CN108109938A - 光学校准装置及表征系统 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及一种光学校准装置及表征系统。本发明提供一种用于对与处理室相关联的光学信号进行室内校准的光学校准装置、一种用于等离子体处理室的表征系统、表征等离子体处理室的方法及一种室表征器。在一个实例中，所述光学校准装置包含：(1)外壳，(2)光学源，其位于所述外壳内且经配置以提供具有连续光谱的源光，及(3)光学塑形元件，其位于所述外壳内且经配置以在所述处理室内的操作期间将所述源光成形为近似于等离子体发射的校准光。

Description

光学校准装置及表征系统
相关申请案交叉参考
本申请案主张随本申请案共同受让且以引用方式并入本文中的由Kueny在2017年2月8日提出申请的标题为“用于光学信号的室内校准的系统及方法(SYSTEM AND METHODFOR IN-CHAMBER CALIBRATION OF OPTICAL SIGNALS)”的第62/456,424号美国临时申请案及由Kueny在2016年11月14日提出申请的标题为“用于光纤耦合的光谱仪的室内校准的系统及方法(A SYSTEM AND METHOD FOR IN-CHAMBER CALIBRATION OF A FIBER OPTICCOUPLED SPECTROMETER)”的第62/421,862号美国临时申请案的权益。
技术领域
本发明一般来说涉及用于半导体处理系统的光学测量，包含光学发射光谱学及/或光学反射测量术子系统。更特定来说，本发明涉及一种用于模拟、监测、分析及校准在检测来自基于等离子体的晶片处理系统的光学发射信号期间使用的光学系统性质及组件的系统、方法及软件程序产品。
背景技术
选择性地移除材料或将材料沉积于半导体晶片上以由晶片形成集成电路结构在半导体处理技术中是众所周知的。从半导体晶片移除材料通常通过采用某一类型的蚀刻工艺(例如，反应离子蚀刻或原子层蚀刻)来实现。将材料沉积于晶片上可涉及例如化学及物理气相沉积(CVD/PVD)、分子束外延(MBE)或原子层沉积(ALD)的工艺。在半导体处理中，还知晓且光学监测例如植入的其它基于等离子体或发射工艺。所有此类工艺被严格控制且在环境上受控制的工艺室中进行。由于确切量的材料将沉积到晶片的表面上或从晶片的表面移除，因此必须连续地且准确地监测沉积或移除进程以精确地确定特定工艺的端点或特性状态。
光学监测室工艺是用于确定进行中工艺的处理状况、处理状态条件或端点的一种非常有用的手段。例如，可通过分析从室内发射或反射的光的预定波长而针对某些已知发射线光学监测在室内部的条件。常规光学监测方法包含光学发射光谱学(OES)、吸收光谱学、反射测量术、干涉测量端点(IEP)等。
OES广泛地用于半导体工业中以用于通过测量且表征在工艺室内产生的等离子体光学发射而监测所述工艺室内的晶片工艺的状态。虽然OES技术可随特定应用及工艺变化，但通常以一或多个预定波长监测光学发射强度。被监测工艺包含半导体蚀刻、沉积、植入及其它工艺，其中膜厚度及等离子体/晶片发射监测为可适用的。另外，可监测独立于晶片条件或与晶片条件组合的室条件。取决于工艺，可采用各种算法以用于从光学信号强度导出在评估半导体工艺及相关联晶片的状态、检测与工艺室或其它设备相关联的故障及甚至等离子体室的内部表面的条件中有用的参数。
发明内容
在一个方面中，本发明提供一种用于对与处理室相关联的光学信号进行室内校准的光学校准装置。在一个实例中，所述光学校准装置包含：(1)外壳，(2)光学源，其位于所述外壳内且经配置以提供具有连续光谱的源光，及(3)光学塑形元件，其位于所述外壳内且经配置以在所述处理室内的操作期间将所述源光成形为近似于等离子体发射的校准光。
在另一方面中，本发明提供一种用于等离子体处理室的表征系统。在一个实例中，所述表征系统包含：(1)光学校准装置，其定位在具有视口的等离子体处理室内，(2)光学耦合系统，其耦合到所述视口且经定位以接收由所述光学校准装置发射的校准光，及(3)光谱仪，其经由所述光学耦合系统光学耦合到所述光学校准装置且经配置以产生并报告与所述校准光及所述校准光穿过所述等离子体处理室、所述视口及所述光学耦合系统的传播相关联的所测量光学信号数据。
在又一方面中，揭示一种表征等离子体处理室的方法。在一个实例中，表征等离子体处理室的所述方法包含：(1)将光学校准装置定位在具有视口的等离子体处理室内，(2)将光学耦合系统耦合到所述视口，所述光学耦合系统经定位以接收由所述光学校准装置发射的校准光，(3)经由所述光学耦合系统将光学检测器耦合到所述光学校准装置，及(4)配置所述光学检测器以产生并报告与所述校准光及其穿过所述等离子体处理室、所述视口及所述光学耦合系统的传播相关联的所测量光学信号数据。
提供表征等离子体处理室的方法的另一实例。在此实例中，所述方法包含：
(1)确定参考等离子体处理室的第一参考强度比及第一操作强度比，
(2)确定第二等离子体处理室的第二参考强度比及第二操作强度比，及
(3)使用所述第一及第二参考强度比与所述第一及第二操作强度比的数学组合来确定来自所述参考及第二等离子体室的所发射光的表征比。
在又一不同方面中，本发明提供一种室表征器。在一个实例中，所述室表征器包含其上存储有在执行时致使处理器进行以下操作的一系列指令的非暂时性计算机可读媒体：
(1)确定参考等离子体处理室的第一参考强度比及第一操作强度比，
(2)确定第二等离子体处理室的第二参考强度比及第二操作强度比，及
(3)基于所述第一及第二参考强度比与所述第一及第二操作强度比的数学组合而确定来自所述参考及第二等离子体室的所发射光的表征比。
附图说明
可通过参考结合下文简略描述的图式进行的以下详细说明理解本发明。
图1是根据本发明的原理构造的具有多个等离子体处理室及光谱监测设备的处理系统的框图。
图2A、2B、2C及2D展示指示与和半导体处理系统一起使用的光学系统相关联的共同问题及可观察量的一组曲线图。
图3展示根据本发明的原理构造的表征系统的实施例的框图，所述表征系统可用于校准及/或引用用于监测及/或控制处理室内的发光工艺的状态的光学信号。
图4A及图4B展示根据本发明的原理构造的适合用于放置到处理室中的光学校准装置的实施例的多个视图。
图5展示表示根据本发明的原理的用于将光学校准装置定向及安装到处理室中的实例性配置的图形示意图。
图6是根据本发明的原理构造的光谱仪的实施例的框图。
图7是根据本发明的原理构造的用于处理室的室表征器的实施例的框图。
图8是根据本发明的原理实施的用于在处理室中定向、安装且操作光学校准装置的方法的实施例的流程图。
图9是根据本发明的原理实施的表征及匹配工艺室的方法的实施例的流程图。
图10A、10B及10C展示指示与图9的方法相关联地收集及处理的光学信号数据的一组曲线图。
图11是根据本发明的原理实施的使用预定光谱特征表征及匹配工艺室的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
在以下说明中，参考形成本发明的一部分的附图，且在附图中以图解说明的方式展示其中可实践本发明的特定实施例。足够详细地描述这些实施例以使得所属领域的技术人员能够实践本文中所揭示的特征，且应理解，可利用其它实施例。还应理解，可在不背离本发明的精神及范围的情况下做出结构、程序及系统改变。因此，以下说明不应被视为具有限制意义。为了阐述清晰，用相似参考编号指示附图中所展示的相似特征且用类似参考编号指示如图式中在替代实施例中所展示的类似特征。依据附图且依据以下详细说明将明了本发明的其它特征。应注意，出于说明清晰目的，图式中的某些元件可不按比例绘制。
监测来自半导体等离子体处理室的光学信号的通常方式是使用由基于阵列的光学光谱仪及光学耦合系统组成的光学监测系统将光从室的内部中的等离子体带到光谱仪。光学光谱通常记录为通常以特定时间间隔重复的一组窄光谱频带中的一系列光强度测量。
由光谱仪记录的光谱受除由等离子体发射的光的性质以外的因素影响。这些因素包含光谱仪的波长及强度校准以及光学耦合系统的状态及传输性质。为提供室的准确监测，应沿着从室内侧的源光体积(例如，发光等离子体)到记录光谱仪的模拟或数字最终输出的整个光学路径校准监测系统。尽管可独立地表征个别组件，但组装工艺及使用后的改变可更改传输性质。
由光谱仪获得的所记录光谱也可能受处理室的特性(例如几何形状、清洁度及磨损)影响。通常期望在等离子体环境中重建(在多个独立室中)尽可能接近的一组条件(例如)以用于半导体工业中常见的蚀刻、沉积、植入或其它目的。在半导体工业中，在多个处理室中具有不可区别(“匹配”)工艺以确保相同处理而不管所使用的室如何通常是有利的。在维修或其它中断之后使工艺室返回到其在过去的某个时刻所转变的特定状态也可为有益的。
如本文中所描述，可采用OES来表征在操作期间的等离子体处理室。来自等离子体的光学发射含有来自许多相异原子及分子状态的贡献。这些发射的身份及相对振幅为等离子体及其中存在等离子体的室的精确状态的敏感指示符。因此，通过监测、记录、分析及比较来自等离子体室的光学光谱的这些细节，操作者或自动化系统控制器可调整一或若干室，以辅助获得多个室中的不可区别处理步骤。
因此，本发明认识到，在等离子体处理室中，对从等离子体发射的光的分析可提供关于室及相关联工艺室控制元件的操作条件的重要信息。从相同原子发射到不同光谱线中的能量的比率的测量(举例来说)可给出关于等离子体中的电子温度的信息。所观察到光谱的许多其它特征(例如光谱强度、光谱线宽度及频带边缘位置)也可提供关于等离子体及室状态或条件的关键信息。使这些室配备有光学窗及光谱仪以监测等离子体是常见的。然而，在光谱线强度的情形中，无法通过简单地测量由光谱仪记录的信号中的对应峰的比率而获得能量比。光必须通过窗以及包含纤维光缆的收集光学器件以到达光谱仪。这些物品可使光在不同波长下以不同方式衰减。而且，光谱仪灵敏度(以给定波长入射的光学能量的每单位信号)通常不均匀，且未必是已知的。
为了补偿这些效应，本发明认识到，具有适合于在处理室内使用的标准化光源将为有利的，所述标准化光源的光谱特性(例如发射到不同波长频带中的能量比或宽频带光谱强度)是已知的或可以绝对或相对量来确定的。此光源可放置在处理室内侧，使得光将采取与所关注等离子体发射基本上相同的去往光谱仪的路径。此光源因此可为等离子体及等离子体发射的光的替代者。可从标准化光源获得用于基于“恒定”标准化光源而非等离子体发射的光而表征处理室(此不独立于待精细化的室或工艺)的光学信号数据。
通过实例的方式，光学信号数据可包含在不同波长频带中从标准化光源测量(如通过传输及记录来修改)的信号的比率，其可与标准化光源的真正(已知)能量比特性有关。以此方式确立的关系可接着用于将来自等离子体的信号的所测量比率转化成用于一或多个工艺室及其等离子体条件的表征的所要能量比。
如此，本发明提供一种表征且比较采用可用于工艺室匹配的OES系统的处理室的方法。因此，光学光谱用作反馈系统的一部分以用于工艺室中的等离子体的控制及/或初始配置以达成均匀处理。在一个实施例中，所揭示方法及系统使得操作者能够通过以下操作来表征处理室的操作：测量不同光谱线的信号的比率；及依据所述比率计算强度比，所述强度比可由操作者或系统控制器使用以调整室中的等离子体的能级、等离子体温度或其它工艺参数以达成室匹配。影响等离子体条件的通常修改的控制参数包含气体分压力、气体总压力、气体流率、RF功率输入电平及RF匹配条件。在某些情形中，其并非可经识别及修改的控制参数，但可为等离子体系统或光学系统的实际分量。举例来说，光学窗可受所沉积膜污染或室“莲蓬头”可因使用及更改所观察到光学信号而被损坏。可采用所述系统及方法以对准例如图1中所图解说明的处理线的多个室中的处理步骤。
图1图解说明根据本发明的原理构造的具有多个等离子体处理室及光谱监测设备的处理线100的实施例的框图。图1图解说明其中可采用如本文中所揭示的校准系统或方法来获得或至少辅助获得跨越多个处理室的均匀处理条件的环境。处理线100包含四个工具(工具101、102、103及104)及线控制器199。处理线100可为半导体制作车间(工厂)的蚀刻处理线的较大部分的子集。如此，线控制器199可为工厂或工艺线服务器。工具101在下文经图解说明及详细论述作为其它工具102、103及104的代表。应注意，根据本文中所揭示的工艺室匹配，工具101到104的所有处理室可匹配或每一工具的选择室可以子群组形式匹配。举例来说，工具101的处理室112可与工具102到104的等效处理室匹配。图9及图10中所图解说明的方法是可采用的工艺室匹配的实例。
处理线100图解说明分布式控制系统，其中用于处理线100的各种室/模块的匹配的控制逻辑可位于多个装置中。所属领域的技术人员将理解，控制逻辑可位于处理线100的多个或甚至单个组件中。举例来说，用于半导体处理的控制逻辑的若干部分可跨越光谱仪、室控制器、本地处理控制器、工具控制器及线控制器199分布。在室匹配的一个实施例中，必须建立用于识别、数据传送、数据处理及分析的这些多个实体之间的协调。工具101包含表示为被监测处理模块110、120、130及140的多个处理室-光谱仪对。被监测处理模块110、120、130、140的处理室经配置以处理晶片以形成集成电路且光谱仪用于监测处理。
举例来说，在正常半导体处理期间，被监测处理模块110、120、130、140采用OES系统来监测及/或控制每一等离子体处理室内的等离子体工艺的状态。被监测处理模块110、120、130、140中的每一者包含一般将晶片及工艺等离子体封围在可包含各种工艺气体的经部分抽空体积中的处理室。光在视口处从等离子体被检测到且经由光学耦合系统导引到光学检测器。所检测到的光可在从深紫外(DUV)到近红外(NIR)的波长范围(通常小于200nm到大于1700nm)内且所关注波长可选自其中的任一子范围。视口通常由支持宽广范围的波长传输的蓝宝石或石英材料形成。光学耦合系统可包含多个类型的光学元件，例如但不限于光学滤光器、透镜、镜、窗、孔径、光纤等。
光学检测器通常为光谱仪，但也可为单色仪或基于光电二极管的检测器。对于后检测及转化为电信号，光学信号通常经放大，在光学检测器的子系统内经数字化且传递到信号处理器。所述信号处理器可为(举例来说)工业PC、PLC或采用一或多个算法来产生例如模拟或数字控制值(举例来说，表示特定波长的强度或两个波长频带的比率)的输出的其它系统。算法可分析在预定波长下的发射强度信号且确定与工艺的状态有关且可用于存取所述状态的趋势参数，例如端点检测、蚀刻深度、等离子体条件等。输出值可传送到处理室以用于监测及/或修改发生在处理室内的生产工艺。
更具体来说，工具101包含本地处理控制器150，本地处理控制器150经配置以从所耦合光谱仪接收监测数据且基于所述监测数据而控制对应处理室的等离子体处理。本地处理控制器150可经配置以执行通常由端点控制器执行的功能。被监测处理模块110、120、130及140经由例如USB、RS232及/或以太网(未展示)的常规通信连接耦合到本地处理控制器150。在一些实施例中，工具101可包含多个本地处理控制器(例如，每被监测处理模块一个本地处理控制器)。
本地处理控制器150可以通信方式耦合到工具控制器180、线控制器199及光谱仪119、129、139及149(图1中展示并非所有连接)。工具控制器180监测且指导工具101的操作。线控制器199可远离处理线100的其它装置定位。在一个实施例中，线控制器199为经由通信网络(例如以太网)以通信方式耦合到本机处理控制器150的服务器，例如工厂服务器。线控制器199也以通信方式耦合到工具101的工具控制器180。常规连接可用于处理线100的组件之间的通信耦合。
工具控制器180从工具101的组件接收反馈且基于所述反馈而指导工具101的所耦合处理室的操作。在各种实施例中，工具控制器180可从本地处理控制器150、线控制器199或两者接收反馈数据。所述反馈数据可为基于由线控制器199、本地处理控制器150、工具101的光谱仪或室控制器中的一者或这些装置中的任一者的组合所确定的表征强度比而进行的处理室调整。在图1中，各种处理室表示为处理室112、122、132、142，对应室控制器表示为室控制器117、127、137、147，且对应光谱仪表示为光谱仪119、129、139及149。
使用被监测处理模块110作为其它被监测处理室的实例，处理室112用于容纳被工艺等离子体修改的晶片。来自等离子体的光学发射可含有关于晶片的状态以及等离子体的条件以及处理室112及相关联工艺模块110的总体运行的信息。举例来说，光学发射可载运关于蚀刻的状态(经由来自工艺气体及晶片材料的反应物及产品种类的发射)以及等离子体性质(例如等离子体温度及密度)及工艺室自身的功能性健康的信息。
处理室112、122、132、142中的每一者分别包含视口113、123、133、143。所属领域的技术人员将理解，处理室112、122、132、142可为相同或不同类型的处理室且包含本文中未图解说明或论述的额外组件。另外，所属领域的技术人员将理解，工具101可包含更多或更少处理室或模块，如本文中所图解说明。在所图解说明实施例中，工具控制器180指导处理室112、122、132、142的操作的至少一部分。
光谱仪119、129、139、149中的每一者从其对应工艺室接收光学信号且将光分散成光谱。光谱仪119、129、139、149中的每一者包含接收光谱且将光谱光转化成原始光谱强度数据(以其它方式称为未校准光谱数据)的光学检测器。借助标准化光源的光谱输出的信息，可按那些值校准光谱仪。校准光谱仪的细节可存在于(举例来说)以引用方式包含于本文中的美国专利8,125,633中。
如下文中所使用，术语“光谱仪”应理解为一般至少包括：光谱组件，其用于将光分散成光谱；光学检测器，其用于将来自光谱组件的光谱光转化为原始(未校准)光谱强度数据；及计算电子器件、固件及处理能力，其用于执行软件从而执行测量、校准所述测量且将原始光谱强度数据转化成光学信号数据。所述光学信号数据可用作光学校准数据，即，校准数据。因此，典型光谱仪将包含至少一个光学端口、光学耦合器或用于接收光的其它光学组件，以及一或多个数据连接、端口或用于发送及接收数据及可执行程序代码的其它数据传输组件。
光谱仪119、129、139、149中的每一者经由在图1中表示为光学耦合系统115、125、135、145的光学耦合系统光学耦合到其相应处理室。光学耦合系统115、125、135、145中的每一者包含光纤117、127、137、147及光学耦合器116、126、136及146。所述光学耦合器光学耦合到相关联处理室的其相应视口。光学耦合器116、126、136、146可包含例如透镜的光学组件或例如定位器的光机械组件。在一些实施例中，光学耦合系统115、125、135、145还包含搅模器(图1中未展示)。所述搅模器可为放置在纤维入射面前面的漫射器。在一些实施例中，搅模器可为放置在纤维入射面前面的精细网格。或者，凹槽可形成于纤维中，例如第4,676,594号美国专利中所描述。
在被监测处理模块110、120、130、140的停机时间期间，例如在不执行正常半导体处理时的定期维修期间，标准化光源可定位在处理室112、122、132、142内以允许相应光谱仪记录光学校准数据并基于两个指定波长而处理光学校准数据，例如全光谱传输测量或强度比。在一个实施例中，所述强度比为来自经选择为在操作期间用于处理室112、122、132、142中的等离子体的对应波长范围内的波长的光谱线对之间的集成峰面积比。此外，计算光谱线峰的净面积以确定强度比。可使用如由光谱仪定义的预定波长的光谱来计算集成峰面积比。强度比可用于以使得调谐处理室的等离子体中的电子温度的方式来控制每一处理室以获得均匀处理。
在图1中，标准化光源1经展示定位在处理室112中作为实例。标准化光源1可为如本文中揭示的光学校准装置且可与光谱仪119、本地处理控制器150及用于控制及配置的其它系统连接在一起。标准化光源1可用于确定用于室表征及室匹配的光学信号数据。所述光学信号数据可包含(举例来说)处理室112的参考强度比且接着用于确定处理室122、132及142的参考强度比。在此实例中，处理室112为参考室，所述参考室如本文中所使用是被理解为记录基线或室的良好表征的工艺室。可接着在处理室的操作期间不具有标准化光源1的情况下以类似方式确定处理室112、122、132、142中的每一者的操作强度比。相同波长用于确定参考强度比及操作强度比两者。标准化光源1定位在处理室112、122、132及142中的每一者中以确定用于每一室及光学系统配置的光学信号。
参考强度比与操作强度比之间的分析可用于指示所测量室/模块之间的等离子体及/或室状态差异。可接着基于参考及操作强度比而针对任一对处理室确定表征比。基于所述表征比，工具控制器180(举例来说)可调整处理室以获得均匀处理。下文详述用于确定强度比及表征比的方法的实施例。
图2A、2B、2C及2D展示根据本发明的实施例的指示与OES光学系统匹配相关联的共同问题及可观察量的一组曲线图。在图2A中，曲线图200指示在等离子体处理期间观察到的光学信号漂移。曲线210可表示与晶片的等离子体处理及/或等离子体或室的状态有关的可观察量。所观察到的漂移的一个非常常见的根源是窗云雾化及/或光纤日晒。此漂移一般取决于波长且以各种方式影响所测量光谱的不同部分。
另外，可将曲线210与信号偏移及/或波长校准移位求卷积，如图2B的曲线图220中所指示。将代表性光谱曲线222及224进行比较，可看出，任一或两个原因(信号偏移、校准移位，由线225所指示)也可为观察到漂移的贡献者。等离子体工艺相关的信号改变及归因于不同/改变的光学系统组件的信号改变的卷积通过掩盖具体原因而使工艺控制及室匹配复杂化。使用标准化光源进行的测量可辅助具体根源的区分及识别，如与图10相关联地进一步论述。
图2C的曲线图240指示典型氩等离子体发射光谱，其中可观察到多个强原子发射线。众所周知，可使用所确定线强度比、已知爱因斯坦系数及萨哈及/或玻尔兹曼公式从特定光谱线的比较推断出等离子体温度及其它参数。纯气体可用于这些确定中，因为气体混合物由于淬火及其它因素而进一步增添复杂化。
图2D的曲线图260指示典型氮等离子体发射光谱，其中可观察到原子及分子发射线两者。各种线可与氮双原子气体的各种激活及离子化状态、光谱线加宽、带缘移位及定位、强度振幅、旋转及振动状态有关。旋转-振动状态可用于理解离子化分率及其对蚀刻/处理特性的影响。这些光谱特征中的任一者可经分析、处理、参数化且用于室匹配控制，例如调整或匹配参数。
然而，线强度比及其它度量的恰当确定需要光学信号的相对或绝对校准及与修改来自等离子体的“真”信号的系统因素隔离。包含但不限于视口、光学滤光器、纤维光缆系统及光学检测器系统的光学系统组件每一者都可能造成对光学信号改变以及绝对及相对光学信号值两者的曲解。举例来说，以不同方式被污染的视口可使来自不同室的光学信号均匀地衰减不同量且导致等离子体的状态在各室之间不同的不恰当结果。类似地，光纤的日晒可使光学光谱的若干部分衰减不同量且导致工艺气体激发条件在各室之间不同的不恰当结果。此外，短暂日晒可导致等离子体条件对于任何一个室而随时间漂移的不正确结果。
对于例如光谱仪的光学检测器，总体响应取决于光谱仪的灵敏度(其可在单元间变化)以及室与光谱仪之间的各种光学元件的传输。通过测量由参考/校准标准化光源通过这些元件产生的光谱，可将光谱仪上的这些元件对输出信号的经组合效应与参考光谱或其它数据进行比较。此准许确定可用于使系统响应达到更准确值的光学信号电平校正。室内校准使得能够在其中定量测量重要的应用中使用光谱仪。对于上文提及的原因及其它原因，能够出于确定室内振动及室间匹配的目的而执行来自一或多个室的光学信号的全光谱校准是有价值的。
图3图解说明可用于校准/引用光学信号以监测及/或控制等离子体处理室内的等离子体工艺的状态的表征系统300的实施例的框图。表征系统300与具有视口312的处理室310(例如图1的处理室112、122、132、142中的一者)一起使用。表征系统300包含光学校准装置320、光谱仪330、室控制器340、光学耦合系统350及本地处理控制器360。
光学校准装置320经配置以在处理室310内的操作期间提供近似于等离子体发射的校准光。在近似于等离子体光时，来自光学校准装置320的校准光提供至少包含与由等离子体所提供且由光学系统观察到的波长范围、空间及角度伸展范围类似的波长范围、空间及角度伸展范围的光场。光学校准装置320是稳健的、便携的且足够紧凑的以定位在处理室310内。光学校准装置320定位在处理室310内以经由视口312将校准光提供到光学耦合系统350。光学校准装置320至少包含光学源322、光学塑形元件324、逻辑电路326、接口面板327及外壳328。
光学源322位于外壳328内且经配置以提供用于提供校准光的源光。在一个实施例中，光学源322具有如下性质：任一光谱带中的辐照度在其整个校准寿命期间都是可重复的以在不需要源的恒定重新校准/证实的情况下达成校准系统的稳定性。另外，光学源322可提供具有连续发射光谱的源光，使得用于校准的光学信号对于在光谱仪330的范围内的任何波长是可用的。如图2A到2D的曲线图中所见，可在宽广范围的波长内发生发射。
在各种实施例中，光学源322不同于基于石英钨卤素(QTH)技术的具有如下缺点的典型辐射测量校准光源：1)具有短使用寿命(通常在使用50个小时之后需要重新校准)，2)通常需要预热周期及3)高功率要求，尤其在需要短波长的情况下。
考虑这些缺点，在一个实施例中，光学源322可为氙闪光灯，例如来自埃赛力达(Excelitas)的系列1100闪光灯或以大致微秒光学脉冲产生光的另一类型的闪光灯。这些类型的闪光灯通常具有数千万或更多次闪光的使用寿命。实验已展示，在初始预烧周期(大约一百万次闪光)之后，其能量输出变得足够一致以用作校准标准。尽管闪光能量可在各次闪光之间波动，但可对少量闪光求平均以提供光谱亮度，所述光谱亮度在百分之一左右内是可重复的且以非常有限的预热循环/闪光在成千上万次闪光的序列内保持为真。用于测量的闪光的典型数目介于从大致十次到几百次的范围内。从闪光灯产生的光学信号可集成在光学地在光学检测器上的光谱仪内且可在以数字形式转化之后经平均化。氙闪光灯通常不老化，除了在其被点亮时。因此，此类型的光源的使用寿命在用作室表征系统的一部分时可有利地是长的。闪光灯具有如下额外优点：其可在存在房间环境光的情况下通过触发以及交替的闪光接通及闪光关断测量及相减来使用。这些交替的闪光接通及闪光关断测量可由光谱仪(例如，光谱仪330)记录且在光谱仪内或在例如所连接计算机的某一其它处理系统(例如，室控制器340)内以数学方式经处理。
光学塑形元件324位于外壳328内且经配置以在处理室310内的操作期间将源光成形为近似于等离子体发射的校准光。近似于等离子体发射为其中校准光具有与由处理室310内的等离子体发射所提供且由例如光谱仪330的光学检测器观察到的波长范围、空间伸展范围及角度伸展范围至少相等的波长范围、空间伸展范围及角度伸展范围。光学源322、光学塑形元件324的组合及光学源322或光学校准装置320在处理室310内的放置可协作以实现等离子体发射的近似。光学塑形元件324可包含协作以将源光成形为校准光的漫射器、挡板、透镜、镜、孔径、滤光器、窗及其它已知光学组件。在一个实施例中，光学塑形元件324包含至少一个漫射器及一个挡板。由光学塑形元件产生的校准光为适合用于校准的空间、角度及光谱形式的光场。对校准光的典型要求包含足以填充从等离子体体积到光谱仪330的光学路径的任何物理孔径的空间伸展范围、足以填充穿过光学耦合系统350的光学路径(当等离子体发射到所有立体角中时所述光学路径可被视为限制性的)的数值孔径的角度伸展范围及覆盖所关注发射波长的光谱范围。
逻辑电路326经配置以根据传输到/自(举例来说)光谱仪330、室控制器340及/或本地处理控制器360的命令及数据控制光学源322的操作。举例来说，逻辑电路326可包含触发组合件、数据存储器、通信电路及用于光学校准装置320的命令处理器。通信电路321及可存取存储器323(例如，可经由接口面板327存取)在图3中的逻辑电路326中经表示。存储器323可存储用于校准及室匹配的数据，例如与校准光及等离子体发射相关联的校准数据、光学信号数据以及例如参考光谱及工厂测量的光谱的光谱数据。接口面板327可以通信方式且以电方式耦合到逻辑电路326且包含用于光学校准装置320与外部系统之间的交互的连接器以传递(举例来说)点亮信号、定时信号及识别数据传送(序列号、工厂提供的校准光谱等)。逻辑电路326的通信电路321可用于指导信息传送。所述外部系统包含(举例来说)光谱仪330、室控制器340、本地处理控制器360及/或不同于光学校准装置320或在光学校准装置320外部的其它计算或处理装置。由光谱仪330收集的数据可组合处理室310(经由室控制器340或其它构件)及来自光学校准装置320两者的识别信息。这些数据定义较大表征系统300的状态且至少包含室识别信息、光谱仪识别信息及校准装置识别信息。图4A及4B图解说明可用于例如处理室310的处理室中的光学校准装置的一个实施例。
外壳328容纳且保护光学校准装置320的各种组件。外壳328还可允许经由接口面板327与光学校准装置320通信且经由出射端口实现用于校准光的开口。外壳328可包含主要本体及延伸本体，其中光学塑形元件324的至少一部分位于延伸本体内。外壳328可由例如金属的刚性材料制成以保护光学校准装置320。外壳328还可包含安装硬件以将光学校准装置320固定在处理室310内在适合于照射处理室310的光学视口312以及包含光学耦合系统350及光谱仪330的后续光学元件的特定预定位置处。图5图解说明将例如光学校准装置400的光学校准装置的实施例安装在处理室内的实例。除所图解说明的组件之外，光学校准装置320还可包含其它组件，例如镜。所述镜可用于将校准光引导到外壳328的出射端口。
光学耦合系统350光学耦合到视口312且经定位以接收由光学校准装置320发射的校准光。光学耦合系统350包含光学耦合器352及纤维光缆354。光学耦合系统350还可包含其它组件，例如搅模器。
光谱仪330经由光学耦合系统350光学耦合到光学校准装置320且经配置以产生并报告与校准光及校准光穿过处理室310、视口312及光学耦合系统350的传播相关联的所测量光学信号数据。
一般来说，光学信号数据包含在所关注波长范围内记录的一或多个光学强度光谱。在一个实施例中，所述光学信号数据包含基于来自校准光的至少一对光谱线的强度光谱。所述强度光谱还可减小到来自校准光的一对光谱线之间的集成峰面积比。可使用校准光的光谱计算所述集成峰面积比。在一些实施例中，所述强度光谱为处理室的参考强度光谱且光谱仪进一步经配置以确定等离子体处理室310的操作强度光谱。
室控制器340经配置以基于来自光谱仪330或本地处理控制器360的反馈而控制处理室310。如此，在正常操作(例如半导体蚀刻或沉积工艺)期间，室控制器340可基于来自光谱仪330或本地处理控制器360的反馈而调整处理室310的操作。室控制器340还可用于基于由光谱仪330或本地处理控制器360产生的光学信号数据而调整处理室310的操作及配置参数以用于处理室310的校准。所述操作及配置参数包含气体压力、气体混合物、温度、RF功率设定以及预防性维修操作及/或组件修理/替换的考虑。光谱仪330及本地处理控制器360可共享如本文中所描述的对光学信号数据的计算及光谱分析的任一部分。本地处理控制器360可(举例来说)执行原始或经校准光学信号数据的自动化评估以确定意外变动且使用规则、脚本或甚至人工智能来既确定需要注意什么差异又建议室调整以更好地匹配参考室。
图4A及图4B展示根据本发明的实施例的适合用于放置到等离子体处理室中的光学校准装置400的实施例的多个视图。光学校准装置400包含封围例如光学源450、灯触发组合件460及逻辑电路470的元件的主要本体410。光学源450可为氙闪光灯。逻辑电路470可包含灯功率控制子系统、数据及信号处理器、闪光计数器及用于保存光学信号数据及其它数据的存储器，例如上文关于图3中的存储器323所论述。
光学校准装置400包含光学塑形元件，例如光学组件挡板480及482以及漫射器484。一些光学塑形元件(例如光学组件挡板482及漫射器484)可封围在光学校准装置400的与主要本体410连接在一起的延伸部420内。漫射器484可为漫射板，例如埃德蒙光学熔融二氧化硅磨砂玻璃漫射器#49237。可包含更多或更少光学塑形元件且组件沿着光学路径的排序可变化以适应光学校准装置的不同实施例的特定应用。漫射器484以及挡板480及482一起操作以将来自光学源450的源光的宽频带连续光谱(例如，从UV中的小于200nm到红外光中的超过1100nm)成形为近似于在处理室内操作的等离子体的校准光且对于在处理室内的定向及放置不那么敏感。
光引导组合件430可连接到延伸部420或定位在延伸部420内且进一步封围光学元件，例如经定位以将校准光引导到出射端口440的转向镜435。光引导组合件430及光学塑形元件可适于(举例来说)通过使用具有不同均化角度的漫射器、透镜系统等来模拟处理室内的不同观察点或位置。
主要本体410及延伸部420可界定保护光学校准装置400的各种组件的外壳。所述外壳可由刚性材料(例如金属)制成以保护光学校准装置400。所述外壳还可包含安装硬件以将光学校准装置400固定在处理室内在适合于照射处理室的光学视口的特定预定位置处。
光学校准装置400还可包含后面板组合件、接口面板490，其包含准许控制、供电及与光学校准装置400交互的特征。接口面板490可包含例如以下各项的特征：电源连接器、模拟及数字信号连接、显示器、用于光谱仪同步的控制连接器、闪光脉冲计数器、互锁等。文本显示器492还可用于指示例如闪光数目、校准到期警告、关闭条件、错误消息等的信息。与光学校准装置400的通信可为双向的且所传送信息可包含原始或经处理光谱数据或其它校准数据。
图5展示根据本发明的实施例的表示用于将光学校准装置510定向且安装到处理室520中的配置的图形示意图500。光学校准装置510可安装到处理室520中在晶片底座530与室盖540之间的适当位置处。所述定向及定位可使得从光学校准装置510发射的校准光550在处理室520中的操作期间近似于来自等离子体的发射且通过视口560投射到光学耦合系统570的组件且投射到光谱仪580。
光学校准装置510可放置在每当使用光学校准装置510时相对于视口相同的位置及角度中。光学校准装置510在处理室520中的位置改变(左右、上下及角度)可影响通过视口560及光学耦合系统570进入光学路径到达光谱仪580的校准光的振幅及光谱平衡。这些位置改变的影响还可取决于距收集光学器件(即，光谱仪580)的距离及所使用的收集光学器件的类型。光学校准装置510可包含安装硬件以将光学校准装置510精确地定位且牢固地固定到处理室520。所述安装硬件可经构造以提供光学校准装置510在类似处理室内的一致定位以确保实现所要测量准确度及一致性。光谱仪、耦合光学器件、视口条件、室及校准光源(至少)的组合定义任一特定室的校准状态。对于每一室，校准状态由于制造变化而具有不同组件(尽管为相同类型或描述)。追踪这些不同组件以出于匹配目的而正确地识别从室到室的校准状态，因为组件的替代可否定准确校准。
图6图解说明根据本发明的原理构造的光谱仪600的实施例的框图。光谱仪600经配置以进行光学测量且包含至少三个功能上单独的组件：用于将光分散成光谱的光分散组件、用于将光谱光转化成原始光谱强度数据的光学检测器及用于将原始光谱强度数据转化成光学信号数据的处理能力、软件及/或固件。光谱仪600包含光学检测器630及处理器640。光谱仪600可包含常规光谱仪所包含的额外组件，例如用于与用户通信的显示器。
光学检测器630为用于将光谱光转化成原始光谱强度数据的光学组件。光学检测器630经配置以经由耦合到例如图1中所图解说明的光学耦合系统的输入端口610接收光。
处理器640经配置以将原始光谱强度数据转化成可经由输出端口650提供到后续系统或操作者的光学信号数据。处理器640还经配置以依据原始光谱强度数据确定光学信号数据。所述光学信号数据可为原始未校准强度数据或经处理强度数据(或其任一部分)。在一个实施例中，所述光学信号数据为原始光谱强度数据的两个光谱线的强度比。在一个实施例中，处理器640通过将选定波长的波长峰下方的面积(即，峰面积)进行比较来确定强度比。在一些实施例中，依据处理器640的数据确定峰面积。选定光谱数据可从光源(例如从光学校准装置320、400或510)产生以提供参考强度比，或从处理室的等离子体产生以提供操作强度比。在一些实施例中，处理器640还经配置以基于依据选定波长确定的强度比而确定一对处理室的表征比。在其它实施例中，另一处理系统装置(例如本地处理控制器、工具控制器或主工艺控制器)经配置以从光谱仪600接收监测数据且基于所述监测数据而确定表征比。在一些实施例中，其它装置还可经配置以依据经由光谱仪600接收的监测数据确定相应光学信号数据。与下文中所描述的方法相关联地描述光学信号数据收集、处理及分析的详细实例。在替代实施例中，上文所描述的处理可全部地或部分地由在(例如)不同装置(光谱仪600)外部的系统、计算装置、处理器等(例如由图3的本地处理控制器360)来完成。
图7图解说明根据本发明的原理构造的用于等离子体处理室的室表征器700的实施例的框图。室表征器700经配置以提供室调整信号以用于获得等离子体处理室之间的均匀处理。室表征器700的各种组件的功能性可与单个计算装置成一整体或可分布在多个计算装置当中。室表征器700或室表征器700的功能性的若干部分可集成在光谱仪、本地处理控制器、工具控制器、线控制器或指定计算装置内或者分布在其组合中。室表征器700包含参数确定器710及室分析器720。
参数确定器710经配置以接收光谱数据且依据所述光谱数据确定各种参数(例如匹配参数)及可用于工艺室的控制及匹配的相关联值。在用以表征及匹配等离子体温度的特定实例中，参数确定器710经配置以确定与处理室相关联的特定光谱线的强度比，且基于所述强度比而确定表示等离子体温度的状态的表征比。在一个实施例中，参数确定器710针对参考室计算两个选定波长之间的参考强度比(R1L)且还针对参考室计算两个选定波长之间的操作强度比(R1C)。类似地，参数确定器710针对第二室计算相同的两个选定波长之间的参考强度比(R2L)且针对第二室计算相同的两个选定波长之间的操作强度比(R2C)。参数确定器710进一步经配置以基于强度比而确定两个室的表征比(R21＝R2C/R1C×R1L/R2L)。在一个实施例中，参数确定器710从例如光谱仪600的光谱仪接收光谱强度数据以计算这些比率。尽管上文所描述的实例中的特定操作强度比及参考强度比使用特定波长区域来定义，但这些比率还可包含可用光学信号数据的任一部分，例如与图10B的校准曲线1055、1060、1065及1070相关联地论述。另外，如上文所描述的表征比使用强度比的特定数学组合，且应理解，强度比的各种部分的不同组合与其它光学信号数据可经组合以产生支持不同于等离子体温度的室匹配度量的不同表征比。
室分析器720经配置以基于从参数确定器710接收的表征比而提供室调整信号。室分析器720还接收用于确定室调整信号的室操作数据。所述室调整信号用于调谐第二室以维持表征比或其它所识别参数以实现参考室与第二室之间的均匀处理。室分析器720可经由神经网络、PID控制或其它方法与相关联光谱仪及室控制器协作工作以调整室操作参数以实现经设计结果，例如表征比接近1，此指示(基于此参数化)经匹配室。调整信号可广义地定义为工艺控制参数(例如RF功率设定)或可为影响工艺条件及匹配的系统组件的所需修理或替换的指示。
图8展示根据本发明的用于将光学校准装置定向、安装到等离子体处理室中且操作光学校准装置的方法800的实施例的流程图。所述处理室可耦合到光学系统以用于监测及校准。方法800可与单个处理室(例如图1的处理室中的一者)一起使用以用于校准与所述处理室相关联的光学系统。另外，方法800可与图1的所有处理室一起使用以用于室与室校准。方法800在步骤805中开始。
方法800以准备步骤810继续，其中可执行光学校准装置的任一初步设置及配置。预备动作可包含(举例来说)“预烧”光学源，例如闪光灯，以减轻归因于灯漂移的短期光学信号漂移及/或变化的可能性。接下来在步骤820中，确定将光学校准装置放置或定位到等离子体处理室中。放置可接近处理室的视口且准许从光学校准装置发射的校准光近似于所观察到的等离子体对着在视口处的空间及角度。将光学校准装置放置在处理室内可基于位置空间选项及安装硬件而预定。接下来在步骤830中，将光学校准装置装设在等离子体处理室内。对于可重复校准而言，可能会在多个处理室内在各次装设之间以恒定的位置及定向牢固地安装光学校准装置，对此期望进行校准及匹配。如上所述，安装硬件可用于可重复定位。
在步骤840中，可执行光学系统组件的配置。配置可包含(举例来说)恰当地装设、清洁及连接视口、光学滤光器、透镜及光纤。应注意，若光学系统组件在校准与实际使用之间不一致地配置，则校准可被消极地影响或为错误的。随后在步骤850中，例如光谱仪的光学检测器可经配置以与光学校准装置一起使用。在一个实施例中，光谱仪可经配置以在光学源的经定义持续时间或一定数目次闪光内以特定速率按特定强度水平触发光学校准装置的光学源。
在多个实施例中，与光学校准装置的光学源交互的光谱仪有利地为通常监测来自处理室的等离子体发射的相同光谱仪。使用不同光谱仪可增添由室表征器700使用的方法的复杂度。光谱仪还可向光学校准装置询问光学信号数据、处理控制信息及对询问的其它信息及使用响应以支持校准工艺。一旦完成任何配置，方法800便进展到步骤860，其中可收集光学信号数据。光学信号数据可为当光学源在避免饱和条件所需要的条件下操作而且以任何所要波长产生充足振幅的信号时由光谱仪在光学源的特定数目次闪光(例如，100)内收集的光学光谱。还可在存在周围光的情况下发生光学信号数据的收集且在这些条件下可使光学信号测量成为差异测量(闪光接通减去闪光关断)。
在步骤870中，可组合所测量光学信号数据与参考光学信号数据以确定每一经校准系统的校正。校准的一个目标是使用所测量强度光学信号数据作为用于使如由任一光谱仪记录的光学信号强度比例缩放/偏移的校正向量的一部分。一般来说，与光学校准装置或与“参考室”相关联的参考光谱可用于计算可应用在硬件或软件内的参考光谱与所测量光谱的比率，从而使得能够校正可用于实时晶片处理或室匹配的实时数据。与特定光学校准装置相关联的工厂测量的光谱可在使用光学校准装置之前经收集且存储于所述光学校准装置中。在一些实施例中，光谱仪的工具控制器或处理器可经配置以确定所述比率。还可使用另一计算装置。方法800在步骤880中结束。
图9图解说明根据本发明的原理实施的表征且匹配工艺室的方法900的实施例的流程图。可使用方法900以(举例来说)取决于所需要应用而匹配一工具内的多个处理室、不同工具中的对应处理室、一工具或多个工具内的所有处理室、单个室的校准及其它室匹配组合。方法900以步骤905开始。在步骤910中，在可为“参考”室(其如特定期望而操作以实现已知结果)的工艺室中产生等离子体。在步骤920中，可由与步骤910的室相关联的光谱仪记录光谱。在步骤930中，将例如由如本文中所揭示的光学校准装置提供的标准化光源放置在相同室中且在步骤940中记录额外光谱。来自步骤920的光谱可被视为操作光谱且来自步骤940的光谱可被视为校准光谱，如本文中所论述。在步骤950中，可使用来自光源的校准光谱校准等离子体光谱且可针对室确定校准值。可通过将去往/来自光源的信息(例如与特定光源序列号相关联的工厂测量的校准光谱)传送到光谱仪而支持光谱的校准。如果没有室匹配将要进行，那么工艺900可在此步骤处终止。在此情形中，校准数据可存储于与光源相关联的存储器(例如光学校准装置的存储器)中，存储到光谱仪中或存储到例如室控制器的另一位置且用于针对此室校准未来操作光谱。
在步骤960中，可针对所要可观察量的调整或匹配参数(温度、压力、密度、蚀刻速率等)分析经校准光谱。在步骤970中，可在可比较室的调整/匹配参数之间进行比较。在步骤980中，可基于所确定调整/匹配参数的差而修改室的操作条件。工艺900以步骤990结束。
图10A、10B及10C展示根据本发明的原理的指示与图9的方法相关联地收集及处理的光学信号数据的一组曲线图。图10A的曲线图1000展示分别指示工厂测量的光源光谱及来自放置在室内的光源的所测量光谱的两个光谱1010及1020。工厂测量的校准光谱1010可存储在光学校准装置内部以用于由记录光谱的相关联光谱仪重新调用。所测量光谱1020不同于光谱1010且通过比率计算及图10B中的曲线图1050的所得校准曲线1055来确定差。光谱1020指示跨越波长范围的所有部分的衰减，且可(举例来说)归因于视口的污染或对另一光学组件的损坏/磨损以及光谱仪校准的缺乏。
在图10B的曲线图1050中展示额外校准曲线1060、1065及1070。每一校准曲线可与定义总体所测量“系统”的室、校准光源、光谱仪及介入光学器件的特定组合相关联。在其中相同光谱仪及光源用于曲线图1050的光谱的收集(或其中已适应用以移除光谱仪及/或光源比例缩放的额外正规化)的情形中，校准曲线的差异可指示光源与光谱仪之间的光学系统组件改变。举例来说，当将光谱1065与1070进行比较时，总体形状是类似的但相对振幅为大致20％差异。此改变可指示室内的光学孔径在与光谱1065相关联的室中受限制。应注意，与图10A到10C相关联的论述特定于校准或参考光谱数据且不特定于来自等离子体工艺的操作光谱数据。总体室匹配及比较可划分成准许校准或参考分析与操作分析的分离的两个工艺。校准分析可首先执行且可有利地用于确定单个室或各室之间的硬件差异或问题。可随后使用对实际所测量等离子体光的操作分析来更具体地确定各室的操作条件或各室之间的差异。
可手动且通过在室控制器、工具控制器及/或另一所连接计算机(例如本地处理控制器)上执行的自动化算法评估差异。对光学信号数据的自动化评估有利地准许更一致且程序化调整以消除臆测且最小化相比于跨越各室且在操作者之间进行手动调整的变化。自动化评估应产生针对操作者或室控制器的特定调整指令，因此可以最优方式进行手动或自动化调整。
如在图11的特定实例中进一步论述，图10C中的表格1090总结将在校准不应用于所记录数据的情况下产生的峰比值列表。表格1090包含室行及相关联峰比行。室行包含来自四个不同室的光谱且峰比行包含对应峰比。图11图解说明根据本发明的原理实施的表征及匹配工艺室的方法1100的实施例的流程图。方法1100在步骤1105中开始。
在步骤1110中，将标准光源放置在参考室中。标准光源可为光学校准装置。在一个实施例中，放置标准光源以接近将在室中产生等离子体光的位置。所述光将通过参考处理室的视口窗及任何收集光学器件，且进入到光谱仪的最优室上的光纤中。
在步骤1120中，由光谱仪记录来自标准光源的一或多个光谱。对于基于线比率的参数，由光谱仪记录针对至少两个波长的来自标准光源的光谱。可在步骤1130中执行计算以确定参数确定的处理方法。在特定实例中，在步骤1130中计算如由光谱仪记录的两个波长的峰的净面积。在一个实施例中，进行对来自除标准光源以外的其它源的任何背景光的校正。
在步骤1140中计算线对的峰面积的参考强度比R1L。在步骤1150中，以上文在步骤1110中所描述的方式将标准光源放置在第二室中。在步骤1160中确定参考强度比R2L。使用如上文所描述的用以计算R1L的相同工艺来计算R2L。
在步骤1170中，接着在参考室中产生等离子体。接着基于如上文所论述的所记录光谱的峰的净面积而计算参考室的等离子体强度比R1C。在步骤1180中，接着根据用于确定R1C的相同工艺来确定第二室的等离子体强度比R2C。在步骤1190中，基于参考强度比及等离子体强度比而确定表征比R21。在步骤1195中，调谐第二室直到表征比R21尽可能地接近于1。工具控制器可用于调整第二室的等离子体的能级以维持1的表征比。方法1100在步骤1199中结束。
本发明认识到，在多个室当中执行“室匹配”且观察已知相对或相同光学发射改变/条件的能力可用于准许处理室的均匀使用而且理解其效能差异。匹配参数可经确定且用于室匹配。
可以产生“标准化”信号的各种方式执行校准。举例来说，在与多个室(每一者具有相关联光谱仪)一起使用的单个校准光源的情形中，校准可产生个别校正向量(每一者与每一室/光谱仪对相关联)。在此实例中，总体所观察到的信号可“引用”或可不“引用”为用于室的经定义标准信号。在多个校准光源的情形中，每一光源可与预定校准数据集(波长的光谱信号)(其准许适应与光源差相关的相对校正的确定)相关联。任一所观察到或经校正信号电平的相关联可最终与经定义“标准”(例如NIST可追踪参考源)相关联但此并非必需的。
可在不背离本发明的范围的情况下在本文中所描述的光学测量系统及子系统中做出上文所描述的改变及其它改变。举例来说，尽管与半导体晶片处理设备相关联地描述某些实例，但可理解，本文中所描述的光学测量系统可适于其它类型的处理设备，例如卷对卷薄膜处理、太阳能电池制作、平板显示器处理或其中可需要高精确度光学测量的任何应用。此外，尽管本文中所论述的某些实施例描述常见光分析装置(例如成像摄谱仪)的使用；但应理解，可利用具有已知相对灵敏度的多个光分析装置。此外，尽管当描述本发明的方面时已在本文中使用术语“晶片”；但应理解，可使用其它类型的工件(例如石英板、相移掩模、LED衬底及其它非半导体处理相关衬底)以及包含固体、气体及液体工件的工件。
选择且描述本文中所描述的实施例以便最佳地阐释本发明的原理及实际应用，且使得所属领域的技术人员能够理解本发明的各种实施例具有如适合于所预计的特定用途的各种修改。本文中所描述的特定实施例绝不打算限制本发明的范围，因为其可在各种变化及环境中实践而不背离本发明的范围及意图。因此，本发明不打算限制于所展示的实施例，而是欲被赋予与本文中所描述的原理及特征相一致的最宽广范围。
各图中的流程图及框图图解说明根据本发明的各种实施例的系统、方法及计算机程序产品的可能实施方案的架构、功能性及操作。就这一点来说，流程图或框图中的每一框可表示代码模块、片段或部分，其包括用于实施指定逻辑功能的一或多个可执行指令。还应注意，在一些替代实施方案中，可不以图中所述的次序发生框中所述的功能。举例来说，事实上，可取决于所涉及的功能性，基本上同时执行两个连续展示的框，或有时可按相反次序执行所述框。还将注意，框图及/或流程图图解说明的每一框及框图及/或流程图图解说明中的框组合可由特殊用途基于硬件系统(其执行指定功能或动作，或特殊用途硬件及计算机指令的组合)实施。
本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的而不打算限制本发明。如本文中所使用，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一(a/an)”及“所述(the)”打算还包含复数形式。将进一步理解，当在此说明书中使用时，术语“包括(comprises)”及/或“包括(comprising)”规定存在所陈述特征、整数、步骤、操作、元件及/或组件，但并不排除存在或添加一或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件及/或其群组。
如所属领域的技术人员将了解，本发明可体现为方法、系统或计算机程序产品。因此，本文中所揭示的特征或至少一些特征可采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包含固件、常驻软件、微代码等)或组合软件与硬件方面的实施例(一般都在本文中称为“电路”或“模块”)的形式。此外，本文中所揭示的特征或至少一些特征可采取非暂时性计算机可用存储媒体(所述媒体中体现有计算可用程序代码)上的计算机程序代码的形式。
因此，所揭示实例的若干部分可与具有非暂时性计算机可读媒体(其上具有程序代码，所述程序代码用于执行体现设备、装置的一部分或实施本文中所陈述的方法的步骤的各种计算机实施的操作)的计算机存储产品有关。本文中所使用的非暂时性是指所有计算机可读媒体，惟暂时性传播信号除外。非暂时性计算机可读媒体的实例包含但不限于：磁性媒体，例如硬磁碟、软磁碟及磁带；光学媒体，例如CD-ROM磁碟；磁光媒体，例如软光碟；及经特别配置以存储并执行程序代码的硬件装置，例如ROM及RAM装置。程序代码的实例包含机器代码(例如由编译器产生)及含有可由计算机使用解译器来执行的较高阶代码的文件两者。
上文所描述的设备、系统或方法的一部分可体现在各种(例如常规)数字数据处理器或计算机中或由各种(例如常规)数字数据处理器或计算机执行，其中所述计算机经编程或存储软件指令序列的可执行程序以执行方法的步骤中的一或多者。此类程序的软件指令可表示算法且以机器可执行形式编码在例如磁碟或光碟、随机存取存储器(RAM)、磁性硬碟、快闪存储器及/或只读存储器(ROM)的非暂时性数字数据存储媒体上，以使得各种类型的数字数据处理器或计算机能够执行上文所描述的方法中的一或多者的一个、多个或所有步骤或者本文中所描述的功能、系统或设备。
可主张包含如本文中所揭示的系统及方法的本发明的各种方面。
本文中所揭示的方面包含：
A.一种光学校准装置，其包含：(1)外壳，(2)光学源，其位于所述外壳内且经配置以提供具有连续光谱的源光，及(3)光学塑形元件，其位于所述外壳内且经配置以在所述处理室内的操作期间将所述源光成形为近似于等离子体发射的校准光。
B.一种表征系统，其包含：(1)光学校准装置，其定位在具有视口的等离子体处理室内，(2)光学耦合系统，其耦合到所述视口且经定位以接收由所述光学校准装置发射的校准光，及(3)光谱仪，其经由所述光学耦合系统光学耦合到所述光学校准装置且经配置以产生并报告与所述校准光及所述校准光穿过所述等离子体处理室、所述视口及所述光学耦合系统的传播相关联的所测量光学信号数据。
C.一种表征等离子体处理室的方法，所述方法包含：(1)将光学校准装置定位在具有视口的等离子体处理室内，(2)将光学耦合系统耦合到所述视口，所述光学耦合系统经定位以接收由所述光学校准装置发射的校准光，(3)经由所述光学耦合系统将光学检测器耦合到所述光学校准装置，及(4)配置所述光学检测器以产生并报告与所述校准光及其穿过所述等离子体处理室、所述视口及所述光学耦合系统的传播相关联的所测量光学信号数据。
D.一种表征等离子体处理室的方法，其包含：(1)确定参考等离子体处理室的第一参考强度比及第一操作强度比，(2)确定第二等离子体处理室的第二参考强度比及第二操作强度比，及(3)使用所述第一及第二参考强度比与所述第一及第二操作强度比的数学组合来确定来自所述参考及第二等离子体室的所发射光的表征比。
E.一种室表征器包含其上存储有在执行时致使处理器进行以下操作的一系列指令的非暂时性计算机可读媒体：(1)确定参考等离子体处理室的第一参考强度比及第一操作强度比，(2)确定第二等离子体处理室的第二参考强度比及第二操作强度比，及(3)基于所述第一及第二参考强度比与所述第一及第二操作强度比的数学组合而确定来自所述参考及第二等离子体室的所发射光的表征比。
方面A、B、C、D及E中的每一者可具有组合的以下额外要素中的一或多者：
要素1：其中所述光学塑形元件选自由漫射器、挡板、透镜、镜、孔径、滤光器及窗组成的群组。要素2：其中所述光学源为氙闪光灯。要素3：位于所述外壳内的逻辑电路经配置以控制所述光学源的操作且与外部系统通信。要素4：其中所述校准光具有与所述等离子体发射所提供且由光学检测器观察到的波长范围、空间伸展范围及角度伸展范围至少相等的波长范围、空间伸展范围及角度伸展范围。要素5：其中所述光学源为闪光灯且所述光学校准装置进一步包含耦合到所述逻辑电路及所述光学源的触发组合件，所述触发组合件经配置以将触发信号提供到所述闪光灯。要素6：其中所述触发信号包含交替的闪光接通信号及闪光关断信号。要素7：其中所述外壳包含主要本体及延伸本体，其中所述光学塑形元件的至少一部分位于所述延伸本体内。要素8：其中所述操作为半导体晶片工艺。要素9：其中所述光学信号数据包含基于来自所述所测量光学信号数据的两个或多于两个光谱的一部分的强度比。要素10：其中所述光谱仪进一步经配置以产生并报告与等离子体光及所述等离子体光穿过所述等离子体处理室、所述视口及所述光学耦合系统的传播相关联的所测量光学信号数据。要素11：其中所述光学耦合系统包含纤维光缆，且所述光谱仪包含用于经由所述纤维光缆接收所述校准光的光学端口。要素12：其中所述光学校准装置包含：外壳；光学源，其位于所述外壳内且经配置以提供具有连续光谱的源光；及光学塑形元件，其位于所述外壳内且经配置以在所述等离子体处理室内的操作期间将所述源光成形为近似于等离子体发射的校准光。要素13：其中所述光学校准装置进一步包含位于所述外壳内的逻辑电路，所述逻辑电路经配置以控制所述光学源的操作且与外部系统通信。要素14：其中所述光学源为闪光灯且所述光学校准装置进一步包含耦合到所述逻辑电路及所述光学源的触发组合件，所述触发组合件经配置以将触发信号提供到所述闪光灯。要素15：其中所述逻辑电路进一步包括为所述光学校准装置存储参考光谱的存储器。要素16：其进一步包括配置所述光学检测器以产生并报告与等离子体光及所述等离子体光穿过所述等离子体处理室、所述视口及所述光学耦合系统的传播相关联的所测量光学信号数据。要素17：其进一步包括将光学校准装置放置在所述参考等离子体处理室中且放置在所述第二等离子体处理室中且从所述参考及所述第二等离子体处理室中的每一者中的所述光学校准装置产生校准光。要素18：其中所述确定所述第一参考强度比包含记录来自所述参考等离子体处理室中的所述校准光的至少一个光谱且基于光学信号数据而计算匹配参数。要素19：其中所述确定所述第一操作强度比包含在所述参考等离子体处理室中产生等离子体且记录来自从所述参考等离子体处理室中的所述等离子体发射的光的至少一个光谱，且基于光学信号数据而计算匹配参数。要素20：其进一步包括使用所述表征比调谐所述第二等离子体处理室。要素21：其中确定所述第一参考强度比，所述处理器经配置以执行用以记录来自所述参考等离子体处理室中的校准光的至少一个光谱且计算匹配参数的所述指令。要素22：其中确定所述参考操作强度比，所述处理器经配置以执行用以记录来自所述参考等离子体处理室中的等离子体的至少一个光谱且计算匹配参数的所述指令。要素23：其中所述处理器经配置以执行用以使用所述表征比提供室调整信号以调谐所述第二等离子体室以在所述参考等离子体室与所述第二等离子体室之间达成均匀处理的所述指令。

Claims (19)

1.一种用于对与处理室相关联的光学信号进行室内校准的光学校准装置，其包括：
外壳；
光学源，其位于所述外壳内且经配置以提供具有连续光谱的源光；及
光学塑形元件，其位于所述外壳内且经配置以在所述处理室内的操作期间将所述源光成形为近似于等离子体发射的校准光。
2.根据权利要求1所述的光学校准装置，其中所述光学塑形元件选自由漫射器、挡板、透镜、镜、孔径、滤光器及窗组成的群组。
3.根据权利要求1所述的光学校准装置，其中所述光学源为氙闪光灯。
4.根据权利要求1所述的光学校准装置，其中所述校准光具有与所述等离子体发射所提供且由光学检测器观察到的波长范围、空间伸展范围及角度伸展范围至少相等的波长范围、空间伸展范围及角度伸展范围。
5.根据权利要求1所述的光学校准装置，其进一步包括位于所述外壳内的逻辑电路，所述逻辑电路经配置以控制所述光学源的操作且与外部系统通信。
6.根据权利要求5所述的光学校准装置，其中所述光学源为闪光灯且所述光学校准装置进一步包含耦合到所述逻辑电路及所述光学源的触发组合件，所述触发组合件经配置以将触发信号提供到所述闪光灯。
7.根据权利要求6所述的光学校准装置，其中所述触发信号包含交替的闪光接通信号及闪光关断信号。
8.根据权利要求1所述的光学校准装置，其中所述外壳包含主要本体及延伸本体，其中所述光学塑形元件的至少一部分位于所述延伸本体内。
9.根据权利要求1所述的光学校准装置，其中所述操作为半导体晶片工艺。
10.一种用于等离子体处理室的表征系统，其包括：
光学校准装置，其定位在具有视口的等离子体处理室内；
光学耦合系统，其耦合到所述视口且经定位以接收由所述光学校准装置发射的校准光；及
光谱仪，其经由所述光学耦合系统光学耦合到所述光学校准装置且经配置以产生并报告与所述校准光及所述校准光穿过所述等离子体处理室、所述视口及所述光学耦合系统的传播相关联的所测量光学信号数据。
11.根据权利要求10所述的表征系统，其中所述光学信号数据包含基于来自所述所测量光学信号数据的两个或多于两个光谱的一部分的强度比。
12.根据权利要求10所述的表征系统，其中所述光谱仪进一步经配置以产生并报告与等离子体光及所述等离子体光穿过所述等离子体处理室、所述视口及所述光学耦合系统的传播相关联的所测量光学信号数据。
13.根据权利要求10所述的表征系统，其中所述光学耦合系统包含纤维光缆，且所述光谱仪包含用于经由所述纤维光缆接收所述校准光的光学端口。
14.根据权利要求10所述的表征系统，其中所述光学校准装置包含：
外壳；
光学源，其位于所述外壳内且经配置以提供具有连续光谱的源光；及
光学塑形元件，其位于所述外壳内且经配置以在所述等离子体处理室内的操作期间将所述源光成形为近似于等离子体发射的所述校准光。
15.根据权利要求14所述的表征系统，其中所述光学源为氙闪光灯。
16.根据权利要求14所述的表征系统，其中所述光学塑形元件选自由漫射器、挡板、透镜、镜、孔径、滤光器及窗组成的群组。
17.根据权利要求14所述的表征系统，其中所述光学校准装置进一步包含位于所述外壳内的逻辑电路，所述逻辑电路经配置以控制所述光学源的操作且与外部系统通信。
18.根据权利要求17所述的表征系统，其中所述光学源为闪光灯且所述光学校准装置进一步包含耦合到所述逻辑电路及所述光学源的触发组合件，所述触发组合件经配置以将触发信号提供到所述闪光灯。
19.根据权利要求17所述的表征系统，其中所述逻辑电路进一步包括为所述光学校准装置存储参考光谱的存储器。
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