(57)【要約】      （修正有）【課題】チャンバ内部品の寿命を正確に検知し、寿命に到達していない部品を交換することによる無駄、及び寿命が経過した部品を継続使用することによるトラブルの発生を防止できるチャンバ内部品を提供する。【解決手段】プラズマ処理装置に適用されるフォーカスリング２６等のチャンバ内部品であって、構成材料とは異なる元素、例えばスカンジウム（Ｓｃ）からなる寿命検出用元素層５１，５２が埋設されているものを組み込んだサセプタ１２を用いてウエハＷに対してＲＩＥ処理を実行し、処理ガス中の発光スペクトルを、プラズマ発光分光器によって監視し、寿命検出用元素層５１，５２に起因するスペクトルを検出することによってフォーカスリング２６等のチャンバ内部品の寿命を検知する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理装置に適用されるチャンバ内部品であって、構成材料とは異なる元素からなる寿命検出用元素層が少なくとも１層埋設されていることを特徴とするチャンバ内部品。
【請求項２】
前記寿命検出用元素層は、前記チャンバ内部品における最も摩耗されやすい表面に対応して埋設されていることを特徴とする請求項１記載のチャンバ内部品。
【請求項３】
前記寿命検出用元素層は、前記チャンバ内部品の許容摩耗厚さの最大値に相当する深さに埋設されていることを特徴とする請求項１又は２記載のチャンバ内部品。
【請求項４】
前記寿命検出用元素層と前記表面との間に別の寿命検出用元素層を設け、前記別の寿命検出用元素層を注意喚起層として機能させ、該注意喚起層よりも深い位置に設けられた前記許容摩耗厚さの最大値に相当する深さの寿命検出用元素層を警告層として機能させることを特徴とする請求項３記載のチャンバ内部品。
【請求項５】
前記注意喚起層と警告層とは、それぞれ異なる元素からなることを特徴とする請求項４記載のチャンバ内部品。
【請求項６】
前記構成材料とは異なる元素は、特定の波長領域にピークを有するプラズマ発光スペクトル又は幅広い波長領域に亘って特有のピークを有するプラズマ発光スペクトルを発生するものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のチャンバ内部品。
【請求項７】
前記元素は、金属であることを特徴とする請求項６記載のチャンバ内部品。
【請求項８】
前記金属は、遷移金属であることを特徴とする請求項７記載のチャンバ内部品。
【請求項９】
前記遷移金属は、スカンジウム（Ｓｃ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）及びトリウム（Ｔｈ）のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項８記載のチャンバ内部品。
【請求項１０】
前記チャンバ内部品は、フォーカスリング、電極、電極保護部材、インシュレータ、絶縁リング、ベローズカバー及びバッフル板のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のチャンバ内部品。
【請求項１１】
複数のチャンバ内部品を備えたプラズマ処理装置であって、前記複数のチャンバ内部品には、それぞれ当該チャンバ内部品の構成材料とは異なる元素からなる寿命検出用元素層が埋設されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項１２】
前記寿命検出用元素層は、前記チャンバ内部品ごとに異なる元素からなることを特徴とする請求項１１記載のプラズマ処理装置。
【請求項１３】
表面から所定深さに、構成材料とは異なる元素からなる寿命検出用元素層を埋設した少なくとも１つのチャンバ内部品を組み込んだプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を実行し、前記チャンバ内部品がプラズマ放電によって摩耗した際、前記寿命検出用元素層に起因するプラズマ発光スペクトルを検出して前記チャンバ内部品の寿命を検知することを特徴とするチャンバ内部品の寿命検出方法。
【請求項１４】
前記プラズマ処理装置には複数の前記チャンバ内部品が組み込まれ、前記複数のチャンバ内部品における前記寿命検出用元素層は、それぞれ異なる元素からなり、各元素に特有のプラズマ発光スペクトルを検出して寿命に到達したチャンバ内部品を特定することを特徴とする請求項１３記載のチャンバ内部品の寿命検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置、チャンバ内部品及びチャンバ内部品の寿命検出方法に関し、特に、チャンバ内部品の寿命を正確に検出することができるプラズマ処理装置、チャンバ内部品及びチャンバ内部品の寿命検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン製のフォーカスリング、電極、石英製のインシュレータ等のプラズマ処理装置のチャンバ内部品は、プラズマによるスパッタリング等によって摩耗するために、定期的に交換される消耗品として取り扱われる。
【０００３】
消耗品としてのチャンバ内部品の交換時期の予測又は検出は非常に困難であり、寿命が来る前に交換することによる無駄、又は寿命が来ても使い続けることにより、例えば部品相互間に生じる隙間に起因して異常放電が生じ、これによってパーティクルが発生する等の問題がある。
【０００４】
従来、消耗品としてのチャンバ内部品の寿命は、例えば使用時間を目安に設定されていた。すなわち、予め寿命設定時間を、例えば２００時間とし、使用時間が２００時間を経過した際に部品交換のためのアラームを鳴らし、これに基づいてチャンバ内部品の交換が行われていた。
【０００５】
しかし、チャンバ内部品の寿命は、施されるプロセス種類、プラズマ処理装置の使用状況等に基づいて変動するものであり、必ずしも使用時間に対応するものではない。従って、使用時間を目安にした部品交換では、部品交換の無駄や異常放電に起因する問題を解消することはできない。
【０００６】
そこで、プラズマ処理装置における異常放電等の問題に対する対策を施すための技術が種々提案されている。
【０００７】
すなわち、異常放電の発生を予測又は検出するプラズマ処理装置に関する先行技術文献として、例えば特許文献１が挙げられる。特許文献１には、プラズマ処理装置の上部電極に高周波電力を印加して直流バイアス電位を生成する高周波電源と、この上部電源に生成される直流バイアス電位をもとに異常放電の有無を判定する異常放電判定手段とを設け、ウエハに対向配置した上部電極に印加するバイアス電位及びウエハを載置する下部電極に印加するバイアス電位をモニタし、その変化を抽出することによって、異常放電の発生を検出又は予測するプラズマ処理装置が開示されている。
【０００８】
また、プラズマ処理装置における被処理体又は装置の状態を予測するための技術が記載された先行技術文献として、例えば特許文献２があげられる。特許文献２には、プラズマ処理装置の運転データと、処理結果データに基づいて、プラズマ処理装置の状態又は被処理体の状態を予測する方法であって、予測に用いるデータを多変量解析に基づいて選択し、選択したデータを用いて回帰式モデルを作成し、このモデルに基づいて被処理体又は装置の状態を予測するプラズマ処理装置の予測方法が開示されている。
【０００９】
また、プラズマ処理装置における無駄な処理や被処理体に対するダメージを未然に防止する技術が記載された先行技術文献として、例えば特許文献３が挙げられる。特許文献３には、処理ガスに放電してプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、発生したプラズマを用いて被処理体にプラズマ処理を施す工程と、プラズマ処理中に、プラズマからの発光を分光してＣＦ２及びＣ２のスペクトル発光強度比を検出する工程と、得られた検出値と、予め求めた基準値とを比較してプラズマ処理を中止するか否かを決定する工程とを有するプラズマ処理方法が記載されており、この方法によれば、無駄な処理又は被処理体に対するダメージを未然に防止できるということである。
【特許文献１】特開２００３−２３４３３２号公報
【特許文献２】特開２００４−３３５８４１号公報
【特許文献３】特開平１０−３３５３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来技術は、いずれもプラズマ処理装置におけるチャンバ内部品の寿命を正確に検知可能なものではなく、依然としてチャンバ内部品をその寿命前に交換することによる無駄、寿命が経過した部品を使用し続けることに起因する異常放電等の問題を解決するまでには至っていない。
【００１１】
本発明の目的は、チャンバ内部品の寿命を正確に検知し、寿命に到達していない部品を交換することによる無駄、及び寿命が経過した部品を継続使用することによるトラブルの発生を防止することができるプラズマ処理装置、チャンバ内部品及びチャンバ内部品の寿命検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１記載のチャンバ内部品は、プラズマ処理装置に適用されるチャンバ内部品であって、構成材料とは異なる元素からなる寿命検出用元素層が少なくとも１層埋設されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載のチャンバ内部品は、請求項１記載のチャンバ内部品において、前記寿命検出用元素層は、前記チャンバ内部品における最も摩耗されやすい表面に対応して埋設されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載のチャンバ内部品は、請求項１又は２記載のチャンバ内部品において、前記寿命検出用元素層は、前記チャンバ内部品の許容摩耗厚さの最大値に相当する深さに埋設されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載のチャンバ内部品は、請求項３記載のチャンバ内部品において、前記寿命検出用元素層と前記表面との間に別の寿命検出用元素層を設け、前記別の寿命検出用元素層を注意喚起層として機能させ、該注意喚起層よりも深い位置に設けられた前記許容摩耗厚さの最大値に相当する深さの寿命検出用元素層を警告層として機能させることを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載のチャンバ内部品は、請求項４記載のチャンバ内部品において、前記注意喚起層と警告層とは、それぞれ異なる元素からなることを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載のチャンバ内部品は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のチャンバ内部品において、前記構成材料とは異なる元素は、特定の波長領域にピークを有するプラズマ発光スペクトル又は幅広い波長領域に亘って特有のピークを有するプラズマ発光スペクトルを発生するものであることを特徴とする。
【００１８】
請求項７記載のチャンバ内部品は、請求項６記載のチャンバ内部品において、前記元素は、金属であることを特徴とする。
【００１９】
請求項８記載のチャンバ内部品は、請求項７記載のチャンバ内部品において、前記金属は、遷移金属であることを特徴とする。
【００２０】
請求項９記載のチャンバ内部品は、請求項８記載のチャンバ内部品において、前記遷移金属は、スカンジウム（Ｓｃ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）及びトリウム（Ｔｈ）のうちの少なくとも１つであることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０記載のチャンバ内部品は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のチャンバ内部品において、前記チャンバ内部品は、フォーカスリング、電極、電極保護部材、インシュレータ、絶縁リング、ベローズカバー及びバッフル板のうちの少なくとも１つであることを特徴とする。
【００２２】
上記目的を達成するために、請求項１１記載のプラズマ処理装置は、複数のチャンバ内部品を備えたプラズマ処理装置であって、前記複数のチャンバ内部品には、それぞれ当該チャンバ内部品の構成材料とは異なる元素からなる寿命検出用元素層が埋設されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１２記載のプラズマ処理装置は、請求項１１記載のプラズマ処理装置において、前記寿命検出用元素層は、前記チャンバ内部品ごとに異なる元素からなることを特徴とする。
【００２４】
上記目的を達成するために、請求項１３記載のチャンバ内部品の寿命検出方法は、表面から所定深さに、構成材料とは異なる元素からなる寿命検出用元素層を埋設した少なくとも１つのチャンバ内部品を組み込んだプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を実行し、前記チャンバ内部品がプラズマ放電によって摩耗した際、前記寿命検出用元素層に起因するプラズマ発光スペクトルを検出して前記チャンバ内部品の寿命を検知することを特徴とする。
【００２５】
請求項１４記載のチャンバ内部品の寿命検出方法は、請求項１３記載のチャンバ内部品の寿命検出方法において、前記プラズマ処理装置には複数の前記チャンバ内部品が組み込まれ、前記複数のチャンバ内部品における前記寿命検出用元素層は、それぞれ異なる元素からなり、各元素に特有のプラズマ発光スペクトルを検出して寿命に到達したチャンバ内部品を特定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１記載のチャンバ内部品によれば、プラズマ処理装置に適用されるチャンバ内部品に、その構成材料とは異なる元素からなる寿命検出用元素層が少なくとも１層埋設されているので、寿命検出用元素層の埋設位置を選定することにより、部品が摩耗して例えば寿命に達した際、構成材料とは異なる元素のプラズマ発光スペクトルが発生し、これを検出することによって、チャンバ内部品の寿命を正確に検知することができる。従って、寿命に到達していない部品を交換することによる無駄、及び寿命が経過した部品を継続使用することによるトラブルの発生を防止することができる。
【００２７】
請求項２記載のチャンバ内部品によれば、寿命検出用元素層が最も摩耗されやすい表面に対応して埋設されているので、チャンバ内部品が寿命に到達したことを正確に検出することができる。
【００２８】
請求項３記載のチャンバ内部品によれば、寿命検出用元素層が、チャンバ内部品の許容摩耗厚さの最大値に相当する深さに設けられているので、チャンバ内部品が寿命に到達したことをより正確に検出することができる。
【００２９】
請求項４記載のチャンバ内部品によれば、寿命検出用元素層と表面との間に別の寿命検出用元素層を設け、該別の寿命検出用元素層を注意喚起層として機能させ、注意喚起層よりも深い位置に設けられた寿命検出用元素層を警告層として機能させるので、予めチャンバ内部品が寿命に到達することを予測して寿命に到達することによる不都合を確実に防止することができる。
【００３０】
請求項５記載のチャンバ内部品によれば、注意喚起層と警告層とを、それぞれ異なる元素からなるものとしたので、注意喚起層まで摩耗したのか、警告層まで摩耗したのかを正確に判別することができる。
【００３１】
請求項６記載のチャンバ内部品によれば、寿命検出用元素層を形成する、構成材料とは異なる元素を、特定の波長領域にピークを有するプラズマ発光スペクトル又は幅広い波長領域に亘って特有のピークを有するプラズマ発光スペクトルを発生するものとしたので、予め発光が予測される特定の波長領域におけるスペクトル、又は幅広い波長領域におけるスペクトルのパターンの変化に基づいて、チャンバ内部品の寿命を検出することができる。
【００３２】
請求項７記載のチャンバ内部品によれば、寿命検出用元素層を形成する元素を金属としたので、所定深さに寿命検出用元素層を埋設したチャンバ内部品の調製が比較的容易となる。
【００３３】
請求項８記載のチャンバ内部品によれば、寿命検出用元素層を形成する元素を遷移金属としたので、金属種を選定することにより、プラズマ処理に悪影響を与えることがなく、且つスペクトルを確実に検出してチャンバ内部品の寿命を正確に検知することができる。
【００３４】
請求項９記載のチャンバ内部品によれば、遷移金属を、スカンジウム（Ｓｃ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）及びトリウム（Ｔｈ）のうちの少なくとも１つとしたので、所定深さに寿命検出用元素層を埋設したチャンバ内部品の調製が比較的容易となり、且つプラズマ処理に悪影響を与えることがない。
【００３５】
請求項１０記載のチャンバ内部品によれば、チャンバ内部品を、フォーカスリング、電極、電極保護部材、インシュレータ、絶縁リング、ベローズカバー及びバッフル板のうちの少なくとも１つとしたので、これら消耗品として扱われるチャンバ内部品の寿命を検出することができる。
【００３６】
請求項１１記載のプラズマ処理装置によれば、複数のチャンバ内部品には、それぞれ当該チャンバ内部品の構成材料とは異なる元素からなる寿命検出用元素層が埋設されているので、部品が摩耗した際に発生する構成材料とは異なる元素のプラズマ発光スペクトルを検出することによって、チャンバ内部品の寿命を検知することができ、寿命に到達していない部品を交換することによる無駄、及び寿命が経過した部品を継続使用することによるトラブルの発生を防止することができる。
【００３７】
請求項１２記載のプラズマ処理装置によれば、寿命検出用元素層を、チャンバ内部品ごとに異なる元素からなるものとしたので、各元素に特有のプラズマ発光スペクトルを検出して寿命に到達したチャンバ内部品を特定することができる。
【００３８】
請求項１３記載のチャンバ内部品の寿命検出方法によれば、構成材料とは異なる元素からなる寿命検出用元素層を埋設した少なくとも１つのチャンバ内部品を組み込んだプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理を実行し、チャンバ内部品がプラズマ放電によって摩耗した際、寿命検出用元素層に起因するプラズマ発光スペクトルを検出してチャンバ内部品の寿命を検知するようにしたので、チャンバ内部品の寿命を正確に検知することができ、寿命に到達していない部品を交換することによる無駄、及び寿命が経過した部品を継続使用することによるトラブルの発生を防止することができる。
【００３９】
請求項１４記載のチャンバ内部品の寿命検出方法によれば、複数のチャンバ内部品における寿命検出用元素層を、それぞれ異なる元素からなるものとし、各元素に特有のプラズマ発光スペクトルを検出して寿命に到達したチャンバ内部品を特定するようにしたので、寿命の到達した部品のみを交換して無駄をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００４１】
図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置としての基板処理装置の概略構成を示す断面図である。この基板処理装置は、基板としての半導体ウエハＷにＲＩＥ（Reactive Ion Etching）処理やアッシング処理等のプラズマ処理を施すように構成されている。
【００４２】
図１において、基板処理装置１０は、円筒形状の処理室１１と、該処理室１１内に配置されて、例えば、直径が３００ｍｍの半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）Ｗを載置する載置台としての円柱状のサセプタ１２とを備えている。
【００４３】
基板処理装置１０では、処理室１１の内側壁及びサセプタ１２の側面により、後述する処理空間Ｓのガスを処理室１１の外へ排出する流路として機能する排気流路１３が形成される。この排気流路１３の途中には排気プレート１４が配置される。
【００４４】
排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部材であり、処理室１１を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られた処理室１１の上部（以下、「反応室」という。）１５には後述するようにプラズマが発生する。また、処理室１１の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１６には処理室１１内のガスを排出する排気管１７，１８が接続される。排気プレート１４は反応室１５に発生するプラズマを捕捉又は反射してマニホールド１６への漏洩を防止する。
【００４５】
排気管１７にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）（図示しない）が接続され、排気管１８にはＤＰ（Dry Pump）（図示しない）が接続され、これらのポンプは処理室１１内を真空引きして減圧する。具体的には、ＤＰは処理室１１内を大気圧から中真空状態（例えば、１．３×１０Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧し、ＴＭＰはＤＰと協働して処理室１１内を中真空状態より低い圧力である高真空状態（例えば、１．３×１０−３Ｐａ（１．０×１０−５Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。なお、処理室１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示しない）によって制御される。
【００４６】
処理室１１内のサセプタ１２には、第１の高周波電源１９及び第２の高周波電源２０がそれぞれ第１の整合器２１及び第２の整合器２２を介して接続され、第１の高周波電源１９は比較的高い周波数、例えば、６０ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に印加し、第２の高周波電源２０は比較的低い周波数、例えば、２ＭＨｚの高周波電力をサセプタ１２に印加する。これにより、サセプタ１２は、該サセプタ１２及び後述するシャワーヘッド３０の間の処理空間Ｓに高周波電力を印加する下部電極として機能する。
【００４７】
また、サセプタ１２上には、静電電極板２３を内部に有する円板状の絶縁性部材からなる静電チャック２４が配置されている。サセプタ１２にウエハＷを載置するとき、該ウエハＷは静電チャック２４上に配される。この静電チャック２４では、静電電極板２３に直流電源２５が電気的に接続されている。静電電極板２３に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２４側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２３及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力により、ウエハＷは静電チャック２４に吸着保持される。
【００４８】
また、サセプタ１２上には、吸着保持されたウエハＷを囲うように、円環状のフォーカスリング２６が載置される。フォーカスリング２６は、導電性部材、例えば、シリコンからなり、プラズマをウエハＷの表面に向けて収束し、ＲＩＥ処理の効率を向上させる。
【００４９】
また、サセプタ１２の内部には、例えば、円周方向に延在する環状の冷媒室２７が設けられる。この冷媒室２７には、チラーユニット（図示しない）から冷媒用配管２８を介して低温の冷媒、例えば、冷却水やガルデン（登録商標）液が循環供給される。該低温の冷媒によって冷却されたサセプタ１２は静電チャック２４を介してウエハＷ及びフォーカスリング２６を冷却する。
【００５０】
静電チャック２４の上面におけるウエハＷが吸着保持される部分（以下、「吸着面」という。）には、複数の伝熱ガス供給孔２９が開口している。これら複数の伝熱ガス供給孔２９は伝熱ガスとしてのヘリウム（Ｈｅ）ガスを、吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給する。吸着面及びウエハＷの裏面の間隙に供給されたヘリウムガスはウエハＷの熱を静電チャック２４に効率的に伝達する。
【００５１】
処理室１１の天井部にはシャワーヘッド３０が配置されている。該シャワーヘッド３０は、処理空間Ｓに露出してサセプタ１２に載置されたウエハＷ（以下、「載置ウエハＷ」という。）に対向する上部電極３１と、絶縁性部材からなる絶縁板３２と、該絶縁板３２を介して上部電極３１を釣支する電極釣支体３３とを有し、上部電極３１、絶縁板３２及び電極釣支体３３はこの順で重畳されている。
【００５２】
上部電極３１は、載置ウエハＷの中心部に対向する内側電極３４と、該内側電極３４を囲み且つ載置ウエハＷの周縁部に対向する外側電極３５とを有する。内側電極３４及び外側電極３５は導電性又は半導電性材料、例えば、単結晶シリコンからなる。
【００５３】
内側電極３４は、例えば、直径が３００ｍｍの円板状部材からなり、厚み方向に貫通する多数のガス穴３６を有する。外側電極３５は、例えば外径が３８０ｍｍ且つ内径が３００ｍｍの円環状部材からなる。
【００５４】
上部電極３１では、内側電極３４に第１の直流電源３７が接続され、外側電極３５に第２の直流電源３８が接続されており、内側電極３４及び外側電極３５には直流電圧がそれぞれ独立的に印加される。
【００５５】
電極釣支体３３は内部にバッファ室３９を有する。バッファ室３９はその中心軸が内側電極３４の中心軸と同軸である円柱状の空間であり、円環状のシール材、例えば、Ｏリング４０によって内側バッファ室３９ａと外側バッファ室３９ｂに区分けされている。
【００５６】
内側バッファ室３９ａには処理ガス導入管４１が接続され、外側バッファ室３９ｂには処理ガス導入管４２が接続されており、処理ガス導入管４１，４２はそれぞれ内側バッファ室３９ａ及び外側バッファ室３９ｂに処理ガスを導入する。
【００５７】
処理ガス導入管４１，４２はそれぞれ流量制御器（ＭＦＣ）（図示しない）を有するので、内側バッファ室３９ａ及び外側バッファ室３９ｂへ導入される処理ガスの流量はそれぞれ独立的に制御される。また、バッファ室３９は電極釣支体３３のガス穴４３、絶縁板３２のガス穴４４及び内側電極３４のガス穴３６を介して処理空間Ｓと連通しており、内側バッファ室３９ａや外側バッファ室３９ｂへ導入された処理ガスは処理空間Ｓへ供給される。このとき、内側バッファ室３９ａ及び外側バッファ室３９ｂへ導入される処理ガスの流量を調整することによって処理空間Ｓにおける処理ガスの分布を制御する。
【００５８】
処理室１１の側壁には、例えば石英ガラスを埋め込んだ窓４５が設けられており、窓４５には、プラズマ発光分光器４６が配設されている。プラズマ発光分光器４６は、処理室１１内で発生する特定波長のプラズマを分光して、チャンバ内部品が寿命に到達したことの検知、プラズマ状態の変化及びプラズマ強度の変化に基づくエッチング処理が終了したこと等の検出を行う。
【００５９】
基板処理装置１０における上述した消耗品としてのチャンバ内部品、例えば、フォーカスリング２６、内側電極３４、外側電極３５、サセプタ１２の側面を構成する図示省略したインシュレータには、それぞれ、その構成材料とは異なる元素からなる寿命検出用元素層が、摩耗を受けやすい表面に対応して所定深さに埋設されている。
【００６０】
図２は、図１におけるチャンバ内部品としてのフォーカスリング２６及び図１において図示省略されたインシュレータ４７の近傍を示す拡大断面図である。
【００６１】
図２において、フォーカスリング２６におけるウエハＷの端部に近い上表面及び上部電極（図示省略）に対向する上表面は、摩耗を受けやすい。従って、この摩耗を受けやすい表面に対応して寿命検出用元素層５１及び５２がそれぞれ埋設されている。
【００６２】
寿命検出用元素層５１及び５２は、フォーカスリング２６の許容摩耗厚さの最大値である、例えば７５０μｍに対応して、それぞれ表面から７５０μｍの深さに設けられている。なお、フォーカスリング２６が寿命に到達したことを検出できればよい場合には、寿命検出用元素層５１及び５２を、７５０μｍよりも深い、例えば深さ７６０μｍの位置に設けてもよい。
【００６３】
フォーカスリング２６は、例えばシリコン製であり、寿命検出用元素層５１及び５２は、Ｓｉ及びＯ以外の元素である、例えばスカンジウム（Ｓｃ）で構成される。スカンジウム（Ｓｃ）は、幅広い波長領域に亘って特有のピークを有するプラズマ発光スペクトルを発生する。従って、フォーカスリング２６が、例えば許容摩耗厚さの最大値まで摩耗し、寿命検出用元素層５１又は５２が露出すると、寿命検出用元素層５１又は５２を形成する元素であるスカンジウム（Ｓｃ）に起因した特有のプラズマ発光スペクトルが幅広い波長領域に亘って発生し、寿命検出用元素層５１又は５２が露出する以前とは異なるスペクトルパターンが現れる。従って、プラズマ発光分光器４６によって、スペクトルのパターンが変更したことをモニタすることによって、寿命検出用元素層５１又は５２が露出したこと、すなわち、フォーカスリング２６が許容摩耗厚さの最大値まで摩耗されて寿命に達したことを検知できる。
【００６４】
図２において、インシュレータ４７は、フォーカスリング２６に対向する上表面が最も摩耗を受け易いので、この部分に対応して寿命検出用元素層５３が埋設されている。インシュレータ４７の許容摩耗厚さの最大値は、例えば２．４ｍｍであり、寿命検出用元素層５３は、表面から、例えば２．４ｍｍの深さに設けられている。なお、インシュレータ４７が寿命に到達したことを検出できればよい場合には、寿命検出用元素層５３を、２．４ｍｍよりも深い、例えば深さ２．５ｍｍの位置に設けてもよい。
【００６５】
インシュレータ４７は、例えば石英製であり、寿命検出用元素層５３は、ＳｉＯ２とは異なる元素である、例えばトリウム（Ｔｈ）によって構成される。トリウム（Ｔｈ）は、幅広い波長領域に亘って特有のピークを有するプラズマ発光スペクトルを発生する。従って、インシュレータ４７が摩耗して寿命検出用元素層５３が露出すると、寿命検出用元素層５３を形成する元素であるトリウム（Ｔｈ）に起因した特有のプラズマ発光スペクトルが幅広い波長領域に亘って発生し、寿命検出用元素層５３が露出する以前とは異なるスペクトルパターンが得られる。従って、スペクトルのパターンが変更したことをプラズマ発光分光器４６でモニタすることによって、寿命検出用元素層５３が露出したこと、すなわち、インシュレータ４７が許容摩耗厚さの最大値まで摩耗されて寿命に達したことを検知することができる。
【００６６】
図３は、図１における内側電極３４を示す拡大断面図である。図３において、内側電極３４の最も摩耗を受け易い部分は、ガス孔３６のガス出口側開口部分（図３中、下表面）であり、主として下表面に対応して寿命検出用元素層が埋設されている。ガス孔３６の口径は、例えば０．５ｍｍであり、摩耗を受けるとその口径が大きくなり、拡径した部分は、次第に上面に向かって進行する。
【００６７】
ガス孔３６におけるガス出口側の最大許容口径は、例えば２．５ｍｍである。従って、図３の断面図上、例えば０．５ｍｍのガス孔３６を中心として、口径２．５ｍｍに相当する位置に対向するように寿命検出用元素層５４ａが設けられている。なお、内側電極３４が寿命に到達したことだけを検出できればよい場合には、図３の断面図上、例えば口径０．５ｍｍのガス孔３６を中心として、例えば口径２．６ｍｍに相当する位置に対向するように寿命検出用元素層５４ａを設けることもできる。
【００６８】
一方、ガス孔３６が拡径した部分の最大許容移動幅は、例えば下面から９ｍｍである。従って、例えば厚さ１０ｍｍの内側電極３４において、その下面から９ｍｍの位置にガス孔３６に対応してその近傍に、複数の寿命検出用元素層５４ｂが設けられている。なお、内側電極３４が寿命に到達したことだけを検出できればよい場合には、寿命検出用元素層５４ｂを、最大許容移動幅よりも若干摩耗が進んだ位置である、例えば下面から９．１ｍｍの位置に設けてもよい。内側電極３４は、例えばシリコン製であるので、寿命検出用元素層５４は、Ｓｉ及びＯとは、異なる金属、例えばネオジウム（Ｎｄ）によって形成される。
【００６９】
なお、寿命検出用元素層５１〜５４は、チャンバ内部品の最も摩耗を受けやすい表面に対応して設ける外、全表面に対応して設けることもできる。最も摩耗を受けやすい表面に対応して一部に埋設するか、部品の全表面に対応して埋設するかは、例えばチャンバ内部品の製造方法、寿命検出用元素層の埋設方法等に従って決定すればよい。
【００７０】
チャンバ内部品における寿命検出用元素層は、例えばイオン注入法を利用して形成される。以下、寿命検出用元素層５１及び５２が設けられたフォーカスリング２６の調製方法について説明する。
【００７１】
先ず、公知の方法に従ってシリコン製のフォーカスリング２６を製造し、その後、シリコンとは異なる元素である例えばスカンジウム（Ｓｃ）からなる寿命検出用元素層の埋設を行う。スカンジウム（Ｓｃ）の埋設は、例えばイオン注入法を適用したイオン注入装置を用いて行う。
【００７２】
イオン注入装置の内部を、例えば１×１０−４Ｐａ程度の真空に保ち、イオン源においてスカンジウム（Ｓｃ）イオンを作製し、加速管で電界によりスカンジウム（Ｓｃ）イオンを加速する。加速したスカンジウム（Ｓｃ）イオンを、デフレクタ、スリットなどの方向を制御する装置を通すことによって方向づけし、質量分析器によって必要な質量のイオンを選択し、例えばスキャナーを用いてターゲットとしてのフォーカスリング２６の所定箇所に照射、走査してスカンジウム（Ｓｃ）イオンをフォーカスリング２６の所定箇所に打ち込み、寿命検出用元素層５１及び５２を形成する。
【００７３】
このとき、スカンジウム（Ｓｃ）イオンの深さ、すなわち寿命検出用元素層の埋設深さは、適用するイオン種と、フォーカスリングの組成及び加速電圧等によって決定される。従って、埋設深さは、正確に制御可能である。また、ビームの直進性により照射部分のみにスカンジウム（Ｓｃ）イオンをドープすることができるので、被処理材であるフォーカスリング２６の形状変化を生じることはない。イオン注入法は、処理対象部品の構成材料と注入するイオン種との組合せを自由に選択することができ、フォーカスリング２６以外のチャンバ内部品についても同様にして、許容摩耗厚さの最大値に相当する深さに寿命検出用元素層が埋設される。
【００７４】
寿命検出用元素層の埋設は、イオン注入法に限られるものではなく、例えば、部品の作成プロセスの途中で、異種材料によって成膜したり、異種材料膜を挟み込む方法によって埋設することもできる。
【００７５】
このような寿命検出用元素層が埋設されたチャンバ内部品を組み込んだ図１の基板処理装置１０において、載置ウエハＷに対してＲＩＥ処理が施される。
【００７６】
載置ウエハＷにＲＩＥ処理を施す際、シャワーヘッド３０が処理ガスを処理空間Ｓに供給し、第１の高周波電源１９がサセプタ１２を介して処理空間Ｓに６０ＭＨｚの高周波電力を印加すると共に、第２の高周波電源２０がサセプタ１２に２ＭＨｚの高周波電力を印加する。このとき、処理ガスは６０ＭＨｚの高周波電力によって励起されてプラズマとなる。また、２ＭＨｚの高周波電力はサセプタ１２においてバイアス電圧を発生させるため、載置ウエハＷの表面にプラズマ中の陽イオンや電子が引き込まれ、該載置ウエハＷにＲＩＥ処理が施される。
【００７７】
なお、上述した基板処理装置１０の各構成部品の動作は、基板処理装置１０が備える制御部（図示しない）のＣＰＵが制御する。
【００７８】
このとき、基板処理装置１０において、チャンバ内部品の寿命の検出は以下のように行われる。
【００７９】
図４は、チャンバ内部品の寿命検出方法の手順を示すフローチャートである。
【００８０】
図４において、先ず、プラズマ処理装置としての基板処理装置１０に、それぞれ寿命検出用元素層が埋設されたチャンバ内部品を組み込む（ステップＳ１）。次に、チャンバ内部品を組み込んだ基板処理装置１０を用いてウエハＷに対して、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）処理を開始する（ステップＳ２）。ＲＩＥ処理を開始した後、所定の時間インターバルで、又は常時、プラズマ発光分光器４６を用いて処理空間Ｓ内の処理ガス中のプラズマ発光スペクトルを監視する（ステップＳ３）。処理ガス中のプラズマ発光スペクトルを監視することにより、処理室１１内の状態を検知する。
【００８１】
次いで、発光スペクトルが、チャンバ内部品に埋設された寿命検出用元素層に起因するものであるか否か判別する（ステップＳ４）。判別の結果、発光スペクトルが、チャンバ内部品の寿命検出用元素層に起因するものである場合は、検出した発光スペクトルに対応するチャンバ内部品が寿命に達したことを検知して警告を発し（ステップＳ５）、その後、ＲＩＥ処理を停止して（ステップＳ６）本処理を終了する。一方、ステップＳ４における判別の結果、発光スペクトルが、チャンバ内部品の寿命検出用元素層に起因するものでない場合は、ステップＳ３に戻り、ステップＳ３〜ステップＳ４の操作を繰り返す。
【００８２】
本実施の形態によれば、フォーカスリング２６をはじめとするチャンバ内部品として、その構成材料とは異なる元素からなる寿命検出用元素層５１〜５４が、許容摩耗最大厚さに相当する深さに埋設された部品を用いたので、プラズマ処理中の発光スペクトルを監視し、寿命検出用元素層に起因する発光スペクトルを検出することによって、当該部品が寿命に達したことを正確に検知することができ、これによって、寿命に到達していない部品を交換することによる無駄、及び寿命が経過した部品を継続使用することによるトラブルの発生を防止することができる。
【００８３】
本実施の形態において、寿命検出用元素層５１〜５４と、部品表面との間に、寿命検出用元素層５１〜５４とは異なる金属からなる別の寿命検出用元素層を設け、注意喚起層として機能させることもできる。これによって、チャンバ内部品が、予め寿命に到達することを予測して寿命に達することによる不都合を確実に回避することができる。また、許容摩耗厚さの最大値に相当する深さの寿命検出用元素層５１〜５４と、部品表面との間にそれぞれ異なる元素からなる別の寿命検出用元素層を複数設け、当該部品の摩耗深さを常時モニタすることもできる。
【００８４】
本実施の形態において、寿命検出用元素層の構成元素としては、チャンバ内で使用されていない元素であることが好ましく、スカンジウム（Ｓｃ）、トリウム（Ｔｈ）、ネオジウム（Ｎｄ）等の遷移金属を用いたが、これ以外の遷移元素、例えばジスプロシウム（Ｄｙ）、ツリウム（Ｔｍ）、ホルミウム（Ｈｏ）等を用いてもよい。これらの遷移金属は、幅広い波長領域で発光スペクトルを発生するので、発光スペクトルのパターンが、それ以前と比べて変化したことを検出することによって寿命検出用元素層が露出したことを検出することができる。
【００８５】
寿命検出用元素層を形成する元素としては、遷移元素の外、例えばアルカリ金属、アルカリ土類金属等を用いることもできる。例えばナトリウム（Ｎａ）は波長領域５８９ｎｍにおいて、カリウム（Ｋ）は波長領域７６６，７７０ｎｍにおいて、リチウム（Ｌｉ）は波長領域６７０，６１１ｎｍにおいて、タリウム（Ｔｌ）は波長領域５３５ｎｍにおいて、インジウム（Ｉｎ）は波長領域４５１ｎｍにおいて、ガリウム（Ｇａ）は波長領域４１０ｎｍにおいて、それぞれ強い発光スペクトルを発生する。従って、上記特定の波長領域において、発光スペクトル強度が増大したことを、例えば時間微分等の方法によって検出し、これに基づいて寿命検出用元素層が露出して寿命に達したことを検出するようにしてもよい。
【００８６】
本実施の形態において、チャンバ内部品はフォーカスリング、電極、電極保護部材、インシュレータ、絶縁リング、ベローズカバー及びバッフル板のうちの少なくとも１つである。これらの部品は、いわゆる消耗品として扱われるので、その寿命を監視する必要がある。
【００８７】
本実施の形態において、フォーカスリング、インシュレータ、電極等に埋設する寿命検出用元素層を形成する元素は、チャンバ内の部品ごとに異なるものであることが好ましい。これによって、各元素に特有のプラズマ発光スペクトルを検出して寿命に到達したチャンバ内部品を正確に特定することができる。
【００８８】
本実施の形態において、チャンバ内部品の表面に、当該部品の構成部材とは異なる元素からなる所定厚さのコーティング層を設け、このコーティング層が摩耗された際に発生する内側の構成部材の元素に起因したプラズマ発光スペクトルを検出することによって、当該チャンバ内部品が摩耗し、寿命に達したことを検知することもできる。
【００８９】
なお、上述した本実施の形態では、エッチング処理が施される基板が半導体ウエハＷであったが、エッチング処理が施される基板はこれに限られず、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＦＰＤ（Flat Panel Display）等のガラス基板であってもよい。また、本発明は、基板処理装置、半導体製造装置、ＦＰＤ製造装置、プラズマを用いたドライ洗浄装置をはじめ、あらゆるプラズマ装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置としての基板処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１におけるチャンバ内部品としてのフォーカスリング及び図１において図示省略されたインシュレータの近傍を示す拡大断面図である。
【図３】図１における内側電極を示す拡大断面図である。
【図４】チャンバ内部品の寿命検出方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９１】
Ｗ  ウエハ
１０  基板処理装置
１１  処理室
１２  サセプタ
２６  フォーカスリング
３１  上部電極
３４  内側電極
３５  外側電極
３６  ガス穴
３７  第１の直流電源
３８  第２の直流電源
４７  インシュレータ
５１〜５４  寿命検出用元素層
【図１】
2009245988.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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