(57)【要約】基板の温度を測定するプラズマ処理システムにおける方法が開示されている。この方法は、１組の材料から成る基板を設けることを含み、ここで、基板は、第１の組の電磁周波を含む電磁放射を吸収し、この第１の組の電磁周波を熱振動の組に変換し、そして、第２の組の電磁周波を含む電磁放射を透過するものである。また、上記方法は、チャックを有する基板支持構造体の上に基板を位置決めすること；プラズマ処理システムのプラズマ反応容器の中にエッチング混合ガスを流入すること；および、エッチング混合ガスを衝突励起させて第１の組の電磁周波を有するプラズマを生成することを含んでいる。さらに、当該の方法は、第２の組の電磁周波を発生するプラズマによって基板を処理すること；第２の組の電磁周波の大きさを計算すること；および、その大きさを温度の値に変換することを含んでいる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
１組の材料から成る基板を設ける工程を有し、該基板は、第１の組の電磁周波を含む電磁放射を吸収し、この第１の組の電磁周波を熱振動の組に変換し、そして、第２の組の電磁周波を含む電磁放射を透過するものであり、
チャックを有する基板支持構造体の上に前記基板を位置決めする工程と、
プラズマ処理システムのプラズマ反応容器の中にエッチング混合ガスを流入する工程と、
前記エッチング混合ガスを衝突励起させて前記第１の組の電磁周波を有するプラズマを生成する工程と、
前記第２の組の電磁周波を発生するプラズマによって前記基板を処理する工程と、
前記第２の組の電磁周波の大きさを計算する工程と、
該電磁周波の大きさを温度の値に変換する工程とを有することを特徴とする、プラズマ処理システムにおける基板の温度を求める方法。
【請求項２】
前記大きさを測定するように構成された電磁放射測定デバイスをさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板は、前記プラズマと前記電磁放射測定装置との間で位置決めされることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
黒体の放射についてのプランクの放射則を用いて前記大きさを温度の値に変換する工程をさらに有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記電磁放射測定デバイスは、狭帯域の高温計を有することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記電磁放射測定デバイスは、モノクロメータを有することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記電磁放射測定デバイスは、格子を有することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記電磁放射測定デバイスは、バンドパス光フィルタを有することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の組の電磁周波は、赤外線スペクトルを含むものであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の組の電磁周波は、赤外線スペクトルを含むものであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
１組の材料から成る基板を有し、該基板は、第１の組の電磁周波を含む電磁放射を吸収し、この第１の組の電磁周波を熱振動の組に変換し、そして、第２の組の電磁周波を含む電磁放射を透過するものであり、
チャックがその上で前記基板が位置決めされる基板支持構造体と、
プラズマ処理システムのプラズマ反応容器の中にエッチング混合ガスを流入する手段と、
前記エッチング混合ガスを衝突励起させて前記第１の組の電磁周波を有するプラズマを生成する手段と、
前記第２の組の電磁周波を発生するプラズマによって前記基板を処理する手段と、
前記第２の組の電磁周波の大きさを計算する手段と、
前記大きさを温度の値に変換する手段とを有することを特徴とする、プラズマ処理システムにおける基板の温度を求める装置。
【請求項１２】
前記大きさを測定するように構成された電磁放射測定デバイスをさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記基板は、前記プラズマと前記電磁放射測定装置との間で位置決めされることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
黒体の放射についてのプランクの放射則を用いて前記大きさを温度の値に変換する工程をさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記電磁放射測定デバイスは、狭帯域の高温計を有することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記電磁放射測定デバイスは、モノクロメータを有することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記電磁放射測定デバイスは、格子を有することを特徴とする請求項１２に記載のプラズマ処理システムにおける、基板の温度を求める装置。
【請求項１８】
前記電磁放射測定デバイスは、バンドパス光フィルタを有することを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１の組の電磁周波は、赤外線スペクトルを含むものであることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項２０】
前記第２の組の電磁周波は、赤外線スペクトルを含むものであることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には基板製造技術に関し、詳しくは電磁放射の放出によるウエーハの温度をその場でモニタリングするための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラットパネルディスプレイの製造に際して使用されるような半導体ウエーハ又はガラスパネルなどの基板の処理においては、多くの場合プラズマが使用される。例えば、基板の処理（化学気相成長、プラズマ化学気相成長PECVD，物理気相成長、その他）の一環として、基板は複数のダイ又は矩形の領域に分割され、各々が集積回路になる。次に、基板は一連の工程で処理されて、その上面に電気部品を形成するために、複数の材料が選択的に除去（エッチング）および被着（成長）される。
【０００３】
プラズマ処理の例においては、基板は、エッチングの前に硬化された乳剤（すなわち、フォトレジストマスクなど）の薄膜で被覆される。次に、硬化された乳剤の領域が選択的に除去されて、下方の層の部分が露出される。そこで、基板は、プラズマ処理の処理室の中において、チャックと称される単極又は双極の電極を有する基板支持構造体の上に配置される。次に、基板の露出された領域をエッチングするために適当なエッチング源のガス（例えば、C4F8, C4F6, CHF3, CH2F3, CF4, CH3F, C2H4, N2, O2, Ar, Xe, He, H2, NH3, SF6, BF3, Cl2、その他）を処理室内に流入してプラズマを形成する。
【０００４】
プラズマ処理を最適化するために調整できる処理のパラメータの組の中には、ガスの組成、ガス相、ガス流量、ガスの圧力、高周波電力の密度、電圧、磁界の強度、およびウエーハの温度がある。理論的には各処理工程に対する各パラメータを最適化することが有用であるが、実際に実行することは困難な場合が多い。
【０００５】
例えば、ウエーハ表面において、重合フロンのような重合体の膜の成長速度を変化させることによって、プラズマの選択性に実質的に影響を与えるので、基板の温度は重要である。入念にモニタリングすれば、温度変化を最小にし、他のパラメータに対する処理の窓を広げることができ、処理制御を向上できる。しかしながら、実際には、プラズマ処理の影響を受けずに直接温度を求めることは困難である。
【０００６】
例えば、ある技術では、温度プローブによって基板の温度を測定する。図１Ａは、プラズマ処理システムの簡単な断面図であり、この図には、ウエーハの温度を測定するために温度プローブが使用されている。半導体ウエーハ又はガラスパネルなどの基板１０４の露出した領域をエッチングするために、一般的には、エッチング源ガスの適当な組を衝撃させて処理室１００内に流入して、プラズマ１０２を形成する。一般的には、基板１０４はチャック１０６の上に配置される。プラズマ１０２によって生成された電磁放射は、プラズマ自身によって変換された運動エネルギーと結合して、基板１０４に熱エネルギーを吸収させる。基板の温度を測定するために、プローブ１０８は基板１０４の下側から延びて、基板に接触する。しかしながら、プローブ１０８がウエーハをチャックから落下させることもあるので、高価なウエーハを破壊することになってしまう。
【０００７】
別の技術は、従来の高温計による基板からの赤外（ＩＲ）放射の測定である。一般的には、熱せられた材料はＩＲ領域の電磁放射を放出する。一般的には、この領域は８から１４μｍまでの波長範囲又は４００から４０００ｃｍ−１までの周波数範囲を含む。ここで、ｃｍ−１は波数（１／波長）としてよく知られており、周波数と等価である。次に、測定されたＩＲ放射は、黒体の放射についてのプランクの放射則を用いることによって、基板温度を計算するために使用することができる。
【０００８】
図１Ｂは、プラズマ処理システムの簡単な断面図であり、この図にはウエーハの温度を測定するために従来の高温計が使用されている。図１Ａの場合と同様に、基板１０４の露出した領域をエッチングするために、一般的には、エッチング源ガスの適当な組を処理室１００内に流入し衝撃励起させて、プラズマ１０２を形成する。一般的には、基板１０４はチャック１０６の上に配置される。プラズマ１０２は電磁放射のスペクトルを生成し、一般にそのスペクトルのあるものはＩＲ放射である。基板１０４に熱エネルギーを吸収させるとよいのは、そのような放射（プラズマ自身によって伝達される運動エネルギーと併せて）である。そしてまた、基板１０４もその温度に対応するＩＲ放射を発生する。しかしながら、基板１０４のＩＲ放射は、一般的にプラズマのＩＲ放射よりもかなり小さいので、高温計は２つのＩＲ放射を区別することができない。このため、計算された温度のほとんどは、背景のプラズマ自身の温度であり、基板の温度ではない。
【０００９】
さらに別の技術は、吸収された熱エネルギーに起因する基板の厚さの変化を測定するために干渉計を使用する。一般に、干渉計は、２つの表面の間で反射された電磁ビームの位相差を検知することによって物理的な変位を測定する。プラズマ処理システムにおいて、電磁ビームを、それに対して基板が半透明になる周波数で送信させ、角度をなして基板の下方にポジショニングするとよい。ビームの第１の部分は基板の底面で反射され、一方、残りの部分は基板の上面で反射される。
【００１０】
図１Ｃは、プラズマ処理システムの簡単な断面図であり、この図にはウエーハの温度を測定するために干渉計が使用されている。図１Ａの場合と同様に、半導体ウエーハ又はガラスパネルなどの基板１０４の露出した領域をエッチングするために、一般的には、エッチング源ガスの適当な組を処理室１００内に流入し衝撃励起させて、プラズマ１０２を形成する。一般的には、基板１０４はチャック１０６の上に配置される。プラズマ１０２は電磁放射を発生し、一般的には、そのうちのあるものはＩＲ放射である。この放射は（プラズマ自身によって伝達された運動エネルギーと併せて）、基板１０４に熱エネルギーを吸収させ、量１１８まで熱エネルギーが拡がる。レーザのような電磁ビーム送信機１０８は、基板１０４が半透明になるようなある周波数でビーム１１４を送信する。ビームの一部は基板の底面の点１２４で光１１４を反射し、一方、ビームの残りの部分１１６は基板の上面の点１２２で反射する。同じビーム１１２が２つの点１２４および１２２で反射されるので、その結果、ビーム１１４およびビーム１１６は異なる位相になるが、その他は同じである。このとき干渉計１３０は、位相のずれを測定して基板の厚み１１８を求めることができる。連続した測定を行うことによって、基板の厚みの変化が測定される。しかしながら、基板の厚みの変化は温度の変化に対応して測定するだけであるので、特定の温度に対応した測定にはなっていない。さらに、送信機もまたプラズマ処理システムの中に位置しているので、プラズマ１１２によって破損されることがあり得るとともに、製造の歩留まりに影響する汚染物質を発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような困難のために、基板の温度はプラズマ処理システムからの熱放射率から常に推測されることになる。一度プラズマが高度に熱されると、熱平衡を維持するために、一般的に、いくつかのタイプの冷却システムがチャックに結合される。すなわち、一般的には、基板の温度はある範囲内で安定するにもかかわらず、その正確な値は分からないことが多い。例えば、所定の基板の製造のためのプラズマ処理工程の組を作成する場合には、プロセスパラメータの相応の組又はレシピが設定される。基板の温度は直接測定することができないので、レシピを最適にすることは困難である。冷却システム自身は、空洞を通してチャック内に冷却液を送り込む冷却機を備えているのが普通であり、チャックとウエーハの間にヘリウムガスが送り込まれる。発生した熱を除去することに加えて、ヘリウムガスも冷却システムに急速に熱放射を較正させる。すなわち、ヘリウムガスの圧力が増加すれば、熱伝達率も増加することになる。
【００１２】
図１Ｄは、プラズマが高度に熱された後に、基板における時間に関する温度の簡単な特性図である。最初は、基板は周囲温度４０６になっている。プラズマが高度に熱せられると、基板は安定した期間４０６では熱エネルギーを吸収する。ある期間が経過すると、基板の温度は４１０に安定する。安定期間４０８が続いている間は、すべてのプラズマ処理工程の中の主要な部分であるので、安定期間４０８の減少は歩留まりを直接に改善する。プラズマ処理システムにおいて基板の温度が直接測定できるならば、冷却システムは安定期間４０８を最小化するように最適化できる。
【００１３】
さらに、プラズマ処理の活動、その期間、又は他の工程との関連での順序に依存して、異なる量の熱が発生され、ひきつづいて、放散される。前に説明したように、基板の温度はプラズマ処理に直接影響を与えるので、最初に基板の温度を測定し、次にその温度を調整することは、プラズマ処理工程をより良好に最適化することになる。
【００１４】
さらに、プラズマ処理を行っている処理室の物理的な構造自体が変化することがある。例えば、基板がない状態でプラズマを衝撃させることによって、プラズマ処理システムから汚染物質が除去される。しかしながら、チャックはもはや基板によって被覆されていないので、この後にエッチングされる。汚染除去処理が繰り返されるごとに、基板の表面の粗さが増加し、基板の熱伝達効率が変動する。最後には、冷却システムは温度の補正が十分にできなくなり、レシピのパラメータが無効になる。実際上丁度この時点に達したときに温度の測定ができなくなることが多いので、一般に、チャックは所定量の動作時間が経過すると交換され、実際には、その有効な寿命がほんの僅かしかないのが普通である。このことは、高価なチャックを無駄に交換するので、製造コストの増加を招くとともに、チャックを交換する数時間においてはプラズマ処理システムをオフラインにしなければならないので、歩留まりが低下することにもなる。
【００１５】
さらに、レシピのパラメータを調整することが必要なことがある、それというのは、製造装置において、他の点では同一の部品が異なる時間に取り付けられるか、又は異なる度合いまで使用することがあるので、そのメンテナンスサイクルが他の部品のメンテナンスのサイクルとは必ずしも一致しないことが起こり得るからである。プラズマ処理システムの新しいバージョンにプロセスを移行するとき、又は、もっと大きな基板サイズ（例えば、２００ｍｍから３００ｍｍまで）を処理できるプラズマ処理システムにプロセスを移行させるときに、レシピパラメータを調整する必要がある。理想的には、同一のレシピパラメータ（例えば、化学的性質、電力、温度）を維持することが有用である。しかしながら、ウエーハの温度は直接測定されず推測されるので、同様の製造形態を実施するためには、試行錯誤によってプロセスを大きく調整する必要がある。
【００１６】
上記のことにかんがみて、ウエーハの温度をその場でモニタリングするための方法および装置の改良が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、１つの実施形態において、基板の温度を測定するプラズマ処理システムにおける方法に関する。この方法は、１組の材料から成る基板を設けることを含み、ここで、基板は、第１の組の電磁周波を含む電磁放射を吸収し、この第１の組の電磁周波を熱振動の組に変換し、そして、第２の組の電磁周波を含む電磁放射を透過するものである。また、上記方法は、チャックを有する基板支持構造体の上に基板を位置決めすること；プラズマ処理システムのプラズマ反応容器の中にエッチング混合ガスを流入すること；および、エッチング混合ガスを衝突励起させて第１の組の電磁周波を有するプラズマを生成することを含んでいる。さらに、当該の方法は、第２の組の電磁周波を発生するプラズマによって基板を処理すること；第２の組の電磁周波の大きさを計算すること；および、その大きさを温度の値に変換することを含んでいる。
【００１８】
本発明は、別の実施形態において、基板の温度を測定するプラズマ処理システムにおける装置に関する。この装置には、１組の材料から成る基板が設けられており、該基板は、第１の組の電磁周波を含む電磁放射を吸収し、この第１の組の電磁周波を熱の振動の組に変換し、そして、第２の組の電磁周波を含む電磁放射を透過するものである。また、上記装置は、チャックを有する基板支持構造の上に基板を位置決めすること、プラズマ処理システムのプラズマ反応容器の中にエッチング混合ガスを流入する手段；および、エッチング混合ガスを励起して、第１の組の電磁周波を含むプラズマを生成する手段を有している。さらに、当該の装置は、第２の組の電磁周波を発生するプラズマによって基板を処理する手段；第２の組の電磁周波の大きさを計算する手段、および、該電磁周波の大きさを温度の値に変換する手段を有している。
【００１９】
本発明のこのような形態および他の形態は、以降の本発明の詳細な記載および下記に示す関連する添付図面において詳しく説明する。なお、本発明は、図示の例に限定されるものでなく、添付した図面の形態において、同じ参照番号は同様の要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
添付図面において図を示しながら、僅かな基準の実施形態を参照して、本発明を詳細に説明する。以下の説明において、非常に多くの特定の詳細な内容は、本発明を理解するために提示するものである。しかしながら、これらの詳細な内容のいくつか又はすべてがない場合でも、当業者であれば本発明を実施できることは明らかである。他の実施形態において、不必要に本発明を不明瞭にしないため、周知の処理工程および又は構成を詳細に説明しない。
【００２１】
プラズマ処理システムにおいて、基板の温度をその場でモニタリングするためにフォノンを使用できることは、この明細書において記載しているように発明者が確信していることであり、また、そのことにより、理論から制約を受けるものではない。一般に、フォノンは基板において電磁波を発生する熱エネルギーの振動である。基板内において結合した個々の材料、特に結晶構造内に存在する材料は、一般に、その材料に固有の周波数で電磁放射を放射し、基板において吸収される熱エネルギーの総量に密接に相関する大きさを持っている。非自明な手法で、プラズマ処理システムにおいて他のどこででも普通に見られる周波数の放射ではあるが、基板の材料に特徴的な周波数の放射の大きさを測定することによって、基板の温度は実質的に正確な方法で計算できる。１つの実施形態において、この計算は、黒体の放射についてのプランクの放射則を用いて達成され、基板の所定の.放射輝度によって補正される。
【００２２】
複数の周波数を好適に、赤外および遠赤外の領域で使用することができる。選択された周波数は、基板が強い吸収係数を持つスペクトルの領域に実質的に対応しなければならない。非常に多くのスペクトル領域が使用される。最適なフォノンは、６μｍと５０μｍの間の領域である。１つの実施形態においては、Ｓｉ（シリコン）基板について、１６．４μｍのＳｉ−Ｓｉの振動によって、測定可能な放射が生成される。他の実施形態においては、９．１μｍのＳｉ―Ｏ―Ｓｉの振動によって、モニタリングされる放射を発生でき、その際、格子間酸素が原子運動に関係する。他のスペクトル領域は、リッチなＳｉ−Ｓｉ、Ｓｉ−Ｏ、およびＳｉ−Ｃ（置換炭素）の振動スペクトルを利用して使用できる。
【００２３】
図２Ａは、本発明の１つの実施形態による処理の簡単な図であり、この図にはフォノンが示されている。プラズマ処理システムにおいて、プラズマ２０１を発生して、Ｘ線の領域からマイクロ波の領域までのすべてのスペクトルにわたる電磁放射２０２を生じさせる。放射２０２ａは、影響を受けずにほぼ基板を通過する。これは透過された光である。例としてはＸ線であり、ほとんどは赤外線のスペクトルである。第２の部分である放射２０２ｂは、部分的に基板２０６によって吸収され、部分的に放射２１２として透過される。例としては、近赤外線および赤外線において、低い吸光係数又は消光係数を持つ基板に対する適当な周波数の光である。吸光されたものの一部は、実質的に熱エネルギーに変換される。残りの部分２０２ｃは、その全部が吸収されて、熱エネルギーに変換される。続いて、その集合的熱エネルギーは、基板の格子構造の中に結合した材料にフォノン２１０を発生させる。フォノンは、実質的に、測定可能な特定の周波数の放射２１４を生じさせる。
【００２４】
図２Ｂは、本発明の１つの実施形態による処理の簡単な図であり、その中で基板の温度が測定される。図２Ａの場合と同様に、プラズマ処理システムにおいて、プラズマ２０１を生成させて、電磁放射２０２を生じさせる。吸収された放射の一部は、実質的に熱エネルギーに変換される。続いて、この熱エネルギーは、基板の格子構造の中に結合した材料にフォノン２１０を生じさせる。フォノンは、実質的に、検出器２１２によって測定可能な特定の周波数の放射２１４を生じさせる。放射２１４は、放射する基板について熱平衡になる。検出器２１２は、１）放出された電磁放射に対応する周波数（又は波長）を識別できるデバイス、および、２）デバイス１）によって選択された周波数（又は波長）の電磁放射の強度を測定するデバイスで構成されている。１つの実施形態においては、検出器２１２は、選択された材料に対応する電磁スペクトルの帯域に対する放射強度を送出するように最適化されるモノクロメータとしての光分散要素（例えば、多層誘電体干渉フィルタ、プリズム、格子、ファブリ・ペロー干渉計）を具備するとよい。別の実施形態においては、注目放射を選択するために適当な帯域フィルタが使用される。モノクロメータによって選択された放射の強度を測定できる任意の光電性デバイスを、検出器において使用できる。例として、熱検出器（サーモパイル）、光導電検出器、および光起電力検出器がある。
【００２５】
図２Ｃは、本発明の１つの実施形態による図２Ｂのさらに詳細な図である。図２Ａの場合と同様に、プラズマ処理システムにおいて、プラズマ２０１を発生させて、電磁放射２０２を生じさせる。吸収された放射の一部は、実質的に熱エネルギーに変換され、その熱エネルギーは、ひきつづいて、基板２０６内にフォノンを発生させる。検出器２２０（すなわち、１６．４μｍのＳｉ−Ｓｉ、９．１μｍのＳｉ−Ｏ−Ｓｉ、その他）によって選択された材料に対応する周波数の放射２１４を測定することにより、基板２０６の温度を計算できる。
【００２６】
さらに、プラズマ処理システム２００は、熱平衡を達成するために、チャックに結合されたいずれかのタイプの冷却システムを含んでいる。この冷却システムは、チャック内の空洞を通して冷却液を給送する冷却機を備えているのが普通であり、チャックとウエーハの間にヘリウムガスが送り込まれる。発生した熱を除去することに加えて、ヘリウムガスは、また冷却システムが急速に熱の放散もしくは熱放射を較正できるようにする。すなわち、ヘリウムガスの圧力が増加するにしたがって、熱伝達率も増加することになる。
【００２７】
従来例とは異なり、基板２０６の温度は、冷却機２２０の温度設定およびヘリウム２２０の圧力を調節することによって、プラズマ処理の期間中では十分に安定した方法で維持される。特に、プラズマのクリーニングが続いている期間においては、チャックの熱伝達率が低下するので、補償するためにヘリウム２２０の圧力が低下し、これにより基板の温度が十分に維持される。このことは、チャックを十分に長い時間の期間において使用することを可能にし、チャック交換のコストが低減する。その上、プラズマ処理システム２００は、メンテナンスが必要になるまではるかにより長い期間において動作するので、歩留まりがさらに維持されるか又は改良される。
【００２８】
さらに、特定のプラズマ処理工程は、基板の温度の広い窓への部分最適化をすることとは異なって、基板の温度の狭い範囲を最適化することができる。その上、いくつかの処理工程は、前の工程から残っている処理熱が急速に低下するので、さらに容易に入れ替えができる。
【００２９】
図３Ａないし図３Ｅは、本発明の１つの実施形態によるエクセランＨＰＴのプラズマ処理システムを示している。ここではエクセランＨＰＴのプラズマ処理システムが示されているが、この例にかかわらず、他のプラズマ処理システムも同様に使用することができる。エッチング工程は、下記の処理条件にしたがって実施される。
【００３０】
圧力：50mT
電力：1800W（2MHz）/1200W（27MHz）
プラズマ構成：Ar：270sccm；C4F8：25sccm；O2：10sccm
温度：20C
期間：300sec
図３Ａは、本発明の１つの実施形態によるプラズマ処理システム内での時間に関する信号強度を示している。このテストの実行中においては、基板は存在しない。一般に、プラズマを衝撃させると、時間３１６にわたって処理室の壁が熱エネルギーを吸収して、フォノンを発生する。この例においては、発生した電磁放射は１６．４μｍのＳｉ−Ｓｉについて測定されることになる。別の実施形態においては、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉによって生成された放射も、９．１μｍにおいてほぼ同様の図を描くようになる。この形は、プラズマの処理室の壁がプラズマの活動によって次第に熱くなるにしたがって、電磁放射の強度が大きくなることを示している。プラズマが３２０でオフにされると、処理室の壁が冷却され始めるので、対応する信号強度も低下する。この形は、適正に取り扱わない場合には、処理室の壁によって放射される電磁放射が基板の温度測定の妨げになることを示している。
【００３１】
図３Ｂは、本発明の１つの実施形態によるプラズマ処理システム内での吸収度に対する波数の簡単化された特性図を示している。３つのグラフが示されている。グラフ３２４は、２０Ｃの基板における基板の吸収度を表わしている。グラフ３２６は、７０Ｃの基板における基板の吸収度を表わしている。そして、グラフ３２８は、９０Ｃの基板における基板の吸収度を表わしている。一般に、基板の温度が高くなるほど、対応する吸収度が大きく負になる。プラズマ処理システムにおいて発生されたＩＲ放射のスペクトルにおいては、Ｓｉ−Ｓｉによって生成された１６．４μｍの第１のピーク３３０、および、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉによって生成された９．１μｍの第２のピーク３３２の２つの吸収のピークが現れている。最も大きなスペクトルの変化は、１６．４μｍおよび９．１μｍの２つのピークにて観測される。信号強度はこれらの波長で最も感度が大きい。グラフ３２４は、１６．４μｍおよび９．１μｍの両方で正の吸収度を示し、電磁放射がこれらの波長において放射するよりも吸収するほうが大きいことを示している。グラフ３２６および３２８は、１６．４μｍおよび９．１μｍの両方で負の吸収度を示し、電磁放射がこれらの波長において吸収するよりも放射するほうが大きいことを示している。基板によって放射されて検出器によって測定された放射は、基板について熱平衡がとれており、プラズマおよび処理中の処理室の壁によって放出された放射には依存しない。
【００３２】
図３Ｃは、本発明の１つの実施形態によるプラズマ処理システム内において、２つの温度範囲における波長に対する吸収度の簡単な図を示している。２０Ｃのプラズマ処理システムにおいて発生されたＩＲ放射のスペクトル３４０にわたり基板の温度は、基板によって放出された放射の量が吸収された量に類似するようになっており、したがってピークは現れていない。しかしながら、９０Ｃの基板の温度では、Ｓｉ−Ｓｉによって生成された１６．４μｍの第１のピーク３３０、および、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉによって生成された９．１μｍの第２のピーク３３２の２つの吸収のピークが再び現れている。
【００３３】
図３Ｄは、本発明の１つの実施形態によるプラズマ処理システム内での温度に対する信号強度の図を示している。グラフ３４６は温度３０７に関する信号強度３４２を測定し、一方、グラフ３４８は温度３０７に関する信号強度３４２を測定している。図３Ｂと同様に、基板の温度が高くなるほど、対応する信号強度が高くなっている。
【００３４】
図３Ｅは、本発明の１つの実施形態によるプラズマ処理システム内での温度に対する吸収度の特性図を示している。第１のグラフ３３０は生成された１６．４μｍでのＳｉ−Ｓｉについて測定し、一方、第２のグラフ３３２は生成された９．１μｍでのＳｉ−Ｏ−Ｓｉについて測定している。温度３０７が高くなるほど、対応する吸収度３０５がほぼ直線的な形で減少する。
【００３５】
種々の好ましい実施形態によって本発明を説明したが、本発明の範囲内に存在する変更、置き換え、および等価の実施形態がある。例えば、エクセランＨＰＴのプラズマ処理システムに関連づけて本発明を説明したが、他のプラズマ処理システムを使用ことができる。また、本発明の方法を実施する他の多くの方法があることにも留意しなければならない。
【００３６】
本発明の利点には、プラズマ処理システムにおいて基板の温度をその場で測定することが含まれる。さらなる利点には、チャックのようなプラズマ処理構造体の交換を最適化すること、プラズマ処理する処理自体の歩留まりを改良すること、および、第１のプラズマ処理システムから第２のプラズマ処理システムへの決定および移行を容易にすることが含まれる。具体的な実施形態および最良の形態が開示されたので、特許請求の範囲によって規定された本発明の主題および精神の範囲内において残りの実施形態がある限り、変更および変化を開示された実施形態に合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１Ａ】ウエーハの温度を測定するために使用される温度プローブを含むプラズマ処理システムの簡単な断面図を示している。
【図１Ｂ】ウエーハの温度を測定するために使用される従来の高温計を含むプラズマ処理システムの簡単な断面図を示している。
【図１Ｃ】ウエーハの温度を測定するために使用される干渉計を含むプラズマ処理システムの簡単な断面図を示している。
【図１Ｄ】プラズマが高温で熱せられた後に、基板における時間に対する温度の簡単な図を示している。
【図２Ａ】本発明の１つの実施形態による処理でフォノンが示された簡単な図を示している。
【図２Ｂ】本発明の１つの実施形態による処理で基板の温度が測定された簡単な図を示している。
【図２Ｃ】本発明の１つの実施形態による図２Ｂのさらに詳細な図を示している。
【図３Ａ】本発明の１つの実施形態によるプラズマ処理システムにおける基板においてフォノンの測定について示す特性図である。
【図３Ｂ】本発明の１つの実施形態によるプラズマ処理システムにおける基板においてフォノンの測定について示す特性図である。
【図３Ｃ】本発明の１つの実施形態によるプラズマ処理システムにおける基板においてフォノンの測定について示す特性図である。
【図３Ｄ】本発明の１つの実施形態によるプラズマ処理システムにおける基板においてフォノンの測定について示す特性図である。
【図３Ｅ】本発明の１つの実施形態によるプラズマ処理システムにおける基板においてフォノンの測定について示す特性図である。
【符号の説明】
【００３８】
２００：プラズマ処理システム
２０１：プラズマ
２０２：電磁放射
２０２ａ：放射
２０２ｂ：放射
２０２ｃ：残りの放射
２０６：基板
２１０：フォノン
２１２：検出器
２１４：放射
２２０：検出器
３０２：信号強度
３０５：吸収度
３０７：温度
３１６：時間
３２４：グラフ
３２６：グラフ
３２８：グラフ
３３０：第１のグラフ
３３２：第２のグラフ
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【図１Ｄ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【国際調査報告】
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