의, 센서(280)에 의해 검출가능한 광을 방출할 수 있다.
[0033] 도 3은 본 고안의 실시예에 따른, 부품 마모 표시자(290)의 측면 평면도를 예시한다. 부품 마모 표시자(290)는 표시자 바디(310)를 가질 수 있다. 표시자 바디(310)는 최상부 표면(312) 및 최하부 표면(314)을 가질 수 있다. 표시자 바디(310)는 부가적으로, 재료의 하나 또는 그 초과의 층들로 형성될 수 있다. 예컨대, 부품 마모 표시자(290)의 표시자 바디(310)는 최상부 표면(312)에 인접한 제 1 층(302)을 가질 수 있다. 제 2 층(306)은 최상부 표면(312)에 대향하는 제 1 층(302) 아래에 배치될 수 있다. 제 2 층(306)은 내부에 임베딩된 트레이서 재료(300)를 포함할 수 있다. 제 2 층(306)은 제 1 시트(362) 및 제 2 시트(364)로 형성될 수 있다. 대안적으로, 제 2 층(306)은 단일 재료로 형성될 수 있으며, 제조 동안 트레이서 재료(300)가 내부에 증착된다. 트레이서 재료(300)는 임의의 적절한 방식으로 에폭시에 혼합되거나, 인쇄되거나, 또는 증착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 최하부 표면(314)은 제 2 층(306)의 부분이며, 제 1 층(302)의 반대 측 상에 포지셔닝된다. 선택적으로, 표시자 바디(310)는 재료의 제 3 층(304)을 가질 수 있다. 제 2 층(306)은 제 3 층(304) 상에 배치된다. 표시자 바디(310)가 제 3 층(304)을 갖는 실시예들에서, 최하부 표면(314)은 제 3 층(304)의 부분이며, 제 2 층(306)의 반대 측 상에 포지셔닝된다.
[0034] 표시자 바디(310)는 선택적으로, 내부에 렌즈(380)를 포함할 수 있다. 렌즈(380)는 에너지원(390)으로부터의 에너지(392)를 포커싱하거나 재지향시키도록 구성될 수 있다. 렌즈(380)는 에너지(392)를 트레이서 재료(300)에 재지향시키기 위한 각도(382)로 배향될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 렌즈(380)는 트레이서 재료(300)에 의해 업 컨버팅된 에너지를 프로세싱 챔버의 센서를 향해 지향시킬 수 있다. 렌즈(380)는 폴리싱 또는 프린팅에 의해 형성되거나 또는 제조 동안 표시자 바디(310) 내에 개별적으로 위치될 수 있다. 렌즈(380)는 유익하게, 에너지를 부품 마모 표시자들(290)로부터 센서로 재지향시킴으로써, 센서가 에너지(392)를 용이하게 검출하게 한다. 따라서, 렌즈(380)가 에너지(392)를 다수의 부품 마모 표시자들(290)로부터, 센서에게 가시적인 위치로 지향시킴으로써, 센서들의 수가 최소화될 수 있다.
[0035] 트레이서 재료(300)로부터 직접적으로 프로세싱 챔버(100)의 내부 볼륨(116)으로의 입자들의 노출에 의한 오염, 입자들 및 결함들의 발생을 회피하기 위해, 내부에 배치된 부품 마모 표시자(290), 또는 부품 마모 표시자(290)의 표시자 바디(310)의 제 1 층(302)을 갖는 챔버 컴포넌트는, 투명한 재료, 이를테면, 석영(SiO2), 사파이어, 다이아몬드, 지르코니아, 알루미늄 산질화물, 또는 트레이서 재료(300)에 지향된 여기 에너지에 대해 적절하게 투명한 다른 재료로 형성될 수 있다. 트레이서 재료(300)는 전자기 에너지에 의해 여기가능하며, 트레이서 재료(300)의 조성에 따라 특정 주파수로 에너지를 방사한다. 일 실시예에서, 트레이서 재료(300)는, IR(infra-red) 방사에 의해 여기되고, 선택된 UCM(up converting material)에 대응하는 주파수들로 광을 방출하는 UCM일 수 있다. 트레이서 재료(300)는 다음의 UCM들: NaY1.54Yb0.40Er0.06F5O (적색 방출), NaY0.77Yb0.20Er0.03F4 (녹색 방출), NaY0.77Yb0.20Tm0.03F4 (청색 방출) 중 하나 또는 그 초과로 형성될 수 있다. 그러나, 란타나이드-도핑 나노입자들, CdSe, PbS 및 PbSe와 같은 다른 나노입자들이 UCM으로서 사용될 수 있다는 것이 인지되어야 한다. 또 다른 대안들에서, 트레이서 재료들(300)은 인광체 또는 다른 적절한 재료일 수 있다.
[0036] 이러한 트레이서 재료들(300)은, UCM을 사용할 때, 대략 5 μm 입자 사이즈의 (통상의 실내 조명에서) 백색 파우더들로서 전달가능하다. 적색, 녹색 및 청색 방출 UCM들은 각각 대략 0.05%, 대략 10% 및 대략 0.1%의 양자 효율들을 갖는다. 적색 및 청색 방출 UCM들에 대한 양자 효율들이 낮지만, 에너지원에 의해 여기될 때 센서에 의해 검출가능한 신호에 대해 약 10 mg의 단지 소량의 트레이서 재료(300)만이 요구된다.
[0037] UCM 마이크로스코피 슬라이드 샘플들은 에폭시와 혼합된 유리/UCM(트레이서 재료(300))의 스택으로서 준비되었다. 트레이서 재료(300)를 여기시킴으로써 방출된 광은 카메라를 사용하여 용이하게 기록되었다. 제 1 샘플에서, 200 mg의 UCM 파우더가 소량의 에폭시와 혼합되어 유리 슬라이드 위에 도포되었다. 제 2 샘플에서, 20 mg의 UCM 파우더가 소량의 에폭시와 혼합되어 유리 슬라이드 위에 도포되었다. 소량의 에폭시를 갖는 컨트롤 슬라이드(control slide)가 준비되었다. 제 2 샘플은 상당히 투명하지만, 980 nm IR 레이저 방출을 UCM에 의해 지정된 파장으로 업-컨버팅하는 데 여전히 효과적이다. 그 결과들은, 부품 마모 표시자(290)의 트레이서 재료(300)가 검출가능하도록 하기 위해 약 수 mm2의 작은 영역의 패치(patch)들만이 요구된다는 것을 제시하였다. 따라서, 부품 마모 표시자(290)는, 제 2 층(306)에 임베딩되는 트레이서 재료(300)를 형성하기 위해 에폭시와 혼합된 UCM의 박막과 함께 최하부 플레이트(제 3 층(304)) 및 최상부 플레이트(제 1 층(302))를 갖는 표시자 바디(310)와 같은 박막 또는 작은 플러그에 의해 실현될 수 있다. 이러한 에폭시 접착제들은 고온 및 초고 진공 둘 모두와 호환가능하며, 트레이서 재료(300)를 형성하기에 적절하다. 테스트들은, 트레이서 재료(300)를 갖는 부품 마모 표시자(290)가 챔버 컴포넌트들의 마모를 나타내기 위해 플라즈마 프로세싱 환경에서 사용하기에 적절하다는 것을 입증한다. 대부분의 프로세스들이 이미 Si 및 O를 수반하기 때문에, 석영 이외의 재료들로 제조되는 것들을 비롯하여 많은 챔버 컴포넌트들은 유리하게, 챔버 컴포넌트들의 바디들에 부품 마모 표시자(290)를 포함할 수 있다.
[0038] 상이한 컬러들의 UCM 파우더들은 표준 컬러 혼합 방식에 따라 혼합될 수 있다. 도 4는 다양한 컬러 혼합 방식(400)을 갖는, UCM들을 가진 부품 마모 표시자들을 고유하게 식별하기 위한 컬러 차트를 예시한다. 컬러 혼합 방식(400)은 RGB(적색, 녹색, 청색) 컬러 혼합 방식 또는 CMY(시안, 마젠타, 황색) 컬러 혼합 방식일 수 있다. 제 1 방출(430)(적색 또는 마젠타), 제 2 방출(410)(청색 또는 시안) 및 제 3 방출(420)(녹색 또는 황색) 재료의 프로젝션은, 제 1 방출(430), 제 2 방출(410) 또는 제 3 방출(420) 중 2개가 오버랩하는 2차 컬러들(412, 413, 432)을 나타낸다. 제 1, 제 2 및 제 3 방출들(410, 420, 430) 3개 모두의 조합은 또 다른 제 3 방출 스펙트럼(450)의 컬러를 제공한다. 제 1, 제 2 및 제 3 방출들(410, 420, 430) 컬러 공간이 또한, 예측가능한 방출을 생성하기 위한 다른 컬러 공간들로 대체될 수 있다는 것이 인지되어야 한다. 일 실시예에서, 제 1, 제 2 및 제 3 방출들(410, 420, 430)은 RGB 컬러 공간을 사용한다. RGB 컬러 공간은 모든 종류들의 컬러들, 예컨대 적색 + 녹색 = 황색, 녹색 + 청색 = 시안, 그리고 청색 + 적색 = 마젠타를 생성하는 데 사용될 수 있다. 혼합은 혁신적 컬러 코딩을 가능하게 하고, 고유한 챔버 컴포넌트 인증을 허용한다. 예컨대, 제 1 챔버 컴포넌트는, 제 2 챔버 컴포넌트의 바디에 배치된 부품 마모 표시자(290)에서 활용되는 UCM과 동일한 조성을 공유하지 않는 UCM을 포함하는 부품 마모 표시자(290)를 가질 수 있다. 따라서, 플라즈마 환경에 노출되는 다양한 소모가능 챔버 컴포넌트들은, PM(preventative maintenance)을 요구하는 동시에, 일부 실시예들에서는 공통 에너지원(230) 및 센서(280)를 사용하는 특정 챔버 컴포넌트들을 식별하기 위해 상이한 UCM들을 혼합함으로써 고유 컬러 코딩이 할당된 부품 마모 표시자들을 가질 수 있다.
[0039] 도 5는 챔버 컴포넌트의 마모를 검출하기 위한 방법(500)을 예시한다. 방법(500)은, 챔버 컴포넌트 내에 배치된 트레이서 재료가 에너지원과 상호작용하는 것을 허용하도록 충분히, 챔버 컴포넌트의 노출된 표면으로부터 재료가 부식되는 단계(510)에서 시작된다. 방법(500)은, 에너지원으로부터의 에너지가 트레이서 재료를 여기시키는 단계(520)에서 계속된다. 방법(500)은, 여기된 트레이서 재료로부터 방출된 가시 광이 센서에 의해 검출되는 단계(530)에서 계속된다. 방출된 광은 챔버 컴포넌트의 마모를 표시한다. 방법(500)은, 마모 표시 메시지를 송출함으로써 단계(540)에서 계속된다. 마모 표시 메시지는 텍스트 메시지, 이메일 메시지, 컴퓨터 경고 메시지, 오디오 메시지(이를테면, 사운드 신호), 시각적 메시지(이를테면, 광 신호의 스위칭) 또는 다른 전자 메시지 또는 표시자일 수 있다.
[0040] 위에서 개시된 실시예들은 유리하게, 기판 결함들을 초래할 수 있는 바람직하지 않은 프로세스 드리프트를 경험하기 전에, 마모된 챔버 컴포넌트들의 식별, 및 상기 챔버 컴포넌트들에 대한 PM(preventative maintenance)을 위한 통지를 제공하기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 실시예들은 챔버 컴포넌트가 교체 되기 전에 챔버 컴포넌트의 최대한의 사용을 보장하며, 그에 따라, 고비용의 그리고 부적절한 교체들을 감소시킨다.
[0041] 전술한 사항은 본 고안의 실시예들에 관한 것이지만, 본 고안의 다른 그리고 추가적인 실시예들이 본 고안의 기본적인 범위로부터 벗어나지 않고 고안될 수 있으며, 본 고안의 범위는 후술하는 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (18)

  1. 플라즈마 프로세싱 챔버로서,
    내부 볼륨을 갖는 챔버 바디;
    상기 내부 볼륨 내에 배치된 기판 지지부;
    제 1 파장의 광을 방출하도록 구성된 에너지원 ― 상기 에너지원은 레이저임 ―;
    상기 챔버 바디의 내부 볼륨 내에 배치된 제 1 챔버 컴포넌트 ― 상기 제 1 챔버 컴포넌트는,
    최상부 표면 및 최하부 표면을 갖는 컴포넌트 바디; 및
    상기 컴포넌트 바디 내에 배치된, 표시자 바디를 갖는 부품 마모 표시자(part wear indicator);를 포함하고,
    상기 표시자 바디는,
    투명한 제 1 층; 및
    트레이서 재료(tracer material)를 포함하는 제 2 층;을 포함하고, 상기 제 1 층은 상기 제 2 층보다 상기 최상부 표면에 더 가깝고, 상기 트레이서 재료는, 상기 제 1 파장의 광에 의해 여기될 경우 제 2 파장의 광을 방출하도록 구성된 UCM(up-converting material)이고, 상기 제 2 파장은 상기 제 1 파장보다 짧음 ―;
    상기 제 1 챔버 컴포넌트로부터 상기 제 2 파장의 광을 검출하도록 구성된 센서; 및
    상기 센서에 커플링되고 상기 센서에 의해 상기 제 2 파장의 광의 검출시 마모 표시 메시지를 송출하도록 구성된 제어기;를 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 2 부품 마모 표시자를 갖는 제 2 챔버 컴포넌트를 더 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 챔버 컴포넌트 내에 배치된 상기 트레이서 재료는 상기 제 2 챔버 컴포넌트 내에 배치된 트레이서 재료와는 상이한 주파수로 에너지를 방사하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 UCM은 NaY1.54Yb0.40Er0.06F5O, NaY0.77Yb0.20Er0.03F4, 및 NaY0.77Yb0.20Tm0.03F4로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 초과의 재료들인,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 챔버 컴포넌트는 링, 샤워헤드, ESC 또는 가스 분배 플레이트인,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴포넌트 바디로부터 제 2 챔버 컴포넌트를 식별하기 위해 상이한 UCM들을 혼합함으로써 고유 컬러 코딩이 할당된 제 2 부품 마모 표시자를 갖는 제 2 챔버 컴포넌트를 더 포함하는,
    플라즈마 프로세싱 챔버.
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