(57)【要約】【課題】消耗品の寿命を判断する方法及び装置【解決手段】ガス注入システムを備えるプラズマ処理装置であって、前記ガス注入システムは、ガス注入アセンブリボディと、前記ガス注入アセンブリボディに結合された消耗できるガス注入プレートと、前記ガス注入システムボディと前記消耗できるガス注入プレートにとよって形成されたガス注入プレナムに結合された圧力センサとを備える。前記ガス注入システムは、少なくとも１つのマスフローコントローラからプロセスガスを受取り、前記プロセスガスを、前記プラズマ処理装置内の処理領域に供給するように構成されており、前記圧力センサは、前記ガス注入プレナム内のガス注入圧力を測定するように構成されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのマスフローコントローラからプロセスガスを受取るように構成されたガス注入アセンブリボディと、
前記ガス注入アセンブリボディに結合され、前記プロセスガスをプラズマ処理装置に分配する少なくとも１つのオリフィスを備える消耗できるガス注入プレートと、
前記ガス注入アセンブリボディに結合され、かつ前記ガス注入アセンブリボディと前記消耗できるガス注入プレートとによって形成されたガス注入プレナム内のガス注入圧力を測定するように構成された圧力センサと、
前記圧力センサに接続され、かつ前記ガス注入圧力の変化から前記消耗できるガス注入プレートの状態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、プラズマ処理装置のガス注入システム。
【請求項２】
前記ガス注入アセンブリボディと、前記消耗できるガス注入プレートとの間に、ガス注入プレートをさらに具備する請求項１に記載のガス注入システム。
【請求項３】
前記消耗できるガス注入プレートは、シリコン、カーボン、シリコンカーバイド、石英、アルミナ及び被覆された金属のうちの１つからできている請求項１に記載のガス注入システム。
【請求項４】
前記ガス注入圧力の前記変化は、前記プラズマ処理装置の処理圧力の変化及び前記プロセスガスの質量流量の変化のうちの少なくとも１つによって生じる請求項１に記載のガス注入システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記ガス注入圧力の変化に対する応答時間を判断し、前記応答時間を、前記消耗できるガス注入プレートの前記少なくとも１つのオリフィスが非腐蝕状態に相当する場合に相当する第１のタイムトレースの第１の時間遅延と比較する請求項１に記載のガス注入システム。
【請求項６】
前記コントローラは、前記ガス注入圧力の変化に対する応答時間を判断し、前記応答時間を、前記消耗できるガス注入プレートの前記少なくとも１つのオリフィスが腐蝕状態に相当する場合の第２のタイムトレースの第２の時間遅延と比較する請求項１に記載のガス注入システム。
【請求項７】
前記第２の時間遅延は、前記消耗できるガス注入プレートの前記少なくとも１つのオリフィスが腐蝕状態に相当する場合に相当する時間遅延よりも短い請求項６に記載のガス注入システム。
【請求項８】
前記消耗できるガス注入プレートの前記状態は、前記応答時間と前記第１の時間遅延の比較によって判断される請求項６に記載のガス注入システム。
【請求項９】
前記消耗できるガス注入プレートの前記状態は、前記第２の時間遅延が、前記消耗できるガス注入プレートの前記少なくとも１つのオリフィスが非腐蝕状態に相当する場合に相当する第１の時間遅延の２５％から７５％の範囲にあるときの部分的な腐蝕状態を含んでいる請求項６に記載のガス注入システム。
【請求項１０】
前記消耗できるガス注入プレートの前記状態は、前記第２の時間遅延が、前記消耗できるガス注入プレートの前記少なくとも１つのオリフィスが腐蝕状態に相当する場合に相当する第１の時間遅延の２５％より短いときの完全な腐蝕状態を含んでいる請求項６に記載のガス注入システム。
【請求項１１】
プラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバに結合され、少なくとも１つのマスフローコントローラからプロセスガスを受取るように構成されたガス注入アセンブリボディ、並びに前記ガス注入アセンブリボディに結合され、前記プロセスガスを前記プラズマ処理チャンバに分配する少なくとも１つのオリフィスを有する消耗できるガス注入プレートを備えるガス注入システムと、
前記ガス注入アセンブリボディに結合され、前記ガス注入アセンブリボディと前記消耗できるガス注入プレートとによって形成されたガス注入プレナム内のガス注入圧力を測定するように構成された圧力センサを備える診断装置と、
前記圧力センサに接続され、かつ前記ガス注入圧力の変化から前記消耗できるガス注入プレートの状態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装置。
【請求項１２】
前記ガス注入アセンブリボディと前記消耗できるガス注入プレートとの間に、ガス注入プレートをさらに具備する請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
前記消耗できるガス注入プレートは、シリコン、カーボン、シリコンカーバイド、石英及び被覆された金属のうちの１つからできている請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１４】
前記ガス注入圧力の前記変化は、前記プラズマ処理チャンバの処理圧力の変化及び前記プロセスガスの質量流量の変化のうちの少なくとも１つによって生じる請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１５】
前記コントローラは、前記ガス注入圧力の変化に対する応答時間を判断し、前記応答時間を、前記消耗できるガス注入プレートの前記少なくとも１つのオリフィスが非腐蝕状態に相当する場合に相当する第１のタイムトレースの第１の時間遅延と比較する請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１６】
前記コントローラは、前記ガス注入圧力の変化に対する応答時間を判断し、前記応答時間を、前記消耗できるガス注入プレートの前記少なくとも１つのオリフィスが腐蝕状態に相当する場合の第２のタイムトレースの第２の時間遅延と比較する請求項１１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１７】
前記第２の時間遅延は、前記消耗できるガス注入プレートの前記少なくとも１つのオリフィスが腐蝕状態に相当する場合に相当する時間遅延よりも短い請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１８】
前記消耗できるガス注入プレートの前記状態は、前記応答時間と前記第１の時間遅延との比較によって判断される請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項１９】
前記消耗できるガス注入プレートの前記状態は、前記第２の時間遅延が、前記消耗できるガス注入プレートの前記少なくとも１つのオリフィスが非腐蝕状態に相当する場合に相当する第１の時間遅延の２５％から７５％の範囲にあるときの部分的な腐蝕状態を含んでいる請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２０】
前記消耗できるガス注入プレートの前記状態は、前記第２の時間遅延が、前記消耗できるガス注入プレートの前記少なくとも１つのオリフィスが非腐蝕状態に相当する場合に相当する第１の時間遅延の２５％より短いときの完全な腐蝕状態を含んでいる請求項１６に記載のプラズマ処理装置。
【請求項２１】
プラズマ処理装置におけるガス注入システムの状態を判断する方法であって、
少なくとも１つのマスフローコントローラからプロセスガスを受取るように構成されたガス注入アセンブリボディと、前記ガス注入アセンブリボディに結合され、前記プロセスガスを前記プラズマ処理装置に分配する少なくとも１つのオリフィスを備える消耗できるガス注入プレートと、前記ガス注入システムに結合された圧力センサと、前記圧力センサに接続されたコントローラとを備えるガス注入システムのガス注入圧力の変化に影響を及ぼように、前記プラズマ処理装置のプロセスパラメータを変更することと、
前記ガス注入圧力の変化に相当し、前記消耗できるガス注入プレートが非腐蝕状態を示すときは第１の時間遅延に相当し、前記消耗できるガス注入プレートが腐蝕状態を示すときは第２の時間遅延に相当する応答時間を、前記圧力センサを用いて測定することと、
前記ガス注入システムの前記状態を判断するために、前記応答時間を前記第１の時間遅延と比較することとを含んでいる方法。
【請求項２２】
前記ガス注入アセンブリボディと前記消耗できるガス注入プレートとの間に、ガス注入プレートをさらに備えている請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記消耗できるガス注入プレートは、シリコン、カーボン、シリコンカーバイド、石英、アルミナ及び被覆された金属のうちの１つからできている請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記プロセスパラメータは、前記プラズマ処理装置の処理圧力及び前記プロセスガスの質量流量のうちの少なくとも１つを含んでいる請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１の時間遅延は、前記第２の時間遅延よりも長い請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記消耗できるガス注入プレートの前記状態は、前記応答時間と前記第１の時間遅延のフラクションとの比較によって判断される請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記ガス注入システムの前記状態は、前記応答時間が、前記第１の時間遅延の２５％から７５％の範囲にあるときの部分的な腐蝕状態を含んでいる請求項２１に記載のガス注入システム。
【請求項２８】
前記ガス注入システムの前記状態は、前記応答時間が、前記第１の時間遅延の２５％よりも短いときの完全な腐蝕状態を含んでいる請求項２１に記載のガス注入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
この出願は、２００２年１２月２０日に出願された米国特許仮出願第６０／４３４，６５７号に対して優先権を主張し、かつ前記出願に関連する。それらの出願の内容は参照してここに組み込まれる。
【０００２】
本発明は、腐蝕性環境における消耗品の寿命を判断するための方法及び装置に関し、より具体的には、消耗できるガス注入コンポーネントの寿命を判断する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体製造において、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、多くの場合、プラズマが用いられる。一般に、プラズマは、供給されるプロセス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、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、前記チャンバ内で実行される特定のプロセス（例えば、材料物質が前記基板から除去されるエッチングプロセス、材料物質が前記基板に添加される成膜プロセス）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。均一なプロセスを保障するための１つの必要条件は、前記基板上でのプラズマ化学作用へのプロセスガスの均一な注入を含む。図１は、ガス注入アセンブリボディ１０と、ガス注入プレート１２と、ガス注入プレナム１６内に設けられた任意の１つ以上のバッフルプレート１４とを備えるシャワーヘッド型ガス注入システム１を示す。一般に、ガス注入アセンブリボディ１０、ガス注入プレート１２及び前記１つ以上のバッフルプレートは、アルミニウムで製作される。前記プロセスガスは、マスフローコントローラ３０及び／または圧力レギュレータ３２を介してガス注入プレナム１６に供給することができる。処理プラズマへの暴露によりうけるダメージを最少化するため、消耗できるまたは交換可能なコンポーネントを、前記処理チャンバ内に挿入して、頻繁な交換時により多くのコストがかかるより高価なコンポーネントの表面を保護することができる。そのため、図１に示すガス注入システム１は、消耗できるガス注入プレート２０をさらに備えることができる。消耗できるガス注入プレート２０は、シリコン、石英、サファイア、アルミナ、カーボン、シリコンカーバイド等の物質で製作することができる。一般に、処理プラズマ及び可能な限り、前記基板上に形成されるデバイスに対して、腐蝕中の好ましくない汚染物質、不純物等の導入を最少化する表面材料物質を選択することが好ましい。それらの消耗できる性質の結果として、プラズマ処理システム内の露出したコンポーネントの腐蝕は、前記プラズマ処理性能の漸進的な劣化、及び最終的には、前記システムの完全な故障につながる可能性がある。従って、これらのコンポーネントを適切に維持しておくことが重要である。そのため、それらの消耗できるまたは交換可能なコンポーネントは、典型的には、システムクリーニング中に頻繁にメンテナンスされるプロセスキットの一部とみなされている。製造環境において、消耗できるガス注入プレート２０などの消耗できるコンポーネントは、所定のメンテナンス間隔で交換され、前記所定のメンテナンス間隔は、ＲＦ時の数値等の使用時間の測定によって必然的に決まる。前記使用時間の測定は、保守的に判断されるため、消耗できるコンポーネントは、その寿命が来る前に交換することができ、そのため、製造コスト、ダウンタイム等の増加につながる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
消耗品の寿命を判断するための方法及び装置、及び特に、消耗できるガス注入コンポーネントの寿命を判断するための方法及び装置を記載する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
より具体的には、１つ以上のマスフローコントローラからプロセスガスを受取るように構成されたガス注入アセンブリボディと、前記ガス注入アセンブリボディに結合され、前記プロセスガスをプラズマ処理装置に分配する１つ以上のオリフィスを備える消耗できるガス注入プレートと、前記ガス注入アセンブリボディに結合され、かつ前記ガス注入アセンブリボディと前記消耗できるガス注入プレートとによって形成されたガス注入プレナム内のガス注入圧力を測定するように構成された圧力センサと、前記圧力センサに接続され、かつ前記ガス注入圧力の変化から前記消耗できるガス注入プレートの状態を判断するように構成されたコントローラとを備える、プラズマ処理装置のガス注入システムを記載する。
【０００６】
また、プラズマ処理装置のガス注入システムの状態を判断する方法は、前記プラズマ処理装置のプロセスパラメータを変更して、前記ガス注入におけるガス注入圧力の変化に影響を及ぼすことと、上記圧力センサを用いて、前記ガス注入圧力の変化に対応する応答時間を測定することであって、前記応答時間は、上記消耗できるガス注入プレートがまだ腐蝕されていないときの第１の期間（ａ  ｆｉｒｓｔ  ｔｉｍｅ  ｄｕｒａｔｉｏｎ）に相当し、また前記応答時間は、前記消耗できるガス注入プレートがすでに腐蝕されている場合の第２の期間（ａ  ｓｅｃｏｎｄ  ｔｉｍｅ  ｄｕｒａｔｉｏｎ）に相当することと、前記ガス注入システムの状態を判断するために、前記第１の期間及び第２の期間のうちの少なくとも１つを前記応答時間と比較することとを含む。
【０００７】
本発明のこれら及び他の効果は、添付図面と共に解釈すれば、本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明からよりはっきりと理解でき、かつより容易に認識できるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
プラズマ処理チャンバ１１０と、プラズマ処理チャンバ１１０に結合されたガス注入システム１０１と、プラズマ処理チャンバ１１０のガス注入システム１０１に結合された診断装置１１２と、診断装置１１２とプラズマ処理チャンバ１１０に接続されたコントローラ１１４とを備えるプラズマ処理装置１００を図２に示す。コントローラ１１４は、診断装置１１２から１つ以上の信号を受取り、前記１つ以上の信号を処理して、ガス注入システム１０１の状態及びこれの消耗できるコンポーネントの状態を判断するように構成されている。図示の実施形態において、図２に示すプラズマ処理装置１００は、材料物質の処理のためにプラズマを用いる。好ましくは、プラズマ処理装置１００は、エッチチャンバを備える。
【０００９】
図３に示す実施形態によれば、プラズマ処理装置１００は、プラズマ処理チャンバ１１０と、ガス注入システム１０１と、その上に処理すべき基板１２５が装着される基板ホルダ１２０と、真空ポンピング装置１３０とを備えることができる。基板１２５は、例えば、半導体基板、ウェハまたは液晶ディスプレイとすることができる。プラズマ処理チャンバ１１０は、例えば、基板１２５の表面近くの処理領域１１５におけるプラズマの生成を容易にするように構成することができる。イオン化可能なガスまたはガスの混合物は、ガス注入システム１０１を介して導入され、プロセス圧力が調節される。また、制御機構（図示せず）を、真空ポンピング装置１３０をスロットル調節するのに用いることができる。好ましくは、プラズマは、所定の材料物質のプロセスに固有の物質を生成するのに、及び／または基板１２５の露出表面からの物質の除去を促進するのに用いられる。プラズマ処理装置１００は、２００ｍｍ基板、３００ｍｍ基板、あるいはそれより大きな基板を処理するように構成することができる。
【００１０】
基板１２５は、例えば、静電クランプ装置を介して基板ホルダ１２０に装着させることができる。さらに、基板ホルダ１２０は、例えば、基板ホルダ１２０から熱を受取り、かつ熱を熱交換装置（図示せず）に伝達する、あるいは、加熱時に、前記熱交換装置から熱を伝達する再循環冷却流を含む冷却装置をさらに含むことができる。また、ガスを、例えば、基板１２５と基板ホルダ１２０の間のガスギャップ熱伝導性を改善するために、裏面ガス装置を介して基板１２５の裏面に供給することができる。このような装置は、前記基板の温度制御が、低温及び高温時に必要な場合に用いることができる。例えば、前記裏面ガス装置は、基板１２５の中心部と縁部との間で、ヘリウムガスギャップ圧力を独立して変化させることができる、２ゾーンガス分配システムを備えることができる。他の実施形態においては、抵抗加熱要素等の加熱／冷却要素、または熱電気ヒータ／クーラーを、基板ホルダ１２０やプラズマ処理チャンバ１１０のチャンバ壁及びプラズマ処理装置１００の他のどのような構成要素にも含めることができる。
【００１１】
図３に示す実施形態において、基板ホルダ１２０は、それを介してＲＦ電力が、プロセス空間１５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１２０は、高周波電源１４０からインピーダンス整合ネットワーク１５０を介した基板ホルダ１２０へのＲＦ電力の伝達を介して、ＲＦ電圧で電気的にバイアスをかけることができる。前記ＲＦバイアスは、電子を加熱して、プラズマを生成しかつ維持するように作用することができる。この構成において、上記システムは、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、上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ＲＦバイアスのための典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚとすることができる。プラズマ処理のためのＲＦ装置は、当業者には公知である。
【００１２】
別法として、ＲＦ電力は、多くの周波数で、基板ホルダ電極に印加される。さらに、インピーダンス整合ネットワーク１５０は、反射電力を最少化することにより、プラズマ処理チャンバ１１０内のプラズマへのＲＦ電力の伝達を最大化するように作用する。整合ネットワーク接続形態（例えば、Ｌ型、π型、Ｔ型等）及び自動制御方法は、当業者には公知である。
【００１３】
真空ポンプ装置１３０は、例えば、毎秒５０００リットル（以上）のポンピング速度が可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）と、チャンバ圧力をスロットル調節するためのゲートバルブとを含むことができる。ドライプラズマエッチングに用いられる従来のプラズマ処理装置においては、毎秒１０００から３０００リットルのＴＭＰが一般に用いられている。ＴＭＰは、典型的には、５０ｍトル以下の低圧処理に有用である。高圧においては、前記ＴＭＰポンピング速度は劇的に低下する。（１００ｍトルを超える）高圧処理の場合、機械的なブースターポンプ及びドライ粗引きポンプを用いることができる。さらに、チャンバ圧力を監視する装置（図示せず）を、プラズマ処理チャンバ１１０に結合することができる。圧力測定装置は、例えば、マサチューセッツ州アンドーバー（Ａｎｄｏｖｅｒ，ＭＡ）のＭＫＳインスツルメント社（ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｉｎｃ．）から購入可能なＢａｒａｔｒｏｎタイプ６２８Ｂ  アブソルート・キャパシタンス・マノメータ（Ｔｙｐｅ  ６２８Ｂ  Ｂａｒａｔｒｏｎ  ａｂｓｏｌｕｔｅ  ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  ｍａｎｏｍｅｔｅｒ）とすることができる。
【００１４】
コントローラ１１４は、マイクロプロセッサと、記憶装置と、プラズマ処理装置１００と通信し、かつ前記装置への入力を活動化し、プラズマ処理装置１００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可能なディジタルＩ／Ｏポートとを備える。また、コントローラ１１４は、高周波電源１４０、インピーダンス整合ネットワーク１５０、ガス注入システム１０１、診断装置１１２、真空ポンプ装置１３０、裏面ガス供給装置（図示せず）、基板／基板ホルダ温度測定装置（図示せず）、及び静電クランプ装置（図示せず）に接続され、かつこれらと情報を交換することができる。例えば、前記記憶装置に格納されたプログラムは、プロセスに従って、プラズマ処理装置１００の上述したコンポーネントに対する入力を活動化するのに用いることができる。また、コントローラ１１４は、診断装置１１２から１つ以上の信号を受取り、前記１つ以上の信号を処理して、ガス注入システム１０１及びこれの消耗できるコンポーネントの状態を判断するように構成することができる。コントローラ１１４の１つの実例は、テキサス州オースチン（Ａｕｓｔｉｎ，Ｔｅｘａｓ）のデル・コーポレーション（Ｄｅｌｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能なＤＥＬＬ  ＰＲＥＣＩＳＩＯＮ  ＷＯＲＫＳＴＡＴＩＯＮ  ６１０（登録商標）である。
【００１５】
図４に示す実施形態において、プラズマ処理装置１００は、図２及び図３に関して説明したコンポーネントに加えて、プラズマ密度を潜在的に増加させるため及び／またはプラズマ処理均一性を改善するために、静止した、または機械的にあるいは電気的に回転する磁界装置１６０をさらに備えることができる。また、コントローラ１１４は、回転の速度及び磁界強度を調節するために、磁界装置１６０に接続することができる。回転磁界のデザイン及び実施は、当業者には公知である。
【００１６】
図５に示す実施形態において、図２及び図３のプラズマ処理装置１００は、例えば、高周波電源１７２からインピーダンス整合ネットワーク１７４を介してＲＦ電力をそこへ結合することができる上部電極１７０をさらに備えることができる。前記上部電極へのＲＦ電力の印加のための典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから２００ＭＨｚとすることができる。また、下部電極への電力の印加のための典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚとすることができる。また、コントローラ１１４は、上部電極１７０へのＲＦ電力の印加を制御するために、高周波電源１７２及びインピーダンス整合ネットワーク１７４に結合されている。上部電極のデザイン及び実施は、当業者には公知である。
【００１７】
図６に示す実施形態において、図３のプラズマ処理装置１００は、例えば、高周波電源１８２及びインピーダンス整合ネットワーク１８４を介してＲＦ電力がそこに結合される誘導コイル１８０をさらに備えることができる。ＲＦ電力は、誘導コイル１８０から誘電体窓（図示せず）を介してプラズマ処理領域１１５に誘導結合される。誘導コイル１８０へのＲＦ電力の印加のための典型的な周波数は、１０ＭＨｚから１００ＭＨｚとすることができる。同様に、チャック電極への電力の印加のための典型的な周波数は、０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚとすることができる。また、スロット型ファラデーシールド（図示せず）を、誘導コイル１８０とプラズマの間の容量結合を低減するために用いることができる。また、コントローラ１１４は、誘導コイル１８０への電力の印加を制御するために、高周波電源１８２及びインピーダンス整合ネットワーク１８４に結合されている。代替の実施形態においては、誘導コイル１８０は、電磁結合型プラズマ（ＴＣＰ）リアクタの場合のように、上方からプラズマ処理領域１１５と連通した「螺旋状」コイルまたは「平板（ｐａｎｃａｋｅ）状」コイルとすることができる。誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）源、または電磁結合型プラズマ（ＴＣＰ）源のデザイン及び実施は、当業者には公知である。
【００１８】
別法として、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、プラズマは、伝播する表面波によって生成される。上述した各プラズマ源は、当業者には公知である。
【００１９】
次に、図７Ａを参照すると、ガス注入システム１０１が、より詳細に示されている。ガス注入システム１０１は、ガス注入アセンブリボディ２１０と、ガス注入プレート２１２と、ガス注入プレナム２１６内に設けることができる任意の１つ以上のバッフルプレート２１４と、ガス注入プレナム２１６に結合された圧力センサ２２０とを備える。一般に、ガス注入アセンブリボディ２１０、ガス注入プレート２１２及び１つ以上のバッフルプレート２１４は、例えば、アルミニウムまたは同様の材料から製作することができる。しかし、処理プラズマへの暴露により持続するダメージを最少化するため、消耗できるまたは交換可能なコンポーネントを、上記処理チャンバ内に挿入して、頻繁な交換でより大きなコストがかかるであろうより高価なコンポーネントの表面を保護することができる。例えば、図７Ａに示すガス注入システム１０１は、ガス注入プレート２３０等の消耗できるコンポーネントをさらに備えることができる。消耗できるガス注入プレート２３０は、シリコン、石英、サファイア、アルミナ、カーボン、シリコンカーバイド、陽極酸化アルミニウム、ポリイミドで被覆されたアルミニウム、テフロン（登録商標）で被覆されたアルミニウム及びスプレー塗布したアルミニウム等の物質で製作することができる。例えば、スプレー塗布は、Ａｌ２Ｏ３及びＹ２Ｏ３のうちの少なくとも１つを含むことができる。別の実施形態においては、スプレー塗布した層は、ＩＩＩ族元素（周期表の第３列）及びランタニド元素のうちの少なくとも１つを含む。他の実施形態においては、ＩＩＩ族元素は、イットリウム、スカンジウム及びランタンのうちの少なくとも１つを含む。別の実施形態においては、ランタン系列元素は、セリウム、ジスプロシウム及びユーロピウムのうちの少なくとも１つを含む。他の実施形態においては、スプレー塗布層を形成する化合物は、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、Ｓｃ２Ｏ３、Ｓｃ２Ｆ３、ＹＦ３、Ｌａ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｅｕ２Ｏ３及びＤｙＯ３のうちの少なくとも１つを含む。一般に、腐蝕中に、好ましくない汚染物、不純物等の、処理プラズマ、及び可能な限り前記基板上に形成されたデバイスへの導入を最少化する表面物質を選択することが好ましい。
【００２０】
圧力センサ２２０は、例えば、マサチューセッツ州アンドーバーのＭＫＳインスツルメント社から購入可能なＢａｒａｔｒｏｎタイプ６２８Ｂアブソルート・キャパシタンス・マノメータとすることができる。図２に示すように、ガス注入システム１０１は、プロセスガスまたはガスの混合物をガス注入プレナム２１６へ供給するために、１つ以上のマスフローコントローラ２４０と、ガス注入アセンブリボディ２１０に結合された圧力レギュレータ（またはバルブ）２４２とをさらに備える。
【００２１】
別法として、図７Ｂに示すように、ガス注入システム１０１は、ガス注入プレート２１２を含まず、消耗できるガス注入プレート２３０は、ガス注入アセンブリボディ２１０に直接結合することができる。
【００２２】
図８Ａは、ガス注入プレート２１２を貫通して伸びる腐蝕されていないオリフィス２６０の断面図を示す。図８Ｂは、処理中に腐蝕した後の同じオリフィス２６０を示す。処理前は、消耗できるガス注入プレート２３０を貫通して伸びるオリフィス２６０は、まだプラズマにさらされておらず、そのため、まだ腐蝕していない。しかし、かなりの処理の後、特に前記オリフィスの出口近傍の消耗できるガス注入プレート２３０の腐蝕は、図８Ｂに示すように、オリフィスの径２６２（断面）に対して実質的な変化を及ぼす。典型的には、前記出口におけるオリフィスの径２６２は、劇的に拡大し、前記オリフィスの長さは短くなる。例えば、シリコンプレートに形成された、長さが５ｍｍで径が０．５ｍｍ（すなわち、アスペクト比１０）のオリフィスは、約２５０ＲＦ時以内に、図８Ｂに示す程度まで腐蝕する可能性がある。
【００２３】
オリフィスの長さ及び径の変化により、オリフィス２６０のフローコンダクタンスＣは、主に前記長さに反比例して、かつ自由分子流に対しては前記径の３乗に、及び連続流に対しては前記径の４乗に直接比例して変化する。そのため、処理圧力または質量流量のどのような変化中も、ガス注入プレナム２１６内の圧力Ｐの応答は、主として、ガス注入プレナム２１６の容積（固定）及び消耗できるガス注入プレート２３０のオリフィス２６０の最終的なコンダクタンスに依存する。
【００２４】
例えば、移送システム（図示せず）を用いたウェハ交換後及びプロセスガス流量の始動前の真空ポンプダウン中、上記処理システム内の真空圧力は、（可能な限り基本圧力まで）低減され、その後、ガス注入プレナム圧力Ｐが低減されるが、遅延Δｔを伴う。図８Ｃは、処理圧力の変化中に、ガス注入プレナム２１６に結合された上記圧力センサを用いて測定した圧力Ｐの応答を示す例示的なタイムトレースを示す。オリフィス２６０が腐蝕し（すなわち、腐蝕状態の間）及びフローコンダクタンスがその後増加している場合、前記応答時間または遅延は、ΔｔＡからΔｔＢに減少する。例えば、チャンバ（処理）圧力または質量流量の変化の場合、高さ２５．４ｍｍ、径３００ｍｍのガス注入プレナムに結合された３００から０．５ｍｍ径、１０ｍｍ長のオリフィスの応答時間は、約５秒である。応答時間の変化または遅延は、消耗できる注入プレート２３０と関連付けることができる。例えば、応答時間または遅延が、所定のしきい値以下に低下した場合、それは、前記消耗できるガス注入プレートを交換する時期であり、オペレータに知らされる。
【００２５】
代替の実施形態において、図９Ａ及び図９Ｂは、圧力センサ２２０が、１つ以上のテストオリフィス２８０に直接結合されていることを除いて、図７Ａ及び図７Ｂに描かれたデザインと同様のガス注入システム１０１を示す。図９Ａに示すように、テスト導管２７０が、ガス注入プレート２１２の伸長部分２７２に形成されており、また状況に応じて、真空シールが、（エラストマ）Ｏリング２７８を用いて、伸長部分２７２の上部面２７４と、ガス注入アセンブリボディ２１０の下部面２７６との間に実現されている。別法として、図９Ｂに示すように、テスト導管２７０は、ガス注入アセンブリボディ２１０の伸長部分２９０に形成されている。
【００２６】
図１０は、ガス注入圧力を監視することにより、消耗品の寿命を判断する方法を示す。例えば、前記消耗品は、図２から図９Ｂに示すような消耗できるガス注入プレートを含むことができる。処理手順５００は、ステップ５１０で始まり、プロセスパラメータの変更を容易にする。前記プロセスパラメータは、上記プラズマ処理装置のプラズマ処理チャンバ内の処理圧力、及び前記プラズマ処理装置のプラズマ処理チャンバに結合されたプロセスガスの質量流量のうちの少なくとも１つを含む。前記プロセスパラメータの変更は、例えば、１つの処理ステップから別の処理ステップに質量流量を変更し、１つの処理ステップから別の処理ステップに前記処理圧力を変更し、新たな基板のローディングに続いて、プロセスガスの質量流量を開始し、または、新たな基板のローディングに続いて、処理圧力を低下させ、プロセスガスの質量流量の開始を先行させることにより、課すことができる。
【００２７】
ステップ５２０において、応答時間が、上記ガス注入システムに結合された圧力センサを用いて測定されたガス注入圧力のタイムトレース、または各タイムトレースの第ｎ次導関数から判断される。上記消耗できるガス注入プレートの１つ以上のオリフィスが腐蝕していない状態に相当する場合、応答時間は、第１のタイムトレースにおける第１の時間遅延ΔｔＡ（ａ  ｆｉｒｓｔ  ｔｉｍｅ  ｄｅｌａｙ  ΔｔＡ）を示す。例えば、消耗できるガス注入プレートは、最初に設けられたときまたは交換されたときには、腐蝕しておらず、まだプラズマ等の腐蝕性環境にさらされていない。前記消耗できるガス注入プレートの１つ以上のオリフィスが腐蝕状態に相当する場合、応答時間は、第２のタイムトレースにおける第２の時間遅延ΔｔＢ（ａ  ｓｅｃｏｎｄ  ｔｉｍｅ  ｄｅｌａｙ  ΔｔＢ）を示す。例えば、前記消耗できるガス注入プレートは、上記プラズマ処理装置での１つ以上の基板の処理中に、一旦、プラズマ等の腐蝕性環境にさらされると、腐蝕する。
【００２８】
ステップ５３０において、測定された応答時間は、第１の時間遅延と比較されて、上記ガス注入システムの消耗できるガス注入プレートの状態が判断される。一般に、前記消耗できるガス注入プレートの１つ以上のオリフィスが腐蝕すると、測定される応答時間は、第１の時間遅延よりも小さくなる。一実施形態において、前記消耗できるガス注入プレートの状態は、前記測定される応答時間が、第１の時間遅延の２５％から７５％の場合、部分的に腐蝕した状態を含む。例えば、部分的に腐蝕した状態は、オペレータへの通知及び前記消耗できるガス注入プレートの交換の勧めを要求することができる。別の実施形態においては、前記消耗できるガス注入プレートの状態は、測定された応答時間が、第１の時間遅延の２５％より短い場合、完全に腐蝕した状態を含む。（この低いしきい値は測定される応答時間との比較対象となり得る第２の時間遅延と考えることができる。）例えば、完全に腐蝕した状態は、速やかなオペレータへの通知及び前記消耗できるガス注入プレートの交換を要求することができる。
【００２９】
代替の実施形態において、第１の応答時間は、上記消耗できるガス注入プレートの第１の位置に対して測定することができ、第２の応答時間は、前記消耗できるガス注入プレートの第２の位置に対して測定することができる。例えば、前記第１の位置は、前記消耗できるガス注入プレートの中心に近い少なくとも１つのオリフィスを含むことができ、前記第２の位置は、前記消耗できるガス注入プレートの縁部に近い少なくとも１つのオリフィスを含むことができる。前記第１及び第２の測定した応答時間は、処理される各基板に対するプロセスの均一性を判断するのに用いることができる。結果として生じる均一性は、ウェハ間またはバッチ間で監視して、前記プロセスが許容範囲内で実行されていることを保証することができる。前記プロセス均一性のずれが所定のしきい値を超えた場合、オペレータは、システムメンテナンスを通告することができる。
【００３０】
この発明のある例示的な実施形態のみを詳細に説明してきたが、当業者は、この発明の新規な教示及び効果を著しく逸脱することなく、前記例示的な実施形態において、多くの変更例が可能であることを容易に認識するであろう。従って、このような全ての変更例は、この発明の範囲に含まれるものと解釈すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】プラズマ処理装置のための典型的なガス注入システムの概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のブロック図である。
【図３】本発明の別の実施形態に係るプラズマ処理装置のブロック図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置のブロック図である。
【図５】本発明の別の実施形態に係るプラズマ処理装置のブロック図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置のブロック図である。
【図７Ａ】本発明の別の実施形態に係るプラズマ処理装置のための典型的なガス注入システムの概略図である。
【図７Ｂ】本発明の他の実施形態に係るプラズマ処理装置のための典型的なガス注入システムの概略図である。
【図８】Ａは、本発明の別の実施形態に係るガス注入システムにおける腐蝕していないオリフィスの単純化した概略図である。Ｂは、本発明の別の実施形態に係るガス注入システムにおける腐蝕したオリフィスの単純化した概略図である。Ｃは、本発明の実施形態に係るガス注入システムに結合された測定装置の応答曲線の概略図である。
【図９Ａ】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のためのガス注入システムの別の概略図である。
【図９Ｂ】本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のためのガス注入システムの他の概略図である。
【図１０】本発明の実施形態に係るガス注入コンポーネントの消耗品の寿命を判断する方法を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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