确定基片温度的装置及方法

专利名称：确定基片温度的装置及方法
技术领域：
本发明大体上涉及基片制造技术，以及特别涉及确定基片温度 的装置以及方法。
背景技术：
在基片(例如，半导体基片或如用在平面显示器制造中的玻璃 面板)处理中，通常会应用等离子。作为示例的基片处理的一部分，该基片分为多个模片(dies),或者矩形区域，其每个将变为一个集 成电路。然后在一系列步骤中处理该基片，在这些步骤中选4奪性地 去除(蚀刻)和沉积材^K对于大约凄t个纳米级的晶体管门关4建尺 寸(CD)的控制是至关重要的，因为该目标门长度的每个纳米的偏 差可直接转化为对这些器件运行速度的影响。然后选择性地去除硬化的乳液区域，从而暴露出下层的组件。 然后将基片设在基片处理室中的基片支撑结构上，该基片支撑结构 包括单极性或者双极性电极，称为卡盘或基架。然后，将适当的蚀 刻剂源流入该室并且激发形成等离子，以蚀刻该基片的暴露区域。然而，利用这些和其它等离子处理工艺，4主往难以监测该处理 工艺，这是因为，在等离子处理系统内的处理工艺条件由于室剩余 物聚集、等离子对室结构的破坏等而可能是动态的。例如，为增强 等离子处理装置中基片的等离子处理均一性，需要控制在基片暴露 表面的温度，在该表面发生蚀刻、沉积材^牛到该表面(例如，通过CVD或PVD技术)，和/或从该表面去除光刻胶。如果基片温度升高超过某一温度，会发生基片破坏(例如，光刻胶破坏)，并且会 改变依赖于温度的化学反应。基片温度也会通过改变如聚氟碳(polyfluoro-carbon )的聚合物膜的沉积率而显著影响基片表面上的 等离子选择性。精细的监测可使变化最小化，允许用于其它参数的 更宽的处理窗，并且才是供处理工艺控制。然而，在实践中，难以在 原:t也直4妄确定温度而同时不影响该等离子处理工艺。因此，优选i也 采用不与该基片物理接触的间接温度测量(ITM)装置。但是， 一些ITM装置可能不能充分地将基片温度与其非常临近 的其它结构(例如，卡盘，等)的热能传^"隔离开。例如，热电偶 可与卡盘连接，其相应地与基片热接触。具有不同于该基片热质量 的卡盘也可处于不同的温度。因此，对于在特定处理工艺方法中的 特定基片构造，该ITM装置通常必须经才交正。与此相反，其它ITM装置可热隔离该基片，但是其本身对于影 响测量温度的多个基片之间的物理变化是敏感的。因此，这些ITM 装置也需要校正。例如，电磁高温计可用来测量这些基片发射出的 射线(例如，焚光)的强度，该强度可与该基片温度相关。通常， 基片会吸收某些频率的电磁射线，然后发射出与这些基片特定结 构、组成和质量相对应的另一频率的射线。通常有多种校正的方法。 一种方法具体地包括将由该ITM装置 原地测得的第 一基片温度与由更精确的校正装置所测得的相同基 片的第二温度相比较。然而，由于该校正装置的一部分通常需要与 该基片物理接触，这是不提倡的，因为该校正装置通常不适于一般 的基片处理。例如，在特定的处理工艺中运行一批特定的基片构造 之前，该ITM装置利用校正装置校正。 一旦发生校正，便开始进行 一般的基片处理。石粦光体测温法一4殳用来4交正ITM装置。通过在第一波长范围内 的到该无机磷光体的第一发射光线(电《兹射线)，及之后测量在第 二波长范围内的荧光响应的衰减率，可确定该^奔光体的温度并由此确定i殳置在其上的基片的温度。同样地，由于该石粦光体必须与该基片物理接触，所以通常不提倡将磷光体测温法用于制造基片。通常，磷光体是掺杂有樣i量元素的细粉，当该纟鼓量元素受到短 波长光线(紫外或蓝色)激励时发射出较长波长的光线。由于其对 才及高温度的耐性，在等离子处理室中通常优选地采用陶瓷磷光体。 陶瓷磷光体通常是无机的、非金属的和结晶体(例如，掺杂Eu、 Dy或Tm的Y3A14012 ( YAG )， 4参杂Eu的Y203，或类似的稀土化 合物)。在才交准基片的情况下，该磷光体孩t粒可附着于该基片表面，一 般是朝向该卡盘的基片侧，并且利用位于该卡盘内空腔中的结合激 光/传感器而被照射。通常，该校准基片可在该基片表面上该磷光体 -微粒设置的地方具有特殊的凹槽(notch )。在一些构造中，这些磷 光体微粒使用粘合剂材料直接附着于该基片。与涂料一样，粘合剂 是易于向这些磷光体微粒提供均一稠度和固化的材料，并且它将其 自身与该基片表面粘附。在另一个构造中，这些磷光体微粒嵌入在 一个片(patch)内，而该片相应地与该基片连接。 一般地，利用粘入部内，以防止干护C装夹处理，该处理通过,争电力将该基片固定在 卡盘上。现参考图1,显示出用在基片制造中的一^l殳的磷光体测温法构 造。通常，流入合适的气体组并电离以形成等离子110,以1更处理 (例如，蚀刻或沉积)设在卡盘116上的如半导体基片或玻璃面板 的基片114的暴露区域。基片114进一步配置具有如前所述的磷光 体材料140。可进一步设置光导纤维传感器/发射器140,从而激光可发射到-粦光体材冲+ 140,以及测量所产生的荧光响应。进一步与 传感器/发射器142连接的可以是数据采集和分析装置144,其可记 录观测到的荧光响应，并使其与临近的基片温度相关。现参考图2,显示出4吏用磷光体测温法的电容耦合等离子处理 系统的简化示意图。通常，电容耦合等离子处理系统可配置具有单 一或多个分开的RF电源。由源RF发生器134生成的源RF通常用 来生成等离子，以及通过电容耦合控制等离子密度。由偏置RF发 生器138生成的偏置RF通常用来4空制该DC偏置以及该离子轰击 能量。进一步与该源RF发生器134和该偏置RF发生器138连接 的是匹配网纟备136,其试图将该RF电源的阻抗与等离子110的阻 抗相匹配。其它形式的电容性反应器具有与该顶部电极104相连接 的RF电源以及匹配网症各。另外，也有多阳才及系统，如三才及管，其 也具有相似的RF和电一及配置。通常，合适的气体组经过在顶部电极104的入口乂人气体分配系 统122流入具有等离子室壁117的等离子室102。可随后电离这些 等离子处理气体以形成等离子110，以《更处理(例如，蚀刻或沉积) 基片114 (如半导体基片或玻璃面板)的暴露区域，其利用边缘环 115 i殳在卡盘116上，该卡盘也作为电^=及。另外，卡盘116也可配 置为具有空腔，从而光导纤维传感器/发射器142可向磷光体材料 140发射激光，并且测量所导致的荧光响应。此外，真空系统113， 包4舌阀门112和一组泵111,通常用来乂人等离子室102 4非出环境大 气，从而达到维持等离子110所需要的压力。另外，某些类型的冷却系统(图未示)与卡盘116连接，以便 一旦点燃等离子时达到热平衡。该冷却系统本身通常由经过该卡盘 内的空腔抽吸冷却液的冷却器和在卡盘和基片之间抽吸的氦气组 成。除了去除所生成的热量之外，该氦气还允许该冷却系统快速地 控制热量损耗。即，增加氦气压力随后也增加热传导率。通常，该瞬时荧光衰减时间T作为温度的函数而变化，并且可 3口下定义<formula>formula see original document page 10</formula>方程1其中，I是荧光强度(-)，1。是初始荧光强度(-),t是从激励4亭止开始的时间(S),以及T是瞬时焚光衰减时间(S)。该焚光强度的单位是任意的。将光线强度减小到其初始值的e" (36.8%)所 需要的时间定义为瞬时荧光衰减时间。(见爿c/v""cw //,'g/z 7^mpen^we尸/705p/20r T7zerwowe^y Fo"ems/ "ce /1/7/ /z'c加'om, S. W. Allison等人，American Institute of Aeronautics and Astronautics, p.2)。现在参考图3，建立的-粦光体对于各主发射线在乂人0。 K到1900 ° K温度范围内的生命期衰减特性的简化示意图。(见，F/6er T謹/ era wre Semw /orFwe/ Ce〃5s S. W. Allison, Oak Ridge National Laboratory, U.S. Department of Energy, p.7 )。现在参考图4，为基片的简化示意图，其中利用粘合剂如硅树 脂粘结剂将磷光体微粒附着于基片。如前所述，可使用粘合材料 140a在凹槽406将石岸光体樣i粒直4妾附着于基片108，该凹槽通常位 于远离等离子112的基片表面。在这个例子中，宽度402 (沿横轴) 为0.25英寸，而高度404 (沿纵轴)大约为0.006英寸。现在参考图5,为具有磷光体片的基片的简化示意图。如前所 述，该磷光体片140b可使用热传导硅树脂粘结剂505在凹槽406 与基片108直接连接，该凹槽通常设在远离等离子112的基片表面。尽管通常在基片和卡盘之间受到保护，在基片凹槽中的陶瓷微 粒仍会暴露于等离子并被等离子蚀刻。为了不与其它由等离子处理工艺生成的有机和无机副产物相结合，可在该等离子室的内表面沉 积非挥发性陶瓷微粒。这些副产物会逐渐剥落并且增加基片缺陷的每文感性，减少清洁(MTBC)之间的平均时间，减少产量等。综上所述，需要一种用于确定基片温度并可同时最小化等离子 室污染的装置及方法。发明内容在一个实施方式中，本发明涉及一种用于测量基片温度的装 置。该装置包括与该基片热接触的磷光体材料，当暴露于第二波长 范围内的电磁射线时，该磷光体材料产生在第一波长范围内的荧光 响应，该荧光响应以与磷光体材料温度有关的衰减率衰减，以及当 暴露于等离子时，该磷光体材料产生第一组非挥发性副产物。该装 置还包括设在该磷光体材料和等离子之间的阻挡窗，其中该阻挡窗 允许透射该第 一波长和第二波长的至少 一部分，并且其中该阻挡窗 当暴露于等离子时产生少于第 一组非挥发性副产物的第二组非挥 发性副产物，其中当电》兹射线通过该阻挡窗透射到该磷光体材料 时，由该荧光响应的衰减率确定温度。在一个实施方式中，本发明涉及一种测量基片温度的装置。该 装置包括将磷光体材料与该基片热耦合的装置，当暴露于第二波长 范围内的电磁射线时，该磷光体材料产生在第一波长范围内的荧光 响应，该荧光响应以与该石粦光才才并+温度有关的衰减率衰减，以及当 暴露于等离子时，该磷光体产生第一组非挥发性副产物。该装置还 包括在该磷光体材料和基片之间设置阻挡窗的装置，其中该阻挡窗 允许透射该第 一波长和该第二波长的至少一部分，并且其中该阻挡 窗当暴露于等离子时产生少于第 一组非挥发性副产物的第二组非挥发性副产物。该装置进一步包括当电》兹射线通过该阻挡窗透射到 该石粦光体时，由该荧光响应的衰减率确定温度的装置。在一个实施方式中，本发明涉及一种用于测量基片温度的方 法。该方法包括将磷光体与该基片热耦合，当暴露于第二波长范围 内的电f兹射线时，该磷光体产生第一波长内的焚光响应，该焚光响 应以与该磷光体材料温度有关的衰减率衰减，以及当暴露于等离子 时该磷光体材料产生第 一组非挥发性副产物。该方法还包括在该磷 光体材料和等离子之间设定阻挡窗，其中该阻挡窗允许透射该第一 波长和该第二波长的至少 一部分，并且其中该阻挡窗当暴露于等离 子时产生少于第 一组非挥发性副产物的第二组非挥发性副产物。该 方法进一步包括当通过该阻挡窗透射电^兹射线到该磷光体材料时， 由该焚光响应的衰减率确定该温度。本发明的这些和其它特征将本发明下面详细描述中结合附图更"i羊细的i兑明。


本发明在附图的图形中作为示例说明而不是限制，其中相同的 参考标号表示相同的零件，以及其中图1说明了用在基片制造中的一般的磷光体测温法构造；图2说明了带有磷光体测温法的电容耦合等离子处理系统的简 化示意图；图3说明了建立的磷光体对于各主发射线在从0。 K到1900° K温度范围内的生命期衰减特性的简化示意图。图4说明了基片的简化示意图，其中利用如硅树脂粘结剂的粘 合剂将磷光体微粒附着于基片表面；图5说明了具有磷光体片的基片的简化示意图；图6il明了石英(Si02)的透射图；图7说明了硼硅酸盐玻璃的透射图；图8"i兌明了蓝宝石的透射图；图9说明了氟化镁(MgF2)的传输图；图10A说明了才艮据本发明的一个实施方式的基片的简化示意 图，其中利用粘结剂将阻挡窗固定在该基片上；图10B说明了根据本发明的一个实施方式的基片的简化示意 图，其中将陶瓷磷光体微粒加工入阻挡窗，其利用粘结剂固定在该基片上；图11A说明了根据本发明的一个实施方式的基片的简化示意 图，其中阻挡窗固定在基片搁板上而不需要粘结剂；图11B显示出根据本发明一个实施方式的基片的简化示意图， 其中具有陶瓷磷光体樣i粒附着层的阻挡窗利用粘结剂横向和垂直 地固定在基片搁板上；图IIC显示出根据本发明一个实施方式的基片的简化示意图，搁4反上；图12说明了根据本发明一个实施方式的基片的简化示意图， 其中利用一组环形垫圏固定阻挡窗；图13说明了根据本发明一个实施方式的基片的简化示意图， 其中利用一组矩形垫圏固定阻挡窗；以及图14说明了根据本发明一个实施方式的阻挡窗的简化示意图， 其中设有一组不同的陶瓷磷光体；以及图15说明了根据本发明一个实施方式的用于测量基片温度的 简化的方法。
具体实施方式
本发明将4艮据在附图中"i兌明的其多个优选实施方式详细地描 述。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以冲是供对本发明的彻底 理解。然而，对于本领域的技术人员来说，显然，本发明可不使用 这些具体细节中的一些或全部而实现。在其它情况中，7>知的处理 步-骤和/或结构没有详细描述，以避免不必要i也混淆本发明。尽管不希望受限于理论，4旦是发明人相信在陶瓷磷光体微粒和 等离子之间设置阻挡窗可允许利用具有最小等离子室污染的磷光 体测温法确定基片温度。在一个实施方式中，该阻挡窗包括石英。 在一个实施方式中，该阻挡窗包4舌蓝宝石。在一个实施方式中，该阻挡窗包括^皮璃。在一个实施方式中，该玻璃包4舌硼石圭酸盐。在一 个实施方式中，该阻挡窗包4舌MgF2。以非显而易见的方式，该室中设在该陶瓷石粦光体微:粒和该等离 子之间的又一个额外的结构，即阻挡窗，可减少等离子室污染。通 常相信由i殳在该基片和该卡盘之间的陶瓷磷光体孩t粒所导致的污 染的风险最小。然而，尽管通常被该基片大块保护，但在基片凹槽 中的陶瓷微粒仍会暴露于该等离子并因此导致非挥发性的副产物。 与其它由该等离子处理工艺生成的有才几和无机的副产物结合，非挥 发性的副产物可沉积在内部表面和等离子室壁上，而产生往往只, 以从该等离子室有效排出的膜。随着器件尺寸缩减以及使用更高级的材料，污染可变得更加明显。示例包括高k电介质(HfOx、 HfSixOy等)副产物、金属电极 (Pt、 Ir、 IrOx等)副产物、存储材料副产物(PtMn、 NiFe、 CoFe、 FeW等)，内部连线副产物(Cu、 Ru、 CoWP、 Ta等)。所-彈到的 污染沉积物会最终剥落并因此增加基片缺陷的敏感性，减少清洁 (MTBC)之间的平均时间，减少产量等。例如，依赖于该等离子 工艺，导电膜沉积物会在等离子室内表面上形成，其会影响该等离 子源和偏置的FW耦合。另外，副产物沉积物有助于等离子密度漂 移。沉积物附着在室内表面的程度，以及由此的随后潜在的污染程 度，通常依赖于具体的等离子处理方法(例如，化学制剂、功率和 温度)以及等离子处理装备的初始表面状态。通常，有机粘结剂往 往非常强健并且是粘性的(即，C-H, C-C, C=C， C-O, C-N等)， 因为产生交联的相对稳定的结构。这些副产物会最终剝落并且增加基片缺陷的敏感度，减小清洁(MTBC)之间的平均时间，减小产 量等。例如，依赖于该等离子处理工艺，副产物的导电膜可在等离 子室内表面形成，其会影响该等离子源和偏置的FW耦合。在一个实施方式中，该阻挡窗包4舌石英(Si02)。石英一4殳用 于等离子室，因为当暴露于等离子时容易去除的挥发性副产物。例 如CF4 衡>c/r3 + F 方程2<formula>formula see original document page 16</formula>现在参考图6,显示出石英(Si02)的透射图。通常，石英可 以透射大约0,25孩t米至大约3.5樣i米波长范围的大部分光线，以照 射陶瓷磷光体。现在参考图7,显示出硼硅酸盐玻璃的透射图。硼硅酸盐玻璃 通常作为Pyrex⑧或Borofloat⑧而熟知，其通常对等离子是化学惰性 的，并因此几乎不产生非4军发性的副产物。通常，硼石圭酸盐^皮璃能 够透射大约0.5樣丈米到大约2.5纟鼓米波长范围的大部分光线以照射 陶瓷磷光体。现在参考图8,显示出蓝宝石的透射图。蓝宝石通常对等离子 是化学惰性的，并因此几乎不生成副产物。通常，蓝宝石一4殳能够透射大约0.2孩i米到大约5樣i米波长范围的大部分光线以照射陶资 磷光体。现在参考图9，显示出氟化镁(MgF2)的透射图。通常，MgF2 一般能够透射大约0.2微米到大约5微米波长范围的大部分光线以 照射陶瓷磷光体。其当暴露于等离子时，极度粗^f造以及耐久，并且 类似于蓝宝石，几乎不产生副产物。在一个实施方式中，石英阻挡 窗在等离子侧涂覆蓝宝石和/或MgF2以大大减少蚀刻以及因此减少 副产#勿的生成。在一个实施方式中，该阻挡窗配置为具有4氐透过波前畸变 (transmitted wavefront distortion )。通常，通过观'J量it卩且^当窗的4斤射 率的均匀'性来i平^f古透过波前畸变。现在参考图IOA，显示出根据本发明一个实施方式的基片的简 化示意图，其中利用粘结剂将阻挡窗固定在该基片上。如前所述， 阻挡窗1040a可包4舌石英、蓝宝石、3皮璃和MgF2中的至少一种。 在一个实施方式中，粘结剂1005是硅树脂粘结剂。在一个实施方 式中，磷光体微粒1040b可使用粘结材料直接与阻挡窗1040a附着， 如在与基片粘合之前^f吏用石圭树脂粘结剂。如前所述，凹槽1006通 常位于远离等离子112的基片表面。在一个实施方式中，阻挡窗 1040a成形为透4免，乂人而可聚焦该焚光响应。这个实施方式的^尤点 包括对基片温度的测量具有最小的非挥发性副产物污染，当损坏时 能够改变或替换该陶瓷磷光体微粒，以及能够在基片制造设备上增 加或替换该陶资;粦光体樣l粒。现在参考图10B,显示出冲艮据本发明一个实施方式的基片的简化示意图，其中陶究石粦光体孩t粒已经加工入阻挡窗中。如前所述，阻挡窗1040a可包括石英、蓝宝石、玻璃和MgF2中的至少一种。 在一个实施方式中，粘结剂1005是石圭树脂粘结剂。凹槽1006通常 位于远离等离子112的基片表面。这个实施方式的优点包括对基片 温度的测量具有最小的非挥发性副产物污染，如果受损能够将该陶 瓷磷光体微粒和该阻挡窗作为单独单元改变或替换，能够在该基片 制造设备上将该陶乾磷光体微粒和该阻挡窗作为单独单元增加或 替换，以及使零件库存最小，因为每个基片仅需要订购单一零件， 与分开的组件相反。现在参考图11A,示出根据本发明一个实施方式的基片的简化 示意图，其中将阻挡窗固定在基片上而不需要粘结剂。如前所述， 阻挡窗1140a可包括石英、蓝宝石、玻璃和MgF2的至少一个。在 一个实施方式中，利用粘结剂将阻挡窗固定在基片1108上，如硅 ;时脂粘结剂。在一个实施方式中，阻挡窗1140a配置为利用压力安 装与基片凹槽1106的一黄向配合表面1107和纵向配合表面1109相配 合。在一个实施方式中，阻挡窗配置为利用摩擦安装与基片凹槽的 横向配合表面1107和纵向配合表面1109配合。摩擦力通常定义为 沿表面区域对移除力的阻力。在一个实施方式中，该阻挡窗的这些 配合表面将夹持力传递到凹槽1106上的对应的配合表面，其中该 夹持力比摩擦力大很多。夹持力通常定义为对移除力平行分量的阻 力。在一个实施方式中，可使用如硅树脂粘结剂的粘合剂材料将磷 光体微粒1140b直接附着于阻挡窗1140a。如前所述，凹槽1106通 常i殳在远离等离子112的基片表面。这个实施方式的优点包括对于 基片温度的测量具有最小的非挥发性副产物污染，两列凹槽允许保护该陶瓷磷光体微粒免受等离子影响，并且提高了对磷光体厚度的 控制、提高了当受破坏时改变或替换该陶瓷磷光体和/或阻挡窗的能 力、以及提高了在该基片制造设备中增加或替换该陶瓷磷光体和/ 或阻挡窗的能力。现在参考图11B,显示出根据本发明一个实施方式的基片的简 化示意图，其中具有陶t 畴光体樣吏粒附着层的阻挡窗利用粘结剂冲黄向以及纵向地固定在基片搁板上。通常，在基片1108和陶瓷磷光 体微粒1140b之间的粘结剂在不同校准基片之间的厚度变化可有助 于温度测量变化。即，当将粉末应用于校准基片时(等离子供电)， 各种厚度的粘结层可因此以变化的比率向该陶瓷-粦光体樣i粒传到 热量。例如，如果在4妻连的ITM装置才交正过程中，第一4交准基片(具 有陶瓷磷光体微粒)与第二校准基片互换，那么在这些校准基片之 间不同的粘结层厚度会表现出错误地归因于该ITM装置的测得的 温度变化，并因此向该等离子处理系统本身引入通常被忽视的校正 i吴差。然而，以一种有利的方式，允i午阻挡窗1140a的一部分搁在 搁板1107上，以产生在阻挡窗和该基片之间的具有固定容积和厚 度的空腔1156,从而最小化温度测量变化。如前所述，凹槽1106通常i殳在远离等离子112的基片表面。 在这个实施方式中，粘结剂1156可沿横轴和纵轴与陶瓷磷光体微 粒层1140b接触。在一个实施方式中，可4吏用如石圭树脂粘结剂的粘 合剂材料将陶瓷磷光体微粒层1140b直接与阻挡窗1140a附着。在 一个实施方式中，用于该磷光体材料1140b的粘合剂是在固化时收 缩的粘结剂，从而将该陶瓷磷光体微粒层以及由此的阻挡窗1140a 一立入凹槽1106。阻挡窗1140a可包4舌石英、蓝宝石、3皮璃和MgF2 中的至少 一种。这个实施方式的优点包括对基片温度的测量具有最d、的非挥发性副产物污染，以及两个或多个校准基片之间的校正误 差最小。现在参考图IIC，显示出根据本发明一个实施方式的基片的简 化示意图，其中具有陶瓷磷光体微粒附着层的阻挡窗利用粘结剂横向固定在基片搁板上。如前所述，凹槽1106通常设在远离等离子 112的基片表面。在这个实施方式中，粘结剂1156可沿横轴与陶资 磷光体微粒层1140b接触。在一个实施方式中，可使用如硅树脂粘 结剂的粘合材料将陶瓷磷光体微粒层1140b直接附着于阻挡窗 1140a。在一个实施方式中，用于该磷光体材料1140b的粘合剂是在 固化时收缩的粘结剂，从而将该陶资磷光体微粒层以及由此的阻挡 窗1140a拉入凹槽1106。这个实施方式的优点包括对基片温度的测 量具有最小的非挥发性副产物污染，以及在两个或多个标准基片之 间的校正误差最小。现在参考图12,为根据本发明一个实施方式的基片的简化示意 图，其中阻挡窗利用多个环形垫圏固定。在一个实施方式中，垫圈 1211是单片的，类似于纱门上的橡胶周界垫圏。在一个实施方式中， 垫圏1211配置为利用压力安装与基片凹槽1106的横向配合表面 1207和/或纵向配合表面1209配合。如前所述，阻挡窗1240a可包 括石英、蓝宝石、玻璃和MgF2中的至少一种。在一个实施方式中， 磷光体微粒1240b可使用如硅树脂粘结剂的粘合剂材料直接附着于 阻挡窗1240a。如前所述，凹槽1206通常设在远离等离子112的基 片表面。在一个实施方式中，垫圏1211包4舌才象月交。在一个实施方 中，垫圏1211包括聚合材料。在一个实施方式中，垫圏1211包括 橡胶。在一个实施方式中，垫圈1211包括硅树脂材料。这个实施 方式的优点包括对基片温度的测量具有最小的非挥发性副产物污 染，使用垫圈允许在损坏时容易替换或交换该陶资磷光体微粒和/或阻挡窗，以及能够在该基片制造设备上增加或替换陶瓷磷光体微 4立和/或阻挡窗。现在参考图13，为根据本发明一个实施方式的基片的简化示意 图，其中阻挡窗利用一组矩形垫圈固定。在一个实施方式中，矩形 垫圈1311是单片的，类似于在纱门上的橡胶周界垫圏。在一个实施方式中，矩形垫圈1311具有延伸至纵向配合表面1309的矩形突 起，以将阻挡窗牢固地附着于凹槽1306。在一个实施方式中，矩形 垫圏1311配置为利用压力安装与基片凹槽1106的横向配合表面和 /或纵向配合表面相配合。在一个实施方式中，矩形垫圈1311包括 橡胶。在一个实施方式中，矩形垫圈1311包括聚合材料。在一个 实施方式中，矩形垫圈1311包括橡月交。在一个实施方式中，垫圈 1311包括石圭树脂材并牛。这个实施方式的优点包括对基片温度的测量 具有最小的非挥发性副产物污染，使用垫圈允许当损坏时容易替换 和交换陶瓷磷光体微粒和/或阻挡窗，以及能够在该基片制造设备上 增加或替换该陶瓷磷光体樣i粒。现在参考图14,为才艮据本发明一个实施方式阻挡窗的简化示意 图，其中i殳有一组不同的陶瓷^粦光体。例如，在阻挡窗1440a上可 i殳置可测量第一温度范围的第一陶瓷磷光体1440b、可测量第二温 度范围的第二陶瓷磷光体1440c、以及可测量第三温度范围的第三 陶瓷^粦光体1440d。这个实施方式的伊C点包纟舌在至少三个分开的温 度范围内测量基片温度，以及能够将所有陶瓷磷光体微粒作为 一个 单元改变。现在参考图15,显示出根据本发明一个实施方式的用于测量基 片温度的简化的方法。开始，在1502，石粦光体材料(例如，石英、蓝宝石、^t璃和MgF2等)与该基片相耦合，当暴露于在第二波长 范围内的电》兹射线时，该磷光体材料产生在第一波长范围内的荧光 响应，该焚光响应以与该-畴光体材冲+温度有关的衰减率衰减，以及 当暴露于等离子时该磷光体材料产生第 一组非挥发性副产物。接 着，在1504，阻挡窗设在该磷光体材料和等离子之间，其中该阻挡 窗允许透射该第 一波长和该第二波长的至少 一部分，并且其中该阻 挡窗当暴露于等离子时产生少于第一组非挥发性副产物的第二组 非挥发性副产物。将该阻挡窗与该基片固定的方法包括粘结、垫圏 组等。最后，在1506,当电》兹射线通过该阻挡窗透射到该磷光体材 料时，由该荧光响应的衰减率确定基片温度。尽管冲艮据多个优选实施方式描述本发明，在本发明的范围内有 多种改变、置换和等同物。例如，尽管本发明是结合Lam Research 等离子处理系统(例如，ExelanTM， ExelanTMHP， ExelanTMHPT, 2300TM， VersysTMStar等)描述的，^f旦是可以-使用其它等离子处理 系统。本发明也可以用于多种直径的基片(侈'B口， 200mm、 300mm、 LCD等)。本发明的优点包括对确定基片温度的装置及其方法的应用。额 外的优点包括大大减少等离子室中的陶瓷磷光体微粒污染，以及允 许当损坏时改变或者替换该陶瓷磷光体樣i粒和/或阻挡窗。根据公开的示范性的实施方式和最佳模式，可对公开的实施方 式作出修改和变化，同时保留在由下面权利要求所限定的本发明的 主题和4青神之内。
权利要求
1.一种在等离子处理系统中用于测量基片温度的装置，包括与所述基片热接触的磷光体材料，当暴露于第二波长范围内的电磁射线时，所述磷光体材料产生在第一波长范围内的荧光响应，所述荧光响应以与所述磷光体材料温度有关的衰减率衰减，以及当暴露于等离子时，所述磷光体材料产生第一组非挥发性副产物；设于所述磷光体材料和等离子之间的阻挡窗，其中所述阻挡窗允许透射所述第一波长和所述第二波长的至少一部分，并且其中所述阻挡窗当暴露于所述等离子时产生少于所述第一组非挥发性副产物的第二组非挥发性副产物，其中，当所述电磁射线通过所述阻挡窗被透射到所述磷光体材料时，由所述荧光响应的所述衰减率确定所述温度。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中所述碌光体材料是陶瓷。
3. 根据权利要求2所述的装置，其中所述阻挡窗包括石英、蓝宝 石、^皮璃、硼石圭酸盐和MgF2中的一种。
4. 根据权利要求3所述的装置，其中传感器/发射器发射在所述 第二波长范围内的第二波长，以及所述传感器/发射器测量在 所述第一波长范围内的第 一波长。
5. 根据权利要求4所述的装置，其中所述基片配置在卡盘上。
6. 根据权利要求5所述的装置，其中所述传感器/发射器设在所 述卡盘内。
7. 根据权利要求6所述的装置，其中所述阻挡窗利用粘结、摩擦 安装、压力安装和垫圈中的一种固定到所述基片。
8. 根据权利要求7所述的装置，其中所述磷光体材料和所述阻挡 窗设于所述基片内的凹槽中。
9. 一种在等离子处理系统中测量基片温度的装置，包括将磷光体材料与所述基片热耦合的装置，所述磷光体材料 当暴露于第二波长范围内的电磁射线时产生在第一波长范围 内的荧光响应，所述荧光响应以与所述磷光材料温度有关的衰 减率衰减，以及所述磷光体材料当暴露于等离子时产生第 一 组 非挥发性副产物；在所述磷光体材料和等离子之间设置阻挡窗的装置，其中 所述阻挡窗允许透射所述第一波长和所述第二波长的至少一 部分，并且其中所述阻挡窗当暴露于所述等离子时产生少于所 述第 一组非挥发性副产物的第二组非挥发性副产物；当所述电磁射线通过所述阻挡窗被透射到所述磷光体时， 由所述焚光响应的所述衰减率确定所述温度的装置。
10. 根据权利要求9所述的装置，其中所述磷光体材料是陶瓷。
11. 根据权利要求10所述的装置，其中所述阻挡窗包括石英、蓝 宝石、玻璃、硼硅酸盐和MgF2中的一种。
12. 根据权利要求11所述的装置，其中传感器/发射器发射在所述 第二波长范围内的第二波长，以及所述传感器/发射器测量在 所述第 一波长范围内的第 一波长。
13. 根据权利要求12所述的装置，其中所述基片配置在卡盘上。
14. 根据权利要求13所述的装置，其中所述传感器/发射器设在所 述卡盘内。
15. 根据权利要求14所述的装置，其中所述阻挡窗利用粘结、摩 擦安装、压力安装和垫圏中的一种固定到所述基片。
16. 根据权利要求15所述的装置，其中所述磷光体材料和所述阻 挡窗设于所述基片内的凹槽中。
17. —种在等离子处理系统中用于测量基片温度的方法，包括将磷光体与所述基片热耦合，所述磷光体材料当暴露于第 二波长范围内的电》兹射线时产生第一波长范围内的荧光响应， 所述荧光响应以与所述磷光体材料温度有关的衰减率衰减，以 及所述磷光体材料当暴露于等离子时产生第 一组非挥发性副 产物；在所述磷光体材料和等离子之间设定阻挡窗，其中所述阻 挡窗允许透射所述第一波长和所述第二波长的至少一部分，并 且其中所述阻挡窗当暴露于所述等离子时产生少于所述第一 组非挥发性副产物的第二组非挥发性副产物；当所述电磁射线通过所述阻挡窗被透射到所述磷光体材 泮+时，由所述焚光响应的所述衰减率确定所述温度。
18. 根据权利要求17所述的方法，其中所述磷光体材料是陶资。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中所述阻挡窗包括石英、蓝 宝石、玻璃、硼石圭酸盐和MgF2中的一种。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中传感器/发射器发射在所述 第二波长范围内的第二波长，以及所述传感器/发射器测量在 所述第 一波长范围内的第 一波长。
21. 根据权利要求20所述的方法，其中所述基片配置在卡盘上。
22. 根据权利要求21所述的方法，其中所述传感器/发射器设在所 述卡盘内。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中所述阻挡窗利用粘结、摩 擦安装、压力安装和垫圈中的一种固定到所述基片。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中所述磷光体材料和所述阻 挡窗设于所述基片的凹槽中。
全文摘要
公开一种用于测量基片温度的装置。该装置包括与该基片热接触的磷光体材料，当暴露于第二波长范围的电磁射线时，该磷光体材料产生在第一波长范围内的荧光响应，该荧光响应以与磷光体材料温度有关的衰减率衰减，以及当暴露于等离子时，该磷光体材料产生第一组非挥发性副产物。该装置还包括设在该磷光体材料和等离子之间的阻挡窗，其中该阻挡窗允许透射该第一波长和第二波长的至少一部分，以及其中该阻挡窗当暴露于等离子时产生少于第一组非挥发性副产物的第二组非挥发性副产物，其中当电磁射线通过该阻挡窗透射到该磷光体材料时，由该荧光响应的衰减率确定温度。
文档编号G01K11/00GK101268346SQ200680034863
公开日2008年9月17日 申请日期2006年9月12日 优先权日2005年9月22日
发明者基思·加夫, 尼尔·马丁·保罗·本杰明 申请人:朗姆研究公司