(57)【要約】【課題】損耗インジケータを有するチャンバ構成要素を提供すること。【解決手段】チャンバ構成要素の損耗をモニタするための装置が本明細書で開示される。１つの実施形態では、チャンバ構成要素が提供される。チャンバ構成要素は、第１の材料を含む本体と、第１の材料上に配設された第２の材料であり、チャンバ構成要素の内部表面を画定する露出表面を有する、第２の材料と、第２の材料の露出表面の下方のある損耗深さのところに配設された損耗表面とを含む。【選択図】図１
2016216825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ構成要素であって、
第１の材料を含む本体と、
前記第１の材料上に配設された第２の材料であり、前記チャンバ構成要素の内部表面を画定する露出表面を有する、第２の材料と、
前記第２の材料の前記露出表面の下方のある損耗深さのところに配設された損耗表面と
を含む、チャンバ構成要素。
【請求項２】
前記損耗表面が、複数のナノ粒子を含む第３の材料を含む、請求項１に記載の構成要素。
【請求項３】
前記ナノ粒子が、前記構成要素の明確な光学的および／または化学的識別を行うために検出可能である、請求項２に記載の構成要素。
【請求項４】
前記ナノ粒子が、前記損耗表面の約１パーセントから約１０パーセントに分散される、請求項２に記載の構成要素。
【請求項５】
前記ナノ粒子が無機材料を含む、請求項２に記載の構成要素。
【請求項６】
前記第１の材料と前記第２の材料とが同じである、請求項１に記載の構成要素。
【請求項７】
前記第１の材料と前記第２の材料とが異なる、請求項１に記載の構成要素。
【請求項８】
前記第２の材料の表面の下方のそれぞれの損耗深さのところに配設された複数の損耗表面であり、前記損耗表面の各々が、前記第１の材料または前記第２の材料と異なる第３の材料を含む、複数の損耗表面
をさらに含む、請求項１に記載の構成要素。
【請求項９】
前記第３の材料が複数のナノ粒子を含む、請求項８に記載の構成要素。
【請求項１０】
前記ナノ粒子が、前記損耗表面の約１パーセントから約１０パーセントに分散される、請求項９に記載の構成要素。
【請求項１１】
チャンバ構成要素であって、
第１の材料と、前記第１の材料上に配設された第２の材料とを含む本体と、
前記第２の材料内のある損耗深さのところに配設された損耗表面であり、前記損耗表面が、前記第１の材料および前記第２の材料の組成物と異なる組成物を有する複数のナノ粒子を含み、前記ナノ粒子の前記組成物が、前記構成要素の明確な光学的および／または化学的識別を行うために検出可能である、損耗表面と
を含むチャンバ構成要素。
【請求項１２】
前記本体が、ガス分配プレート、支持リング、フォーカスリング、支持体本体、位置合わせリング、または基板支持体を含む、請求項１１に記載の構成要素。
【請求項１３】
前記ナノ粒子が無機材料を含む、請求項１１に記載の構成要素。
【請求項１４】
前記第１の材料と前記第２の材料とが異なる、請求項１１に記載の構成要素。
【請求項１５】
前記ナノ粒子が、前記損耗表面の約１パーセントから約１０パーセントに分散される、請求項１１に記載の構成要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する実施形態は、一般に、チャンバ構成要素に関する。より詳細には、本明細書で開示する実施形態は、チャンバ構成要素の損耗、エッチング、スパッタリング、ブラスチング、または腐食を指し示す損耗インジケータ（ｗｅａｒ  ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を有するチャンバ構成要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体処理は、微小な集積回路を基板上に作り出すことを可能にするいくつかの異なる化学的および物理的プロセスを含む。集積回路を構成する材料の層は、化学気相堆積、物理的気相堆積、エピタキシャル成長などのような方法を使用してチャンバ内で作り出される。材料の層のいくつかは苛性環境において湿式または乾式エッチング技法を使用してパターン化され、化学物質および／またはプラズマを利用して１つまたは複数の層の一部分が除去される。
基板はこの苛性環境に意図的に導入されるが、チャンバ中の構成要素も同じ環境にさらされ、それにより、構成要素は損耗する。これらのチャンバ構成要素は、多くの場合、ある期間にわたってエッチングされるかまたはさもなければ損傷され、損耗が限界点に達すると取替えを必要とする。いくつかのチャンバ構成要素は、耐プラズマ性表面コーティングを使用して保護することができる。しかしながら、チャンバ構成要素がコーティングされるかまたはコーティングされないかにかかわらず、構成要素の現在の損耗の量、したがって、構成要素を取り替えるための適切な時期を見極めるのは困難である。
それゆえに、損耗インジケータを含むチャンバ構成要素の必要性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
損耗インジケータを有するチャンバ構成要素と、チャンバ構成要素の損耗をモニタする方法とが本明細書で開示される。
１つの実施形態では、チャンバ構成要素が提供される。チャンバ構成要素は、第１の材料を含む本体と、第１の材料上に配設された第２の材料であり、チャンバ構成要素の内部表面を画定する露出表面を有する、第２の材料と、第２の材料の露出表面の下方のある損耗深さのところに配設された損耗表面（ｗｅａｒ  ｓｕｒｆａｃｅ）であり、第１の材料および第２の材料の組成物と異なる組成物を有する第３の材料を含む、損耗表面とを含む。
別の実施形態では、チャンバ構成要素が提供される。チャンバ構成要素は、第１の材料と、第１の材料上に配設された第２の材料とを含む本体と、第２の材料内のある損耗深さのところに配設された損耗表面であり、第１の材料および第２の材料の組成物と異なる組成物を有する複数のナノ粒子を含む、損耗表面とを含む。
【０００４】
別の実施形態では、プラズマ処理システムが提供される。このシステムは、チャンバ構成要素を含み、チャンバ構成要素は、第１の材料と、第１の材料上に配設された第２の材料であり、チャンバ構成要素の内部表面を画定する露出表面を有する、第２の材料と、第２の材料の露出表面の下方のある損耗深さのところに配設された損耗表面であり、第１の材料および第２の材料の組成物と異なる組成物を有する複数のナノ粒子を含む、損耗表面とを含む。
別の実施形態では、チャンバ構成要素の損耗をモニタする方法が提供される。この方法は、チャンバ構成要素をチャンバに設けるステップであり、チャンバ構成要素が、その中に埋め込まれた損耗表示層を有する、ステップと、損耗表示層の追跡のために処理をモニタしながらプラズマを用いてチャンバ内の基板を処理するステップと、モニタリングに基づいてチャンバ構成要素を取り替える必要性を決定するステップとを含む。
【０００５】
上述で列挙した本発明の特徴、利点、および目的が達成される方法が詳細に理解されるように、上述で簡単に要約された本発明のより詳細な説明を、添付図面に図示された本発明の実施形態を参照して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本明細書で説明する実施形態を利用するチャンバ構成要素を有するプロセスチャンバの簡単化された概略断面図である。
【図２Ａ】１つの実施形態によるチャンバ構成要素の一部分の等角断面図である。チャンバ構成要素は、損耗表面を示すために上部層が除去された状態で図示されている。
【図２Ｂ】損耗表面に配設された追加の層を有する図２Ａのチャンバ構成要素の等角断面図である。
【図３】別の実施形態によるチャンバ構成要素の一部分の等角断面図である。
【図４】別の実施形態によるチャンバ構成要素の一部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
理解を容易にするために、同様の参照番号が、可能ならば、図に共通する同様の要素を指定するために使用されている。１つの実施形態の要素および／またはプロセスステップは、追加の詳説なしに他の実施形態に有益に組み込むことができることを意図している。
図１は、本明細書で説明する実施形態を利用するチャンバ構成要素を有するエッチングシステム１００として例示的に図示されたプロセスチャンバの簡単化された概略断面図である。基板およびチャンバ構成要素がプラズマまたは他の腐食環境にさらされる、本開示から利益を得ることができる他のプロセスチャンバには、とりわけ、物理的気相堆積（ＰＶＤ）チャンバおよびイオン金属プラズマ（ＩＭＰ）チャンバ、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）チャンバ、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバが含まれる。同様に、基板およびチャンバ構成要素が湿式エッチング剤にさらされるチャンバおよび／または処理システムも本開示から利益を得ることができる。本開示から利益を得ることができる好適なプロセスチャンバの他の例には、イオン注入チャンバ、アニーリングチャンバ、ならびにプラズマおよび／または湿式エッチング剤を使用して定期的に洗浄されることがある他の炉チャンバが含まれる。本開示から利益を得ることができるプロセスチャンバは、カリフォルニア州、サンタクララのＡｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  Ｉｎｃ．から市販品として入手することができる。他の製造業者から入手できるプロセスチャンバならびにチャンバ構成要素は、同様に、本明細書で説明するような表面処置プロセスから利益を得ることができる。
【０００８】
エッチングシステム１００は、プラズマチャンバ１０２と、支持面１０６を有する基板支持体１０４とを含む。基板支持体１０４は、例えば、静電チャックとすることができる。エッチングシステム１００は、シールドアセンブリ１０８と、リフトシステム１１０とをさらに含む。基板１１２（例えば、半導体ウエハ）は、処理の間、基板支持体１０４の支持面１０６上に位置づけることができる。プラズマチャンバ１０２は、フォアライン１１３によって真空ポンプ１１１に流動的に結合される。
例示的なプラズマチャンバ１０２は、円筒形チャンバ壁１１４と、チャンバ壁１１４の上部に装着された支持リング１１６とを含む。チャンバの上部は、内部表面１２０を有するガス分配プレート１１８によって閉じられる。ガス分配プレート１１８は、ガス分配プレート１１８と支持リング１１６との間に載っている環状絶縁体１２２によってチャンバ壁１１４から電気的に絶縁される。一般に、プラズマチャンバ１０２の真空圧力の完全性を保証するために、Ｏリング（図示せず）を絶縁体１２２の上下で使用して、真空シールを行う。ガス分配プレート１１８は、それに形成された貫通孔（図示せず）を含み、貫通孔を通してエッチング剤核種を分配することができる。エッチングプロセスを促進するために、電源１２４がガス分配プレート１１８に接続される。エッチング剤ガス、洗浄ガス、および／または不活性ガスをプラズマチャンバ１０２に供給するために、ガス源１２１をガス分配プレート１１８に結合させることもできる。エッチング剤ガスは、塩素含有ガス、フッ素含有ガスなどのようなハロゲン含有ガスを含むことができ、不活性ガスは、とりわけ、アルゴン、窒素、ヘリウムを含むことができる。ガス源１２１の他のガスは、プラズマチャンバ１０２の内部表面を洗浄するために利用されるフッ素含有ガスを含むことができる。
【０００９】
基板支持体１０４は、基板１１２をプラズマチャンバ１０２内に保持し支持する。基板支持体１０４は、支持体本体１２８内に埋め込まれた１つまたは複数の電極１２６を含むことができる。電極１２６は、電極電源１３０からの電圧によって駆動され、電圧の印加に応答して、基板１１２は、静電力によって基板支持体１０４の支持面１０６にクランプされ得る。支持体本体１２８は、例えば、セラミック材料を含むことができる。
壁のようなシールド部材１３２が支持リング１１６に装着される。シールド部材１３２の円筒形形状は、プラズマチャンバ１０２および／または基板１１２の形状と一致するシールド部材を例示している。シールド部材１３２は、当然、任意の好適な形状のものとすることができる。シールド部材１３２に加えて、シールドアセンブリ１０８は環状フォーカスリング１３４をさらに含み、環状フォーカスリング１３４は、それが、基板１１２と接触することなしに、基板１１２の周辺エッジの上に嵌まるように選択された内径を有する。フォーカスリング１３４は位置合わせリング１３６上に載り、位置合わせリング１３６は、基板支持体１０４から延びるフランジによって支持される。
【００１０】
エッチングプロセスの間、プロセスガスがプラズマチャンバ１０２に供給され、電力がガス分配プレート１１８に供給される。プロセスガスは、プラズマ１３８へと点火され、基板１１２の方に加速される。エッチング剤核種は、基板１１２をエッチングして、基板１１２上に特徴部を形成する。過剰なプロセスガス、ならびにエッチングされた材料は、真空ポンプ１１１によりプラズマチャンバ１０２から排気される。コントローラ１５８を利用して、プラズマチャンバ１０２の動作を制御することができる。
【００１１】
シールドアセンブリ１０８は、一般に、基板１１２の上方の反応ゾーン内にプラズマ１３８を閉じ込めるが、必然的に、プラズマ１３８は、シールドアセンブリ１０８の内部表面１４０、支持リング１１６の内部表面１４２、フォーカスリング１３４の表面１４４、ガス分配プレート１１８の内部表面１４２、ならびに他の内部チャンバ表面を攻撃する。その上、基板支持体１０４の支持面１０６などの他の表面は、エッチングシーケンスおよび／または洗浄シーケンスの間にプラズマ１３８に起因して腐食することがある。チャンバ構成要素の腐食または損耗の割合は容易には決定されず、したがって、予防保守（ＰＭ）は、ランダムに設定されるか、または所定の時間間隔で設定される可能性がある。ＰＭは、真空を破り、システムをオフラインにすることを必要とする。しかしながら、ＰＭは、チャンバ構成要素が付加的な有効寿命を有しており、その結果、ＰＭが必要でなかったことを明らかにすることがある。
【００１２】
休止時間を減らし、および／または実際のＰＭ時期を気づかせるために、チャンバ構成要素のうちの１つまたは複数は、チャンバ構成要素が使用可能限界に達しており、取替えを必要としているとき、オペレータに警報を出す損耗インジケータを含む。損耗インジケータは、チャンバ構成要素の材料ならびにプラズマチャンバ１０２の内部表面の材料と一体化することができる。
一般に、「内部表面」という用語は、プラズマチャンバ１０２との界面を有する任意の表面を参照する。「チャンバ構成要素」は、プラズマチャンバ１０２内に完全にまたは部分的に収納された任意の着脱可能な要素を参照する。チャンバ構成要素は、プラズマチャンバ構成要素、すなわち、例えばプラズマチャンバ１０２などのプラズマチャンバ内に置かれたチャンバ構成要素、ならびに酸または他のエッチング剤と流体連通する湿式エッチングシステムの構成要素とすることができる。「チャンバ構成要素」は、さらに、いくつかの処理および／または洗浄サイクルの後、取り替えられなければならない、例えばプラズマチャンバ１０２などのプラズマチャンバ内のまたはプラズマチャンバ上の消耗要素を参照することができる。「チャンバ構成要素」は、さらに、酸または他のエッチング剤と流体連通する湿式エッチングシステムの消耗要素を参照することができる。
【００１３】
図２Ａは、１つの実施形態によるチャンバ構成要素２００の一部分の等角断面図である。チャンバ構成要素２００は、例えば、すべて図１に示されているシールドアセンブリ１０８、支持リング１１６、フォーカスリング１３４、支持体本体１２８、位置合わせリング１３６、ガス分配プレート１１８、または基板支持体１０４の一部分とすることができる。チャンバ構成要素２００は、さらに、湿式エッチングシステム（図示せず）の構成要素、またはチャンバ構成要素２００の表面を腐食する他の環境で利用される構成要素とすることができる。チャンバ構成要素２００の上部層は、チャンバ構成要素２００の損耗表面２０５を示すために図示されていない。
【００１４】
チャンバ構成要素２００は、以下でより詳細に説明する損耗表面２０５を有する本体２０３を含む。本体２０３は、基材または第１の材料２０７を含むことができる。第１の材料２０７は、金属材料、セラミック材料、石英材料、または実質的に非反応性である環境において、プラズマ環境において、および／もしくは酸もしくはエッチング剤がある状態で使用するのに好適な他の材料とすることができる。第１の材料２０７は、チャンバ構成要素２００の幾何学的形状および構造的完全性を実質的に与える材料とすることができる。金属材料の例には、アルミニウム、ステンレス鋼、チタンなどが含まれる。セラミック材料の例には、アルミナおよび炭化ケイ素または他のセラミック材料が含まれる。本体２０３は、複数のナノ粒子２１５が上に配設された表面２１０をさらに含む。
【００１５】
ナノ粒子２１５は、損耗インジケータ２１７として利用することができ、第１の材料２０７と異なってもよい第２の材料を含む。ある実施形態では、ナノ粒子２１５は、プラズマチャンバ１０２（図１）において実行されるプロセスにとって反応性および／または有害でない材料を含むことができる。他の実施形態では、ナノ粒子２１５は、プラズマチャンバ１０２において実行されるプロセスと反応してもよい。いくつかの実施形態では、ナノ粒子２１５は、有機ナノ粒子を含むことができる。１つの実施形態では、ナノ粒子２１５は、分子環または元素環を含むことができる。ナノ粒子２１５の例には、カーボンナノチューブおよび他の構造、５つの結合（五角形）、６つの結合（六角形）、または６つを超える結合を有する分子炭素環などの炭素（Ｃ）の同素体が含まれる。ナノ粒子２１５の他の例には、フラーレン様超分子が含まれる。１つの実施形態では、ナノ粒子２１５は、セラミック材料、アルミナ、ガラス（例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2））、およびそれらの組合せまたはそれらの派生物とすることができる。別の実施形態では、ナノ粒子２１５は、数ある酸化物の中で、チタン（ＩＶ）酸化物または二酸化チタン（ＴｉＯ2）、ジルコニウム（ＩＶ）酸化物または二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、それらの組合せおよびそれらの派生物などの金属酸化物を含むことができる。１つの実施形態では、ナノ粒子２１５の各々の厚さは、ナノメートルの程度（例えば、１〜１００ナノメートル）とすることができる。損耗インジケータ２０７として潜在的に使用できる多くの可能なナノ粒子組成物がある。ナノ粒子２１５およびサイズ範囲の長いリストには、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｂ、Ｂｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｎ、ならびにさらに商業的に入手可能な多くのナノ粒子２１５および組成物が含まれる（例えば、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｕｓ−ｎａｎｏ．ｃｏｍ／ｎａｎｏｐｏｗｄｅｒｓを参照）。
【００１６】
本体２０３は、特別なチャンバ構成要素２００の最終厚さ仕様のうちの一部の厚さを含む厚さ２１９を有することができる。ナノ粒子２１５が設けられる表面２１０は、プラズマチャンバ１０２（図１に示した）での使用に先立って別の材料によって埋め込まれることが意図される。したがって、別の材料の追加の１つまたは複数の層が、表面２１０の上に設けられる。表面２１０およびナノ粒子２１５は、以下でさらに詳細に説明する所望の深さに追加の材料によって埋め込まれる。
【００１７】
図２Ｂは、図２Ａのチャンバ構成要素２００の等角断面図である。キャップ層２２０が表面２１０およびナノ粒子２１５の上に配設されていることが示されている。キャップ層２２０は第１の材料２０７と同じであってもよく、またはキャップ層２２０は第１の材料２０７と異なる別の材料であってもよい。いくつかの実施形態では、キャップ層２２０はコーティング２２５とすることができる。コーティング２２５は、プラズマ溶射イットリア含有コーティング、ジルコニア含有コーティング、イットリア−ジルコニア合金コーティング、または他のセラミックコーティング、ならびに他の非セラミックコーティングとすることができる。コーティング２２５は、さらに、電気めっきプロセスによって付けることができる。ナノ粒子２１５は、少なくともプラズマがある状態で、キャップ層２２０の材料と異なる材料を含む。例えば、ナノ粒子２１５の材料は、イオン化状態または再結合状態にあるときに、イオン化状態または再結合状態にあるときのキャップ層２２０の性質と異なる検出可能な性質を示すように構成される。
【００１８】
コーティング２２５の厚さ２３０は、ナノ粒子２１５が設けられている厚さ２１９（図２Ａ）に基づいて選ぶことができる。したがって、ナノ粒子２１５を含む損耗表示層２３５は、チャンバ構成要素２００内の損耗深さ２３２のところに形成することができる。損耗深さ２３２（損耗表示層２３５を配設することができるレベル）は、コーティング２２５の厚さ２３０と同じになり得る。厚さ２３０は、露出されたとき、チャンバ構成要素２００を取り替える必要があることを指し示すチャンバ構成要素２００内の深さとすることができる。厚さ２３０を介した損耗表示層２３５の露出は、チャンバ構成要素２００を特定の期間内に取り替える必要があるというインジケータとして使用することができる。特定の期間は、数時間から数日以内、または別の所望の期間以内とすることができる。
【００１９】
図３は、別の実施形態によるチャンバ構成要素３００の一部分の等角断面図である。チャンバ構成要素３００は、例えば、すべて図１に示されているシールドアセンブリ１０８、支持リング１１６、フォーカスリング１３４、支持体本体１２８、位置合わせリング１３６、ガス分配プレート１１８、または基板支持体１０４の一部分とすることができる。チャンバ構成要素３００は、さらに、湿式エッチングシステム（図示せず）の構成要素、またはチャンバ構成要素３００の表面を腐食する他の環境で利用される構成要素とすることができる。
【００２０】
チャンバ構成要素３００は、基材または第１の材料２０７で製作された本体２０３を含む。第１の材料２０７は、金属材料、セラミック材料、石英材料、またはチャンバ構成要素３００の表面を腐食する他の環境で使用するのに好適な他の材料とすることができる。金属材料の例は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタンなどを含み、図２Ａおよび図２Ｂで説明したチャンバ構成要素２００と同様とすることができる。セラミック材料の例には、炭化ケイ素または他のセラミック材料が含まれる。第１の材料２０７は、第１の表面３１０と、反対の第２の表面３１５との間に厚さ３０５を有することができる。この実施形態では、チャンバ構成要素３００の本体２０３は、第１の表面３１０とキャップ層２２０との間にコーティング層３２０を含む。コーティング層３２０は、図２Ｂのキャップ層２２０に関して上述したようなコーティングとすることができる。損耗表示層２３５は、チャンバ構成要素３００内で第１の表面３１０とキャップ層２２０との間で損耗深さ２３２のところにさらに含まれる。損耗表示層２３５は、本明細書で説明するように複数のナノ粒子２１５を含む。損耗深さ２３２（損耗表示層２３５が配設されるレベル）は、チャンバ構成要素３００を取り替える必要があることを指し示すチャンバ構成要素３００内の深さとすることができる。１つの実施形態では、損耗表示層２３５の厚さは、約１ミクロン（μｍ）から約１０μｍとすることができるが、しかしながら、チャンバ構成要素の幾何学的形状に応じて０．１μｍから約１００μｍも可能である。１つの実施形態では、損耗表示層２３５の厚さは、キャップ層２２０の厚さ（すなわち、損耗深さ２３２）に対して約０．５％から約１０％、例えば、損耗深さ２３２に対して約１％から約５％とすることができる。
【００２１】
図４は、別の実施形態によるチャンバ構成要素４００の一部分の断面図である。チャンバ構成要素４００は、例えば、すべて図１に示されているシールドアセンブリ１０８、支持リング１１６、フォーカスリング１３４、支持体本体１２８、位置合わせリング１３６、ガス分配プレート１１８、または基板支持体１０４の一部分とすることができる。チャンバ構成要素４００は、さらに、湿式エッチングシステム（図示せず）の構成要素、またはチャンバ構成要素４００の表面を腐食する他の環境で利用される構成要素とすることができる。
チャンバ構成要素４００は、基材または第１の材料２０７で製作された本体２０３を含む。第１の材料２０７は、金属材料、セラミック材料、石英材料、またはチャンバ構成要素４００の表面を腐食する他の環境で使用するのに好適な他の材料とすることができる。金属材料の例は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタンなどを含み、図２Ａおよび図２Ｂで説明したチャンバ構成要素２００と同様とすることができる。
【００２２】
この実施形態では、チャンバ構成要素４００は、複数の損耗表示層２３５−１、２３５−２、２３５−３、２３５−４から２３５−ｎを含む。損耗表示層２３５−１〜２３５−ｎの各々は、上述のようにナノ粒子２１５を含むことができる。損耗表示層２３５−１〜２３５−ｎの各々は、図２Ｂで説明したキャップ層２２０および／または図３で説明したコーティング層３２０と同様のキャップ層４１０Ａ〜４１０ｎをコーティングするかまたは備えることができる。領域４１５は、損耗表示層（図示せず）がキャップ層（図示せず）と交互に現れる１つまたは複数の層とすることができる。
【００２３】
この実施形態によれば、チャンバ構成要素４００の寿命をモニタすることができる。例えば、キャップ層４１０ｎが腐食されて損耗表示層２３５−ｎが露出されると、第１の寿命モニタリング事象をもたらすことができる。キャップ層４１０Ｃが腐食されて損耗表示層２３５−４が露出されると、第２の寿命モニタリング事象をもたらすことができる。第１または第２の寿命モニタリング事象は、チャンバ構成要素４００の中程度の使用をオペレータに指し示すことができる。第１および第２の寿命モニタリング事象は、さらに、今後のＰＭをスケジューリングするためにオペレータが使用することができる。同様に、他のキャップ層４１０Ｂおよび／または４１０Ａが腐食して、それぞれの損耗表示層２３５−２および２３５−１が露出されると、チャンバ構成要素４００のさらに緊急な取替え時期を指し示す他の寿命事象をもたらすことができる。例えば、損耗表示層２３５−２の露出は、チャンバ構成要素４００が数日から数週以内に取り替えられるべきであることを指し示すことができる。同様に、損耗表示層２３５−１の露出は、チャンバ構成要素４００が数時間から数日以内に取り替えられるべきであることを指し示すことができる。加えて、損耗表示層２３５−１〜２３５−ｎによって与えられるモニタリング事象に基づいて、チャンバ構成要素４００の損耗に関連する傾向データを収集することができる。
【００２４】
損耗表示層２３５−１〜２３５−ｎは、同じナノ粒子２１５または異なるナノ粒子２１５を含むことができる。例えば、損耗表示層２３５−１〜２３５−ｎのうちの１つまたは複数を有する各チャンバ構成要素は、損耗表示層２３５−１〜２３５−ｎの各々の特定の計量シグネチャを生成する特定のナノ粒子組成物を含むことができる。１つの実施形態では、チャンバ構成要素４００の損耗表示層２３５−１〜２３５−ｎの各々のためのナノ粒子２１５として、例えば、Ｍｏを利用することができる。別の実施形態では、損耗表示層２３５−ｎは、Ｍｏナノ粒子を含むことができ、一方、他の損耗表示層２３５−１〜２３５−４は、例えば、それぞれ、Ｍｇ、Ｎｂ、Ｎｉ、およびＴｌのうちの１つまたは複数を含むことができる。したがって、チャンバ構成要素４００の特定の損耗表示層２３５−１〜２３５−ｎは、損耗表示層２３５−１〜２３５−ｎの各々のナノ粒子２１５のシグネチャによって識別することができる。
【００２５】
損耗表示層２３５−１〜２３５−ｎおよびキャップ層４１０Ａ〜４１０ｎの両方の厚さおよび組成物は、異なるチャンバ構成要素間で変わることができる。損耗表示層２３５−１〜２３５−ｎの厚さは、ナノ粒子のサイズに応じてある程度変わることができる。しかしながら、一般に、すべてのキャップ層４１０Ａ〜４１０ｎは、同じ材料から構成することができ、厚さが大きく変わることができる。
損耗表示層２３５は、様々な方法で形成することができる。１つの例では、図２Ａで説明したチャンバ構成要素２００などのチャンバ構成要素は、適切なナノ粒子２１５を含むめっき溶液中に置くことができる。チャンバ構成要素２００の本体２０３は、第１の材料２０７として導電性材料を含むことができる。本体２０３は、めっき溶液中でアノードとして構成することができる。直流（ＤＣ）電力などの電気バイアスが、めっき溶液および本体２０３に印加される。次に、溶液中のナノ粒子２１５が、特定の期間、本体２０３の露出表面、特に損耗表面２０５上にめっきされる。
【００２６】
期間は、損耗表面２０５上のナノ粒子の所望の密度または濃度に基づいて変わることができる。図２Ａに示した実施形態では、損耗表面２０５の表面区域に対するナノ粒子の密度は、約１％から約１０％の間とすることができる。しかしながら、密度は、ユーザ選択に応じて多くすることも少なくすることもできる。少なくとも損耗表面２０５上のナノ粒子の１つまたは複数の層の厚さは、ナノメートルの程度とすることができ、さらに、ピコスケール寸法までとすることができる。１つの態様では、密度および／または厚さは、チャンバ構成要素２００の構造的完全性が損なわれないように決定することができる。しかしながら、ナノ粒子の密度および／または濃度は、ナノ粒子信号の検出能を向上させることができる。
【００２７】
代替としてまたは追加として、めっき溶液および本体２０３の極性は、損耗表面２０５からのめっき除去（ｄｅ−ｐｌａｔｉｎｇ）が生じるように逆転させることができる。めっき除去期間は、上述で論じたように、損耗表面２０５上のナノ粒子の所望の密度、厚さ、および／または濃度に基づくことができる。
ひとたび所望の密度、厚さ、および／または濃度のナノ粒子が損耗表面２０５上に堆積されると、図２Ｂに示したようなキャップ層２２０を損耗表示層２３５の上に形成することができる。その後、チャンバ構成要素は、図１のプラズマチャンバ１０２などのチャンバの中または上に設置することができる。代替として、チャンバ構成要素は、後で使用するために梱包することができる。
【００２８】
損耗表示層２３５を形成する別の例では、図３に示したチャンバ構成要素３００などのチャンバ構成要素は、構成要素の生産プロセス中にナノ粒子を設けることができる。例えば、本体２０３上にコーティング層３２０を形成するプロセスを所定の深さ（すなわち、損耗深さ２３２）のところで中断することができ、ナノ粒子をチャンバ構成要素３００に付けることができる。ナノ粒子は、コーティング層３２０の少なくとも露出表面にコーティングプロセスによって付けることができる。コーティング層３２０の露出表面上のナノ粒子の所望の密度、厚さ、および／または濃度は、コーティングプロセスによって制御することができる。
１つの実施形態では、コーティングプロセスは、露出したコーティング層３２０にコロイドナノ粒子の希釈分散物を付けることを含む。ナノ粒子は、ナノ粒子の表面に界面活性剤として付着させることができる有機配位子によって分散物中で分離され得る。ナノ粒子を有機配位子で分離させると、コーティング層３２０の露出表面にナノ粒子のクラスタが形成されるのを防止することができる。ナノ粒子を分離させると、さらに、隣接するナノ粒子間に所望の間隔を与えることができる。次に、ナノ粒子が上に配設されたコーティング層３２０の表面は、所望であれば、有機配位子を除去するために加熱することができる。
【００２９】
コーティングプロセスが完了した後、キャップ層２２０を形成することなどによってコーティング層３２０の形成を再開して、損耗表示層２３５をカプセル化することができる。その後、チャンバ構成要素は、図１のプラズマチャンバ１０２などのチャンバの中または上に設置することができる。代替として、チャンバ構成要素は、後で使用するために梱包することができる。
【００３０】
損耗表示層２３５−１〜２３５−ｎを形成する別の例では、図４に示したチャンバ構成要素４００などのチャンバ構成要素は、構成要素の生産プロセス中にナノ粒子を設けることができる。例えば、ナノ粒子は、第１の材料２０７の少なくとも露出表面に上述のようなコーティングプロセスによって付けることができる。さらに、キャップ層４１０Ａ〜４１０ｎを形成するプロセスは、所定の深さのところで中断することができ、ナノ粒子を上述のようなコーティングプロセスによってキャップ層４１０Ａ〜４１０ｎの露出表面に付けることができる。第１の材料２０７および／またはキャップ層４１０Ａ〜４１０ｎの露出表面上のナノ粒子の所望の密度、厚さ、および／または濃度は、上述のようなコーティングプロセスによって制御することができる。チャンバ構成要素４００上で使用されるナノ層の数を増加させるために、露出表面は、表面粗さが仕様内に保たれるように、後続の層の堆積の間に研磨することができる。分解可能な、すなわち、検出可能な損耗表示層２３５−１〜２３５−ｎの数は、表面粗さ、損耗表示層２３５−１〜２３５−ｎの各々の厚さ、およびキャップ層４１０Ａ〜４１０Ｃの各々の厚さによって規定することができる。その後、チャンバ構成要素４００は、図１のプラズマチャンバ１０２などのチャンバの中または上に設置することができる。代替として、チャンバ構成要素４００は、後で使用するために梱包することができる。
【００３１】
処理の間、チャンバ構成要素２００、３００、または４００は、図１のプラズマチャンバ１０２に設置される。設置は、チャンバ構成要素２００、３００、または４００のいずれを使用して実行することができるが、説明は、簡潔にするためにチャンバ構成要素２００に限定される。チャンバ構成要素２００は、キャップ層２２０がプラズマ１３８にさらされるように設置することができる。図１を再び参照すると、プラズマチャンバ１０２内の状態は、１つもしくは複数の窓１５０および１５２、ならびに／または１つもしくは複数のセンサ１５４および１５６によりモニタすることができる。窓１５０および／または１５２は、光学モニタシステム１５３のために利用することができる。光学モニタシステム１５３は、光学的発光分光法、Ｘ線分光法、または他の好適な光学計測法もしくはデバイスなどの光学計測システムを含むことができる。センサ１５４および／または１５６は、質量分析法または他の好適なスペクトル計測法もしくはデバイスのために利用することができる。処理の間に、キャップ層２２０は、プラズマ１３８がある状態で腐食する可能性がある。キャップ層２２０の腐食は、窓１５０および／もしくは１５２を使用して光学的に、ならびに／またはセンサ１５４および／もしくは１５６を利用して化学的にモニタすることができる。キャップ層２２０の組成物と異なるナノ粒子２１５の材料の組成物は、キャップ層２２０の組成物と比較して、異なる信号（光および／もしくは電磁気エネルギー、またはセンサ１５４および／もしくは１５６による検出を介して識別可能な他の信号）を示すように選ぶことができる。
【００３２】
プラズマ１３８がキャップ層２２０を腐食して損耗表示層２３５に達するとき、ナノ粒子２１５は、イオン化されるか、またはさもなければ損耗表示層２３５が堆積された表面から切り離され得る。次に、ナノ粒子２１５の材料のイオンは、窓１５０および／または１５２を使用して光学的に検出可能となることができる。代替としてまたは追加として、イオン化されたまたは切り離されたナノ粒子２１５は、センサ１５４および／または１５６を利用して化学的に検出可能となることができる。ナノ粒子２１５の材料の検出は、イオンに限定されない。ナノ粒子２１５の材料の検出は、再結合された状態の粒子の検出まで拡大することができる。
【００３３】
追加として、チャンバの個別のチャンバ構成要素のナノ粒子２１５の材料は、特定のチャンバ構成要素を上述で論じたように光学的におよび／または化学的に識別するために異なることができる。例えば、すべて図１に示されているシールドアセンブリ１０８、支持リング１１６、フォーカスリング１３４、支持体本体１２８、位置合わせリング１３６、ガス分配プレート１１８、または基板支持体１０４などの各チャンバ構成要素は、各々、異なる組成物のナノ粒子２１５を有する損耗表示層２３５を含むことができる。したがって、特定のチャンバ構成要素の損耗は、上述の検出デバイスまたは方法を利用して識別することができる。上記のように、利用可能な異なる元素組成物の大量のナノ粒子２１５がある。異なるナノ粒子２１５は、特有の元素組成物の特定の計量シグネチャをもたらすことになる。したがって、チャンバ構成要素ごとに特定のおよび／または特有のナノ粒子２１５を選択することによって、異なるチャンバ構成要素の損耗をモニタすることができる。
【００３４】
ナノ粒子２１５がセンサ１５４および／または１５６で検出されると、信号をコントローラ１５８に送ることができる。同様に、ナノ粒子が、窓１５０および／または１５２を介してプロセスをモニタする光学モニタシステム１５３により検出されると、信号をコントローラ１５８に送ることができる。可視または可聴の警報がユーザインターフェース１６０に供給され、ユーザインターフェース１６０はオペレータにチャンバ構成要素の損耗の警報を出すことができる。ユーザインターフェース１６０は、パーソナルコンピュータ、モニタ、または工業環境で利用される他の電子デバイスとすることができる。さらに、検出された信号に基づいて、オペレータは、チャンバ構成要素を識別することができる。警報は、チャンバ構成要素の取替えのための部品、部分番号、および期間を指し示すオペレータへのメッセージとすることができる。例えば、オペレータは、チャンバ構成要素の損耗表示層２３５の深さに応じて、特定のチャンバ構成要素が１時間、５時間、２４時間、４８時間のうちに取り替えられる必要があるというメッセージを見ることができる。チャンバ構成要素に関する情報を識別することは、新しいチャンバ構成要素を注文する際にオペレータの助けとなり得る。
【００３５】
代替としてまたは追加として、警報は、インターネット接続１６２を介して部品販売業者に送ることができる。次に、部品販売業者は、オペレータが特定のチャンバ構成要素を取り替えるために新しいチャンバ構成要素を調達することができる。取替えの期間に応じて、部品販売業者は、適宜に、新しいチャンバ構成要素を出荷するか、またはオペレータへの新しいチャンバ構成要素の迅速な配達を準備することができる。追加として、同じタイプのチャンバ構成要素は、例えば、異なる顧客および／またはチャンバに対してナノ粒子組成物に基づいて違うように追跡することができる。さらに、チャンバ構成要素のナノ粒子のタイプは、非真正チャンバ構成要素がチャンバで使用および／またはモニタされないように時々変えることができる。
【００３６】
いくつかの実施形態では、プラズマ処理システムが提供される。プラズマ処理システムは、第１の材料と、第１の材料上に配設された第２の材料とを含むチャンバ構成要素を含む。第２の材料は、チャンバ構成要素の内部表面を画定する表面を有する。チャンバ構成要素は、第２の材料の露出表面の下方のある損耗深さのところに配設された損耗表面をさらに含む。損耗表面は、第１の材料および第２の材料の組成物と異なる組成物を有する複数のナノ粒子を含む。上述のチャンバ構成要素は、ガス分配プレート、支持リング、フォーカスリング、支持体本体、位置合わせリング、または基板支持体を含むことができる。上述のチャンバ構成要素は、ガス分配プレート、支持リング、フォーカスリング、支持体本体、位置合わせリング、または基板支持体の各々に対して別個であるナノ粒子を含むことができる。
【００３７】
いくつかの実施形態では、チャンバ構成要素の損耗をモニタする方法が提供される。この方法は、チャンバ構成要素をチャンバに設けるステップを含み、チャンバ構成要素は、その中に埋め込まれた損耗表示層を有する。この方法は、損耗表示層の追跡のために処理をモニタしながらプラズマを用いてチャンバ内の基板を処理するステップを含む。この方法は、モニタリングに基づいてチャンバ構成要素を取り替える必要があることを決定するステップを含む。この方法は、プラズマまたはチャンバからの排気を光学的にモニタするステップを含むことができるモニタするステップを含む。この方法は、プラズマまたはチャンバからの排気を化学的にモニタするステップを含むことができるモニタするステップを含む。この方法は、チャンバ構成要素を取り替える必要性を指し示す警報を生成するステップをさらに含むことができる。この方法は、警報を部品販売業者に通信するステップをさらに含むことができる。
【００３８】
前述は本開示の実施形態を対象としているが、それにより、本開示の他のおよびさらなる実施形態が、本開示の基本範囲を逸脱することなく考案され得、本開示の範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。
【符号の説明】
【００３９】
１００  エッチングシステム
１０２  プラズマチャンバ
１０４  基板支持体
１０６  支持面
１０８  シールドアセンブリ
１１０  リフトシステム
１１１  真空ポンプ
１１２  基板
１１３  フォアライン
１１４  チャンバ壁
１１６  支持リング
１１８  ガス分配プレート
１２０  内部表面
１２１  ガス源
１２２  絶縁体
１２４  電源
１２６  電極
１２８  支持体本体
１３０  電極電源
１３２  シールド部材
１３４  フォーカスリング
１３６  位置合わせリング
１３８  プラズマ
１４０  内部表面
１４２  内部表面
１４４  表面
１５０  窓
１５２  窓
１５３  光学モニタシステム
１５４  センサ
１５６  センサ
１５８  コントローラ
１６０  ユーザインターフェース
１６２  インターネット接続
２００  チャンバ構成要素
２０３  本体
２０５  表面
２０７  第１の材料
２０７  インジケータ
２１０  表面
２１５  ナノ粒子
２１７  インジケータ
２１９  厚さ
２２０  キャップ層
２２５  コーティング
２３０  厚さ
２３２  深さ
２３５  表示層
３００  チャンバ構成要素
３０５  厚さ
３１０  第１の表面
３１５  反対の第２の表面
３２０  コーティング層
４００  チャンバ構成要素
４１０Ａ  キャップ層
４１０Ｂ  他のキャップ層
４１０Ｃ  キャップ層
４１０ｎ  キャップ層
４１５  領域
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
2016216825.tif 000006
【図４】
2016216825.tif 000007
【外国語明細書】
2016216825000001.pdf