JP5010610B2 - 基板温度決定装置およびその決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、概ね、基板製作技術に関し、より詳しくは、基板温度決定装置とその決定方法に関する。

例えば、フラットパネル・ディスプレイ製作に用いられるような半導体基板やガラスパネル等の基板の処理において、しばしばプラズマが用いられる。基板の処理の一部として、例えば、基板は複数のダイ、または複数の長方形のエリアに分割され、それぞれが集積回路となる。その後、基板は、例えば、材料が選択的に除去（エッチング）されたり、堆積されたりする一連の工程で処理される。およそ２，３ナノメータ単位でトランジスタゲートの限界寸法（ＣＤ）を制御するのは、最も重要なことであり、目標とするゲートの長さから１ナノメータずれる毎に、これらの装置の操作速度に直接影響を及ぼすことになる。

硬化エマルジョン領域は、その後、選択的に除去され、その下に位置する層の成分が露出される。その後、基板は、チャックまたは受け台と呼ばれる、単極電極または二極電極を備える基板支持構造上のプラズマ処理室内に配される。次に、適当な腐食液をプラズマ処理室内に流し込んで、衝撃を与えることによりプラズマを形成し、基板の露出領域をエッチングする。

しかしながら、上記およびその他のプラズマ処理の場合、室内残渣の蓄積、プラズマ処理室構造に対するプラズマ損傷等により、プラズマ処理システム内における処理状況が動的となるため、プラズマ処理をモニタするのは困難な場合が多い。例えば、プラズマ処理装置内の基板のプラズマ処理の均一性を高めるために、（例えば、ＣＶＤまたはＰＶＤ技術により）材料が堆積されおよび／またはフォトレジストを除去された、エッチングが発生する基板の露出面の温度を制御するのが望ましい。基板の温度がある温度以上に上昇すると、基板損傷（例えば、フォトレジスト損傷）が起こり、温度に依存して化学反応が変化する可能性がある。基板温度は、また、基板面上のポリフルオロカーボン等の高分子フィルム堆積率を変更することによってプラズマ選択性に大きな影響を与えるかもしれない。慎重にモニタすることで、変化を最小限に抑えることができ、他のパラメターのために、より広いプロセス・ウインドーを提供することができ、処理制御を向上させることができる。しかしながら、実際は、プラズマ処理に影響を与えることなく、ｉｎ ｓｉｔｕ温度を直接決定することは困難かもしれない。よって、物理的に基板と接触しない間接温度測定（ＩＴＭ）装置が好まれる。

しかしながら、ＩＴＭ装置の中には、近接するその他の構成物（例えば、チャック等）により伝播される温度エネルギーから基板温度を十分に隔離するのは不可能かもしれない。例えば、サーモカップルを基板と熱的接触するチャックに取り付けてもよい。基板と異なる熱容量を有するチャックもまた、異なる温度を有するかもしれない。よって、ＩＴＭ装置は、特定の処理方法における特定の基板構造に概ね校正されていなければならない。

逆に、他のＩＴＭ装置は、温度的に基板を隔離することができるが、それ自体が基板間の物理的変動に敏感なため、測定温度に影響がでる。よって、ＩＴＭ装置もまた校正される必要がある。例えば、基板温度と相互に関連する基板の放出放射線（例えば、光ルミネッセンス）の輝度を測定するのに電磁パイロメータを用いてもよい。一般的には、基板は、ある周波数の電磁放射線を吸収し、基板の特定の構成、構成物、および特性に対応する他の周波数で放射線を放出することができる。

一般的には、数種の校正方法がある。特に、ある校正方法では、ＩＴＭ装置で測定したｉｎ ｓｉｔｕ第一の基板温度を、より正確な校正装置で測定した同基板の第二の温度と比較する工程を含む。しかしながら、校正装置は、その一部において、一般的には、基板と物理的に接触する必要があるので、校正装置は、一般的には、通常の基板処理には適さない。例えば、特定の処理において特定の基板構造のバッチ処理を行う前に、ＩＴＭ装置は校正装置で校正される。一旦校正されると、通常の基板処理が始まる。

蛍光体を用いた温度計測が一般的にＩＴＭ装置の校正に用いられる。第一の波長帯内の無機蛍光体に対する第一の伝播光（電磁放射線）、およびその後に、第二の波長帯内の蛍光応答の減衰率を測定することにより、蛍光体の温度およびこの蛍光体を配した基板の温度を決定することができる。さらに、蛍光体は、物理的に基板と接触するので、蛍光体の温度計測法は、一般的には製作基板に用いないほうがよい。

一般的に、蛍光体は、微量元素にドープされた微細粒子で、短波長光（紫外線または青）で励起されると、長波光を射出する。セラミック蛍光体は、非常に高温に耐え得るので、一般的には、プラズマ処理室として好ましい。セラミック蛍光体は、一般的には、無機、非金属、および結晶構造（例えば、Ｅｕ，Ｄｙ，またはＴｍでドープされたＹ_３Ａ_１５Ｏ_１２（ＹＡＧ）、ＥｕでドープされたＹ_２Ｏ_３、または同様の希土類化合物）である。

校正基板の場合、蛍光体粒子は、基板面、一般的にはチャックに対向する基板側壁、に貼り付けられ、チャック内の空洞部に位置されるレーザー／センサ兼用器具によって照射される。一般的に、校正基板は、蛍光体粒子が配される基板面上に特別なノッチを有してもよい。構造によっては、蛍光体粒子は、結合材を用いて基板に直接貼り付けられる。バインダーは、塗装すると、蛍光体粒子に均一性と凝固性を提供しやすい材料であり、基板面自体と結合しやすい。他の構造では、蛍光体粒子は、基板に取り付けられるパッチに埋め込まれる。通常は、静電気力によって、チャック上の基板を固定するチャック処理と緩衝するのを防止するために、バインダーと組み合わされ、または蛍光体パッチ上に配された蛍光体粒子は、ノッチ内の凹部に配される。

図１を参照すると、基板製作に用いられる一般的な蛍光体温度計測器構造が図示されている。一般的には、チャック１１６上に位置される半導体基板またはガラス板等の基板１１４の露出領域を処理（例えば、エッチングまたは堆積）するために、適当なガスが流され、イオン化され、プラズマ１１０を形成する。基板１１４は、上記の蛍光体材料１４０でさらに構成される。光ファイバーセンサ／トランスミッタ１４２は、レーザーが蛍光体材料１４０に伝播され、その結果、蛍光応答が測定されるように位置づけされる。さらに、観察された蛍光応答を記録し、その蛍光応答を適当な基板温度に関連付けることができるデータ取得および分析装置１４４が光ファイバーセンサ／トランスミッタ１４２に連結される。

図２を参照すると、蛍光体温度計測器を備える、容量結合プラズマ処理システムの略図が図示されている。一般的に、容量結合プラズマ処理システムは、１つまたは複数の独立したＲＦソース発生器を備えて構成され得る。ＲＦソース発生器１３４によって発生されたＲＦソースは、一般的には、プラズマを発生させるために用いられ、また同様に、容量結合を介してプラズマ濃度を制御するのに用いられる。ＲＦバイアス発生器１３８によって発生されたＲＦバイアスは、一般的には、ＤＣバイアスとイオン衝撃エネルギーを制御するのに用いられる。さらに、ＲＦ電源のインピーダンスをプラズマ１１０のインピーダンスにマッチさせる、マッチング回路１３６がＲＦソース発生器１３４およびＲＦバイアス発生器１３８に連結されている。容量リアクタの他の形態は、ＲＦ電源と頂部電極１０４に繋がるマッチング回路を有する。さらに、同様のＲＦ装置と電極装置に従う三極管等のマルチアノードシステムがある。

一般的に、適当な種類のガスが、ガス供給システム１２２からプラズマ室壁１１７を有するプラズマ室１０２内へ頂部電極１０４の給気口を通って流れ込む。これらのプラズマ処理ガスは、順次イオン化されてプラズマ１１０を形成し、電極を兼ねたチャック１１６上のエッジリング１１５に位置づけされる半導体基板またはガラス板等の基板１１４の露出領域を処理（例えば、エッチングまたは堆積）する。さらに、チャック１１６は、光ファイバーセンサ／トランスミッタ１４２がレーザーを蛍光体材料１４０に伝播し、その結果、蛍光応答を測定するように、空洞部を備えて構成されてもよい。さらに、バルブ１１２と一組のポンプ１１１を含む真空システム１１３は、一般的には、プラズマ１１０を維持するのに必用な圧力を得るために、プラズマ室１０２から雰囲気を吸引するのに用いられる。

加えて、ある種の冷却システム（不図示）は、プラズマが発火すると、熱平衡を得るために、チャック１１６に連結される。冷却システム自体は、通常、チャック内の空洞を通って冷却剤をくみ上げる冷却装置と、チャックと基板の間からくみ上げられるヘリウムガスからなる。加えて、発生した熱を除去するために、冷却装置は、ヘリウムガスによっても熱放散を制御することが可能である。即ち、続いてヘリウム圧力を上げることによっても、熱伝達率は向上する。

一般的には、即発蛍光減衰時間tは、温度関数に比例し、下記の式で定義される。

ここで、Ｉは蛍光輝度（−）、Ｉ_０は最初の蛍光輝度（−）、ｔは励起中断（ｓ）からの時間、tは即発蛍光減衰時間（ｓ）である。蛍光輝度の統合は任意である。輝度を、元の値のｅ^−１（３６．８％）まで減少させるために必用な時間は、即発蛍光減衰時間で定義可能である。（Ａｄｖａｎｃｅｓ Ｉｎ Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｈｏｓｐｈｏｒ Ｔｈｅｒｍｏｍｅｔｒｙ Ｆｏｒ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｂｙ Ｓ．Ｗ．Ａｌｌｉｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，ｐ．２を参照）

図３を参照すると、各々の主輝線の温度幅が０°Ｋから１９００°Ｋの範囲を超える確立した蛍光体の寿命減衰特性の略図を図示している。（Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｓｅｎｓｏｒ ｆｏｒ ＰＥＭ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌｓ，ｂｙ Ｓ．Ｗ．Ａｌｌｉｓｏｎ，Ｏａｋ Ｒｉｄｇｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｕ．Ｓ．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ，ｐ．７を参照）

図４を参照すると、蛍光体粒子がシリコン粘着剤等のバインダーによって基板面に貼り付けられた状態の基板の略図が図示されている。上述の通り、蛍光体粒子は、結合材１４０ａを用いて、一般的にはプラズマ１１２から離れた基板面上に配されるノッチ４０６内で基板１０８に直接貼り付けてもよい。本実施形態においては、幅４０２は（横軸に沿って）０．２５インチであり、高さ４０４は（垂直軸に沿って）約０．００６インチである。

図５を参照すると、蛍光体パッチを備える基板の略図が図示されている。上述の通り、蛍光体パッチ１４０ｂは、熱伝導性のシリコン粘着剤５０５を用いて、一般的にはプラズマ１１２から離れた基板面上に配されるノッチ４０６内で基板１０８に直接貼り付けられていてもよい。

基板ノッチ内のセラミック粒子は、一般的には基板とチャックの間に遮蔽されているが、露出されて、プラズマでエッチングされてもよい。不揮発性セラミック粒子は、プラズマ処理によって発生する他の有機または無機副産物と自由に結びついて、プラズマ室の内壁面に堆積可能である。これらの副産物は、薄片であり、基板の欠陥を引き起こしやすく、平均洗浄間隔（ＭＴＢＣ）を減少させたり、生産量を減少させたりするかもしれない。

上記に鑑みて、プラズマ室の汚染を最小限に抑えつつ、基板温度決定装置とその決定方法を取得するのが望ましい。

一実施形態における本発明は、基板温度測定装置に関する。この装置は、基板と熱的接触する蛍光体材料を含み、この蛍光体材料は、第二の波長帯において電磁放射線に曝されると、第一の波長帯において蛍光応答を生じさせ、この蛍光応答は、蛍光体材料の温度と関連する減衰率で減衰し、さらにこの蛍光体材料は、プラズマに曝されると、第一の組の不揮発性副産物を生じる。装置は、また、蛍光体材料とプラズマとの間に位置づけられる遮蔽窓を含み、この遮蔽窓は、第一の波長と第二の波長を少なくとも部分的に伝播可能とし、この遮蔽窓は、プラズマに曝されると、第一の組の不揮発性副産物よりも少量の第二の組の不揮発性副産物を生じさせ、電磁放射線が遮蔽窓を介して蛍光体材料に伝播されると、蛍光応答の減衰率から温度が決定される。

一実施形態における本発明は、基板温度測定装置に関する。この装置は、蛍光体材料を基板に熱的結合させる手段と、第二の波長帯において電磁放射線に曝されると、第一の波長帯内で蛍光応答を生じさせる蛍光体材料と、蛍光体材料の温度に関連する減衰率で減衰する蛍光応答と、プラズマに曝されると、第一の組の不揮発性副産物を生じさせる蛍光体材料とを含む。この装置は、また、蛍光体材料とプラズマとの間に遮蔽窓を位置づける手段を含み、遮蔽窓によって、第一の波長と第二の波長を少なくとも部分的に伝播可能とし、この遮蔽窓は、プラズマに曝されると、第一の組の不揮発性副産物よりも少量の第二の組の不揮発性副産物を生じさせる。さらに、この装置は、電磁放射線が遮蔽窓を介して蛍光体材料に伝播されると、蛍光応答の減衰率から温度を決定する手段を含む。

一実施形態における本発明は、基板温度測定方法に関する。この方法は、蛍光体材料を基板に熱的結合させる工程と、第二の波長帯における電磁放射線に曝されると、蛍光体材料が第一の波長帯における蛍光応答を生じる工程と、蛍光体材料の温度に関連する減衰率で蛍光応答が減衰する工程と、プラズマに曝されると、蛍光体材料が第一の組の不揮発性副産物を生じさせる工程とを含む。この方法は、また、蛍光体材料とプラズマの間に遮蔽窓を配する工程を含み、この遮蔽窓によって、第一の波長と第二の波長を少なくとも部分的に伝播可能で、さらにこの遮蔽窓は、プラズマに曝されると、第一の組の不揮発性副産物よりも少量の第二の組の不揮発性副産物を生じさせる。この方法は、電磁放射線が遮蔽窓を介して蛍光体材料に伝播されると、蛍光応答の減衰率から温度を決定する工程を含む。

本発明の上記特徴およびその他の特徴は、添付の図面を参照しつつ、以下の本発明の詳細な説明に詳細に記載される。

本発明は、添付図面に図示されるような２，３の好ましい実施形態を参照して、以下に詳細に説明される。以下の説明において、特定された多数の詳細は、本発明の全体を理解するために提供されたものである。しかしながら、当業者であれば、本発明はこれらの特定の詳細のいくつかまたは全てを参照しなくても実施可能であることは明らかである。一方では、本発明を不必要に漠然とさせないように、周知の工程および／または構成は詳細に説明していない。

本発明者は、理論に縛られず、セラミックの蛍光体粒子とプラズマとの間に遮蔽窓を配することにより、プラズマ室の汚染を最小限に抑えつつ、蛍光体温度計測器を用いて基板温度を決定することができるものと考える。一実施形態では、遮蔽窓は石英からなる。一実施形態では、遮蔽窓はサファイアからなる。一実施形態では、遮蔽窓はガラスからなる。一実施形態では、このガラスはホウケイ酸塩を含む。一実施形態では、遮蔽窓はＭｇＦ_２からなる。

自明ではないが、セラミックの蛍光体粒子とプラズマとの間に配されるプラズマ室内の予備構造、即ち遮蔽窓によって、プラズマ室内の汚染を軽減することができる。基板とチャックとの間に配されるセラミックの蛍光体粒子によって最低限の汚染危機が誘発されると一般的には考えられている。しかしながら、一般的には、基板質量によって遮蔽されているものの、基板ノッチ内のセラミック粒子はプラズマに曝されており、それによって、不揮発性副産物が生じる。プラズマ処理で発生する他の有機及び無機副産物を組み合わせると、不揮発性副産物は、内部壁およびプラズマ室壁に堆積する可能性があり、その結果、フィルムをプラズマ室から効率よく排出するのが困難となる。

装置の寸法が小さくなり、進歩した材料が使用されるようになるに従って、汚染がより顕著になる。汚染の例としては、高誘電率絶縁膜（ＨｆＯｘ，ＨｆＳｉｘＯｙ等）副産物、金属電極（Ｐｔ，Ｉｒ，ＩｒＯｘ等）副産物、記憶物質副産物（ＰｔＭｎ，ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＦｅＷ等）、相互連結副産物（Ｃｕ，Ｒｕ，ＣｏＷＰ，Ｔａ等）がある。結果的に発生する汚染物質は薄片であるため、基板の傷を起しやすく、平均洗浄間隔（ＭＴＢＣ）の平均時を減少させたり、生産量を減少させるたりする。例えば、プラズマ処理によっては、導電性被膜の堆積物はプラズマ室の内壁面に堆積し、プラズマソースおよびプラズマバイアスのＦＷ結合に衝撃を与えるかもしれない。さらに、副産物の堆積によって、プラズマ密度ドリフトが引き起こされるかもしれない。

プラズマ室内の壁面に堆積物が貼り付く程度とその結果室内が汚染するであろう可能性の程度は、普通は、特定のプラズマ処理方法（例えば、化学、応力および温度）と、プラズマ室処理キットの初期の壁面状態によって決まる。一般的に、比較的安定した架橋構造が出来上がるので、有機結合は非常に強く、接着性（即ち、Ｃ−Ｈ，Ｃ−Ｃ，Ｃ＝Ｃ，Ｃ−Ｏ，Ｃ−Ｎ等）がある。これらの副産物は、薄片であり、基板を傷つき易くし、平均洗浄間隔（ＭＴＢＣ）間の平均時を減少させ、生産量を減少させたりする。例えば、プラズマ処理によっては、副産物の導電性被膜は、プラズマ室内の壁面に形成されて、プラズマソースおよびプラズマバイアスのＦＷ結合に衝撃を与えるかもしれない。

一実施形態では、遮蔽窓は、石英（ＳｉＯ_２）からなる。石英は、プラズマに曝すと容易に除去できる揮発性の副産物を生じる傾向があるので、プラズマ室に一般的に用いられる。例えば、

図６を参照すると、石英（ＳｉＯ_２）の伝播グラフが図示されている。一般的に、石英は、セラミック蛍光体を照明するために、約０．２５ミクロンから約３．５ミクロンの波長帯の間で光の実質的な部分を伝播することができる。

図７を参照すると、ホウケイ酸塩ガラスの伝播グラフが図示されている。Ｐｙｒｅｘ（登録商標）、またはＢｏｒｏｆｌｏａｔｅ（登録商標）としても知られているホウケイ酸塩ガラスは、一般的には、プラズマに対して化学的に不活性であり、そのため、不揮発性副産物をほとんど生じさせない。一般的に、ホウケイ酸塩ガラスは、セラミック蛍光体を照明するために、約０．５ミクロンから約２．５ミクロンの間の波長帯で光の実質的な部分を伝播することができる。

図８を参照すると、サファイアの伝播グラフが図示されている。サファイアは、一般的にはプラズマに対して化学的に不活性であり、そのため、副産物をほとんど生じさせない。一般的に、サファイアは、セラミック蛍光体を照明するために、約０．２ミクロンから約５ミクロンの間の波長帯で光の実質的な部分を伝播することができる。

図９を参照すると、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）の伝播グラフが図示されている。一般的に、ＭｇＦ_２は、セラミック蛍光体を照明するために、約０．２ミクロンから約５ミクロンの間の波長帯で光の実質的な部分を伝播することができる。ＭｇＦ_２は、プラズマに曝されても、凹凸が多く、耐久性があるので、サファイア同様、副産物をほとんど生じさせない。一実施形態において、石英の遮蔽窓は、サファイアおよび／またはＭｇＦ_２でプラズマ側が被覆され、実質的にエッチングが軽減され、それによって、副産物の発生を減少させる。

一実施形態において、遮蔽窓は、波面の歪曲の伝播を低下させるような構造を有する。一般的に、伝播された波面の歪曲は、遮蔽窓の屈折率の均質性を測定することにより、算出される。

図１０Ａを参照すると、本発明の一実施形態による基板の略図が図示されており、遮蔽窓は粘着剤で基板に固定されている。上述の通り、遮蔽窓１０４０ａは、石英、サファイア、ガラス、およびＭｇＦ_２の少なくともいずれかからなる。一実施形態において、粘着剤１００５はシリコン粘着剤であってもよい。一実施形態において、蛍光体粒子１０４０ｂは、基板に貼り付ける前に、シリコン粘着剤等の結合材を用いて、遮蔽窓１０４０ａに直接貼り付けられていてもよい。上述の通り、ノッチ１００６は、一般的には、プラズマ１１２から離れた基板面上に配される。一実施形態において、遮蔽窓１０４０ａは、レンズ形状をしているので、蛍光応答に焦点を合わせることができる。この実施形態の利点は、最低限の不揮発性副産物で基板温度を測定することができ、損傷を受けた場合に、セラミックの蛍光体粒子を変更または取り替えることができ、さらに、基板製作設備でセラミックの蛍光体粒子を加えたり、取り替えたりすることができる点である。

図１０Ｂを参照すると、本発明の一実施形態による基板の略図が図示されており、セラミック蛍光体粒子が遮蔽窓に形成されている。上述の通り、遮蔽窓１０４０ｃは、石英、サファイア、ガラス、およびＭｇＦ_２の少なくともいずれかで構成されてもよい。一実施形態において、粘着剤１００５はシリコン粘着剤である。ノッチ１００６は、一般的には、プラズマ１１２から離れた基板面上に配される。この実施形態の利点は、最低限の不揮発性副産物の汚染で基板温度の測定をし、損傷を受けた場合に、セラミックの蛍光体粒子および遮蔽窓を一体部品として変更または取り替えることが可能で、一体部品としてのセラミックの蛍光体粒子と遮蔽窓を基板製作設備で追加または取り替えることができ、個別の構成要件とは対照的に、一つの基板に対して一つの部品だけを注文すればよいので、部品の在庫を最小限に抑えることができる点である。

図１１Ａを参照すると、本発明の一実施形態による基板の略図が図示されており、遮蔽窓は、粘着剤を必要とせずに基板棚に固定されている。上記の通り、遮蔽窓１１４０ａは、石英、サファイア、ガラス、およびＭｇＦ_２のいずれかで構成されてもよい。一実施形態において、遮蔽窓は、シリコン粘着剤等の粘着剤で基板１１０８に固定されている。一実施形態において、遮蔽窓１１４０ａは、押圧係合により基板ノッチ１１０６の横合わせ面１１０７および垂直合わせ面１１０９と結合するように構成されている。一実施形態において、遮蔽窓は、摩擦係合により基板ノッチの横合わせ面１１０７および垂直合わせ面１１０９と結合するように構成されている。摩擦力は、一般的に、除去力に対する表面積全体にかかる抵抗力として定義される。一実施形態において、遮蔽窓の係合面は、ノッチ１１０６上の対応する係合面に対して保持力を与えることができ、この保持力は、実質的には、摩擦力よりも大きい。保持力は、一般的には、除去力の平行成分に対する抵抗として定義される。

一実施形態において、蛍光体粒子１１４０ｂは、シリコン粘着剤等の結合材を用いて遮蔽窓１１４０ａに直接貼り付けられていてもよい。上記の通り、ノッチ１１０６は、一般的には、プラズマ１１２から離れた基板面上に配される。この実施形態の利点は、最低限の不揮発性副産物汚染で基板温度を測定し、２列のノッチによって、セラミックの蛍光体粒子をプラズマから遮蔽可能とし、さらに、蛍光体の厚みの制御性を向上させ、損傷した場合に、セラミックの蛍光体粒子および／または遮蔽窓を交換または取り替えることが可能で、さらに、基板製作設備で、セラミックの蛍光体粒子および／または遮蔽窓を追加または取り替えることができる点である。

図１１Ｂを参照すると、本発明の一実施形態による基板の略図が図示されており、セラミック蛍光体粒子の層が貼り付けられた遮蔽窓が、粘着剤で基板棚に横方向および垂直方向に固定されている。一般的には、異なる校正基板のうち、基板１１０８とセラミックの蛍光体粒子１１４０ｂの層の間の粘着剤の厚みのばらつきにより、温度測定にばらつきがでるかもしれない。つまり、校正基板（プラズマ力を加えられた）に応力が加えられると、様々な厚みの粘着剤の層が結果的に、熱エネルギーを伝え、セラミックの蛍光体粒子に対する比率にばらつきを与える可能性がある。例えば、ＩＴＭ装置の校正がうまくいっている間に、第一の校正基板（セラミックの蛍光体粒子が貼り付けられた）が、第二の校正基板と交換され、校正基板間の粘着剤の層の厚みが異なると、誤ってＩＴＭ装置に起因して測定温度のばらつきを示すかもしれない。それによって、プラズマ処理システム自体に対して一般的には知られていない校正エラーが導入されることになるかもしれない。しかしながら、利点としては、遮蔽窓１１４０ａを部分的に基板棚（横合わせ面）１１０７に固定することで、遮蔽窓と基板との間で固定された範囲と厚みで形成された空洞部１１５６を作り出し、温度測定のばらつきを最低限に抑える。

上記の通り、ノッチ１１０６は、一般的には、プラズマ１１２から離れた基板面上に配される。この実施形態において、粘着剤１１５６は、横軸および垂直軸の両方に沿って、セラミックの蛍光体粒子１１４０ｂの層と接触してもよい。一実施形態において、セラミックの蛍光体粒子１１４０ｂの層は、シリコン粘着剤等の結合材を用いて遮蔽窓１１４０ａに直接貼り付けられていてもよい。一実施形態において、蛍光体材料１１４０ｂのバインダーは、硬化時に収縮して、セラミックの蛍光体粒子の層を引っ張り、それによって、遮蔽窓１１４０ａをノッチ１１０６内へ引き入れる粘着剤である。遮蔽窓１１４０ａは、石英、サファイア、ガラス、およびＭｇＦ_２の少なくとも一つからなるのがよい。この実施形態の利点は、最低限の不揮発性副産物汚染で基板温度を測定し、二つ以上の校正基板の間で校正エラーを最小に抑えることである。

図１１Ｃを参照すると、本発明の一実施形態による基板の略図が図示されており、セラミックの蛍光体粒子の層が貼り付けられた遮蔽窓が、粘着剤で横向きに基板棚に固定されている。上記の通り、ノッチ１１０６は、一般的には、プラズマ１１２から離れた基板面上に配される。この実施形態では、粘着剤１１５６が横軸に沿って、セラミックの蛍光体粒子１１４０ｂの層と接触してもよい。一実施形態において、セラミックの蛍光体粒子１１４０ｂの層は、シリコン粘着剤等の結合材を用いて遮蔽窓１１４０ａに直接貼り付けられていてもよい。一実施形態において、蛍光体材料１１４０ｂのバインダーは、硬化時に収縮して、セラミックの蛍光体粒子の層を引っ張り、それによって、遮蔽窓１１４０ａをノッチ１１０６内へ引き入れる粘着剤である。この実施形態の利点は、最低限の不揮発性副産物汚染で基板温度を測定し、二つ以上の校正基板の間の校正エラーを最小に抑える点である。

図１２を参照すると、本発明の一実施形態による基板の略図であり、遮蔽窓は、一組の円形ガスケットで固定されている。一実施形態において、ガスケット１２１１は、網戸の周囲のゴムガスケットのような、単体のガスケットである。一実施形態において、ガスケット１２１１は、押圧係合で基板ノッチ１１０６の横合わせ面１２０７および／または垂直合わせ面１２０９と係合するよう構成されている。上述の通り、遮蔽窓１２４０ａは、石英、サファイア、ガラス、およびＭｇＦ_２のいずれか一つで構成されてもよい。一実施形態において、蛍光体粒子１２４０ｂは、シリコン粘着剤等の結合材を用いて遮蔽窓１２４０ａに直接貼り付けられていてもよい。上述の通り、ノッチ１２０６は、一般的には、プラズマ１１２から離れた基板面上に配される。一実施形態において、ガスケット１２１１はゴムで形成される。一実施形態において、ガスケット１２１１は、ポリイミド材料で形成される。一実施形態において、ガスケット１２１１はゴムで形成される。一実施形態において、ガスケット１２１１は、シリコン材料で形成される。この実施形態の利点は、最低限の不揮発性副産物汚染で基板温度を測定し、ガスケットを使用することにより、損傷を受けた場合に、セラミックの蛍光体粒子および／または遮蔽窓を容易に取替えまたは交換可能とし、さらに、セラミックの蛍光体粒子および／または遮蔽窓を基板製作設備で付加または取り替えることができる点である。

図１３を参照すると、本発明の一実施形態による基板の略図が図示されており、遮蔽窓は一組の長方形のガスケットで固定されている。一実施形態において、長方形のガスケット１３１１は、網戸の周囲のゴムガスケットのような単体のガスケットである。一実施形態において、長方形のガスケット１３１１は、遮蔽窓をノッチ１３０６に確実に取り付けるために、垂直合わせ面１３０９まで伸びる角度を持った突起を有する。一実施形態において、長方形のガスケット１３１１は、押圧係合で基板ノッチ１１０６の横合わせ面および／または垂直合わせ面に係合するように構成されている。一実施形態において、長方形のガスケット１３１１はゴムで形成されている。一実施形態において、長方形のガスケット１３１１はポリイミド材料で形成されている。一実施形態において、長方形のガスケット１３１１はゴムで形成されている。一実施形態において、ガスケット１３１１はシリコン材料で形成さている。この実施形態の利点は、最低限の不揮発性副産物汚染で基板温度を測定し、損傷を受けた場合に、ガスケットを用いて、セラミックの蛍光体粒子および／または遮蔽窓を容易に取替えまたは交換可能とし、さらに、セラミックの蛍光体粒子を基板製作設備で付加または取り替えることができる点である。

図１４を参照すると、本発明の一実施形態による遮蔽窓の略図であり、一組の異なるセラミック蛍光体が配されている。例えば、遮蔽窓１４４０ａには、第一の温度範囲を測定可能な第一のセラミック蛍光体１４４０ｂと、第二の温度範囲を測定可能な第二のセラミック蛍光体１４４０ｃと、第三の温度範囲を測定可能な第三のセラミック蛍光体１４４０ｄが配されてもよい。この実施形態の利点は、少なくとも３つの異なる温度範囲において基板温度を測定し、全てのセラミック蛍光体粒子を一体として交換可能である点である。

図１５を参照すると、本発明の一実施形態による基板の温度測定方法が簡潔に示されている。まず、１５０２で、蛍光体材料（例えば、石英、サファイア、ガラス、およびＭｇＦ_２等）が基板に結合され、蛍光体材料は、第二の波長帯において電磁放射線に曝されると、第一の波長帯において蛍光応答を生じさせ、この蛍光応答は蛍光体材料の温度と関連する減衰率で減衰し、さらに、蛍光体材料は、プラズマに曝されると、第一の組の不揮発性副産物を生じさせる。次に、１５０４で、遮蔽窓は、蛍光体材料とプラズマの間に配され、少なくとも第一の波長と第二の波長が部分的に伝播されるようにし、さらにプラズマに曝されると、第一の組の不揮発性副産物よりも少量の第二の組の不揮発性副産物を生じさせる。遮蔽窓を基板に固定する方法は、粘着剤や一組のガスケット等を含む。最後に、１５０６で、電磁放射線が遮蔽窓を介して蛍光体材料に伝播されると、蛍光応答の減衰率から基板温度が決定される。

本発明は、いくつかの好ましい実施形態に関連して説明してきたが、本発明の範囲に属する変更例、変形例および均等物もある。例えば、本発明は、ラム・リサーチ・プラズマ処理システム（例えば、Ｅｘｅｌａｎ（登録商標）、Ｅｘｅｌａｎ（登録商標）ＨＰ、Ｅｘｅｌａｎ（登録商標）ＨＰＴ、２３００（登録商標）、Ｖｅｒｓｙｓ（登録商標）スター、等）に関連して説明されてきたが、他のプラズマ処理システムを用いてもよい。この発明は、また、様々な直径（例えば、２００ｍｍ、３００ｍｍ、ＬＣＤ、等）を有する基板に用いられてもよい。

本発明の利点は、基板温度決定装置およびその決定方法を利用する点である。他の利点は、プラズマ室内のセラミックの蛍光体粒子汚染を実質的に軽減し、セラミックの蛍光体粒子および／または遮蔽窓が、損傷を受けた場合に、交換または取り替えられるようにしている点である。

例示としての実施形態および最良の実施形態を説明してきたが、添付の請求項に記載された本発明の主旨および請求の範囲の範囲内にとどまる限りは、開示された実施形態を変更および変形してもよい。

本発明は、図面では同様の参照番号は同様の構成要件を示しつつ、添付の図面に例示によって図示されているが、本発明はこれらに限定されるものではない。

図１は、基板製作に用いられる一般的な蛍光体温度計測器の構造を図示する。 図２は、蛍光体温度計側器を備える容量結合プラズマ処理システムの略図である。 図３は、各主輝線の０°Ｋから１９００°Ｋの温度範囲を超える蛍光体の寿命減衰特徴の略図である。 図４は、基板の略図であり、蛍光体粒子が、シリコン粘着剤等のバインダーによって基板面に貼り付けられていることを図示する。 図５は、蛍光体パッチを備える基板の略図である。 図６は、石英（ＳｉＯ_２）の伝播グラフである。 図７は、ホウケイ酸ガラスの伝播グラフである。 図８は、サファイアの伝播グラフである。 図９は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）の伝播グラフである。 図１０Ａは、本発明の一実施形態による基板の略図であり、遮蔽窓は、粘着剤で基板に固定されていることを示す。 図１０Ｂは、本発明の一実施形態による基板の略図であり、セラミック蛍光体粒子は、粘着剤で基板に固定された遮蔽窓に加工されていることを示す。 図１１Ａは、本発明の一実施形態による基板の略図であり、遮蔽窓は粘着剤を必要とせずに基板棚に固定されていることを示す。 図１１Ｂは、本発明の一実施形態による基板の略図であり、セラミック蛍光体粒子の層を貼り付けた遮蔽窓は、基板棚に粘着剤で横および垂直方向に固定されていることを示す。 図１１Ｃは、本発明の一実施形態による基板の略図であり、セラミック蛍光体粒子の層を貼り付けた遮蔽窓は、基板棚に粘着剤で横方向に固定されていることを示す。 図１２は、本発明の一実施形態による基板の略図であり、遮蔽窓は、一組の円形のガスケットで固定されていることを示す。 図１３は、本発明の一実施形態による基板の略図であり、遮蔽窓は、一組の長方形のガスケットで固定されていることを示す。 図１４は、本発明の一実施形態による遮蔽窓の略図であり、異なる一組のセラミック蛍光体が配されていることを示す。 図１５は、本発明の一実施形態による基板温度測定方法を簡略的に図示する。

Claims (21)

1. プラズマ処理システムにおいて、基板に熱的接触する蛍光体材料であって、前記蛍光体材料は第二の波長帯において電磁放射線に曝されると、第一の波長帯において蛍光応答を生じさせ、前記蛍光応答は前記蛍光体材料の温度に関連する減衰率で減衰し、さらに前記蛍光体材料は、プラズマに曝されると、第一の組の不揮発性副産物を生じさせる、蛍光体材料と、
   前記蛍光体材料とプラズマとの間に配される遮蔽窓であって、前記遮蔽窓によって、前記第一の波長と前記第二の波長が少なくとも部分的に伝播され、前記遮蔽窓は、プラズマに曝されると、前記第一の組の不揮発性副産物よりも少量の第二の組の不揮発性副産物を生じさせる遮蔽窓とを備え、
   前記蛍光体材料および前記遮蔽窓は前記基板内のノッチに配され、
   前記電磁放射線が前記遮蔽窓を介して前記蛍光体材料に伝播されると、前記温度は前記蛍光応答の減衰率から決定される、基板温度測定装置。
2. 前記蛍光体材料はセラミックである請求項１に記載の装置。
3. 前記遮蔽窓は、石英、サファイア、ガラス、ホウケイ酸塩、およびＭｇＦ_２のいずれかからなる請求項１又は２に記載の装置。
4. センサ／トランスミッタは前記第二の波長帯において第二の波長を伝播し、前記センサ／トランスミッタは前記第一の波長帯において第一の波長を測定する請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記基板はチャック上に配される請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記センサ／トランスミッタは前記チャック内に配される請求項５に記載の装置。
7. 前記遮蔽窓は、粘着剤、摩擦係合、押圧係合、およびガスケットのいずれかによって、前記基板に固定される請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
8. プラズマ処理システムにおいて、蛍光体材料を基板に熱的結合する手段であって、前記蛍光体材料は、第二の波長帯において電磁放射線に曝されると、第一の波長帯において蛍光応答を生じさせ、前記蛍光応答は、前記蛍光体材料の温度に関連する減衰率で減衰し、さらに前記蛍光体材料は、プラズマに曝されると第一の組の不揮発性副産物を生じさせる手段と、
   前記蛍光体材料とプラズマとの間に遮蔽窓を配する手段であって、前記遮蔽窓により、前記第一の波長および前記第二の波長を少なくとも部分的に伝播することが可能で、前記遮蔽窓は、プラズマに曝されると、前記第一の組の不揮発性副産物よりも少量の第二の組の不揮発性副産物を生じさせる手段と、
   前記電磁放射線が前記遮蔽窓を介して前記蛍光体材料に伝播されると、前記蛍光応答の前記減衰率から前記温度を決定する手段と、を備え、
   前記蛍光体材料および前記遮蔽窓は前記基板内のノッチに配される、基板温度測定装置。
9. 前記蛍光体材料はセラミックである請求項８記載の装置。
10. 前記遮蔽窓は、石英、サファイア、ガラス、ホウケイ酸塩、およびＭｇＦ_２のいずれかからなる請求項８又は９記載の装置。
11. センサ／トランスミッタは、前記第二の波長帯において第二の波長を伝播し、前記センサ／トランスミッタは、前記第一の波長帯において第一の波長を測定する請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記基板はチャック上に配される請求項８〜１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記センサ／トランスミッタは前記チャック内に配される請求項１２記載の装置。
14. 前記遮蔽窓は、粘着剤、摩擦係合、押圧係合、およびガスケットのいずれかで、前記基板に固定される請求項８〜１３のいずれか一項に記載の装置。
15. プラズマ処理システムにおいて、
    蛍光体材料を基板に熱的結合させる工程であって、前記蛍光体材料は第二の波長帯において電磁放射線に曝されると、第一の波長帯において蛍光応答を生じさせ、前記蛍光応答は前記蛍光体材料の温度に関連する減衰率で減衰し、さらに前記蛍光体材料は、プラズマに曝されると、第一の組の不揮発性副産物を生じさせる工程と、
    前記蛍光体材料とプラズマとの間に遮蔽窓を配する工程であって、前記蛍光体材料および前記遮蔽窓は、前記基板内のノッチに配され、前記遮蔽窓によって、前記第一の波長と前記第二の波長が少なくとも部分的に伝播可能であり、前記遮蔽窓は、プラズマに曝されると、前記第一の組の不揮発性副産物より少量の第二の組の不揮発性副産物を生じさせる工程と、
    前記電磁放射線が前記遮蔽窓を介して前記蛍光材料に伝播されると、前記蛍光応答の減衰率から前記温度を決定する工程とを備える、基板測定方法。
16. 前記蛍光体材料はセラミックである請求項１５記載の方法。
17. 前記遮蔽窓は、石英、サファイア、ガラス、ホウケイ酸塩、およびＭｇＦ_２のいずれかからなる請求項１５又は１６記載の方法。
18. センサ／トランスミッタは前記第二の波長帯において第二の波長を伝播し、前記センサ／トランスミッタは前記第一の波長帯において第一の波長を測定する請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の基板温度測定方法。
19. 前記基板はチャック上に配される請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記センサ／トランスミッタは前記チャック内に配される請求項１９記載の方法。
21. 前記遮蔽窓は、粘着剤、摩擦係合、押圧係合、およびガスケットのいずれかで、前記基板に固定される請求項１５〜２０のいずれか一項に記載の方法。

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