CN109243956B - 等离子体源、激发系统和操作激发测量系统的方法 - Google Patents

等离子体源、激发系统和操作激发测量系统的方法 Download PDF

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Abstract

本公开提供等离子体源、用于激发等离子体的激发系统以及操作激发测量系统的方法。在一个实施例中，所述等离子体源包含：(1)同轴射频RF谐振器，其包含第一末端、第二末端、内部电极和外部电极，(2)射频接口，其电耦合到所述内部电极和所述外部电极且经配置以将RF信号提供到所述同轴RF谐振器，(3)凸缘，其定位于所述谐振器的所述第一末端处且限定等离子体腔体，以及(4)窗口，其定位于所述谐振器的所述第一末端与所述凸缘之间且形成所述等离子体腔体的一侧，由此所述同轴RF谐振器与所述等离子体隔离。

Description

等离子体源、激发系统和操作激发测量系统的方法
相关申请案的交叉引用
本申请案主张Mark A.Meloni在2017年7月10日申请的标题为“微波等离子体源(MICROWAVE PLASMA SOURCE)”的第62/530,589号美国临时申请案的权益，所述美国临时申请案与本申请案共同转让且以引用的方式并入本文中。
技术领域
本申请案大体是针对监视半导体工艺，且更具体地说，是针对经由激发处理气体和观测光学信号来以光学方式监视工艺。
背景技术
从半导体晶片选择性地移除材料或沉积材料以从晶片形成集成电路结构在半导体处理领域中是众所周知的。从半导体晶片移除材料是通过使用某一类型的蚀刻工艺(例如反应性离子蚀刻和等离子蚀刻)来实现。将材料沉积在晶片上可涉及例如化学和物理气相沉积以及分子束外延法等工艺。还已知其它移除和沉积工艺。此类工艺受到严格控制，且常常在密封的处理腔室中执行。
因为必须将确切量的材料沉积到半导体晶片上或从半导体晶片移除，因此必须连续且准确地监视其进度以精确地确定特定工艺的停止时间或终点。以光学方式监视工艺是用于确定进行中的处理的阶段或终点的一个非常有用的工具。例如，可通过对从处理腔室中的晶片发射或反射的光的预定波长进行光谱分析来针对某些已知发射谱线以光学方式监视所述腔室内部的气体。常规方法包含光学发射光谱测定(OES)、吸收光谱测定、反射检查，等。
监视半导体等离子体处理工具中的光谱的一种惯用方式是使用由基于阵列的光谱仪组成的光学监视系统和光学耦合系统来将光从腔室内部的等离子体带到光谱仪。光谱通常记录为一组窄光谱带中或宽光谱上的一系列光强度测量值，通常以特定时间间隔重复。
发明内容
在一个方面中，本公开提供一种用于从一种或多种气体激发等离子体且对其进行光学监视的等离子体源。在一个实施例中，所述等离子体源包含：(1)同轴射频(RF)谐振器，其包含第一末端、第二末端、内部电极和外部电极，(2)射频接口，其电耦合到所述内部电极和所述外部电极且经配置以将RF信号提供到所述同轴RF谐振器，(3)凸缘，其定位于所述谐振器的所述第一末端处且限定等离子体腔体，以及(4)窗口，其定位于所述谐振器的所述第一末端与所述凸缘之间且形成所述等离子体腔体的一侧，由此所述同轴RF谐振器与所述等离子体隔离。
在另一方面中，本公开提供一种用于激发等离子体的激发系统。在一个实施例中，所述激发系统包含：(1)等离子体源，其具有(1A)同轴射频(RF)谐振器，其包含第一末端、第二末端、内部电极和外部电极，(1B)射频接口，其电耦合到所述内部电极和所述外部电极且经配置以将RF信号递送到同轴RF谐振器，(1C)凸缘，其定位于所述同轴RF谐振器的所述第一末端处且限定等离子体腔体，和(1D)窗口，其定位于所述同轴RF谐振器的所述第一末端与所述凸缘之间且形成所述等离子体腔体的一侧，由此所述同轴RF谐振器与所述等离子体隔离，以及(2)源控制器，其经配置以将所述RF信号提供到所述RF接口且控制所述RF信号的功率量。
在又一方面中，本公开提供一种用于操作激发测量系统的方法。在一个实施例中，所述方法包含：(1)在等离子体源的等离子体腔体内点燃来自处理腔室内的一种或多种气体的等离子体，(2)维持点燃的等离子体作为受激等离子体，以及(3)从所述受激等离子体收集光学信号以用于处理。
附图说明
可通过参考结合下文简要描述的图式进行的以下详细描述来理解本公开。
图1说明利用OES来监视和/或控制处理工具内的等离子体处理的状态的现有技术处理系统的框图；
图2说明使用等离子体源用于激发和监视的处理系统的实施例的框图；
图3说明操作根据本公开的原理实行的激发和监视系统的方法；
图4A说明根据本公开的原理建构的等离子体源的实施例的横截面图；
图4B说明图4A中所说明的等离子体源的端视图；以及
图5说明根据本公开的原理建构的等离子体源的实施例的剖视图。
具体实施方式
在一些应用中，当等离子体与半导体晶片反应时，测量腔室内的等离子体光可能是困难的。具体地说，当腔室内的处理气体从晶片远程激发且激发出的反应物与晶片表面相互作用需要相当长的时间时，光学发射的量非常有限或不存在。在这些应用中，等离子体光的测量值即使可获得也不能提供半导体晶片上的工艺的准确表征，因为等离子体发射可能不含来自晶片表面上发生的反应的发射。类似地，在不利用等离子体的半导体工艺中，显然未观测到光学发射。本文的论述和实例涉及基于等离子体的工艺和处理腔室，但应理解，本公开的各种实施例可与可在其中执行处理气体的激发和对激发的光学监视的任何类型的系统一起使用。
本文中认识到，通常需要在晶片附近或在处理腔室中的其它相关或方便的位置激发一种或多种处理气体(本文中为易于论述而在一些以下描述中称为处理气体)以产生光以用于光学监视某些已知的发射谱线或从腔室中正在进行的反应发射的宽光谱特征。本公开提供用于激发等离子体并监视由所述激发产生的光谱的解决方案。本公开提供一种等离子体源，其经设计以接收射频(RF)信号且在例如处理腔室中提供电磁(EM)场作为处理气体的激发源。
所公开的等离子体源降低了现有技术的复杂性且提供了最大的工艺兼容性。所述等离子体源使处理体积与源的操作条件解耦。所述等离子体源包含同轴射频谐振器，其主要在处理体积之外且与现有设计相比降低来自处理气体种类、压力负载和其它相互作用的影响。同轴RF谐振器与投射的EM场组合，以提供稳健的操作，同时隔离处理体积与外部周围环境。所述等离子体源可包含3/4波或1/4波谐振等离子体源装置。
所述等离子体源的益处之一是最小化与处理空间的相互作用。处理空间是包含处理气体的体积。例如，处理空间可在处理腔室或排气管线内。由此，处理空间可在处理气体与晶片相互作用之前、左右或之后。在处理空间处执行的光学监视的目的或目标可根据处理空间的位置而变化。例如，如果处理空间位于处理气体与晶片相互作用之前，则光学监视可用于反应物的适当分解或某些反应物的存在。如果在其左右，则光学监视可用于由处理气体与晶片的相互作用产生的处理气体的成分的变化。如果在其之后，则光学监视还可用于改变处理气体成分并补偿时间。这种时间延迟的光学监视允许亚稳态化合物的不同状态的冲突。之前、左右和之后的位置的实例分别对应于光学接口142、等离子体源150和等离子体源150'的位置，如图2所说明。等离子体源的许多组件可与处理空间隔离。例如，仅安装凸缘、窗口和O型环可与处理空间和相关联的处理气体接触。这种隔离减少了潜在的污染和与腔室中发生的过程的不利相互作用。所述等离子体源提供额外益处，例如材料与处理气体的最大兼容性。所述等离子体源还可在宽压力范围内操作、适用于多种工艺类型，且可操作用于各种监视应用，包含处理腔室和前级管道操作。在典型的处理气体中，宽压力范围的实例是大约1E-4到10托。所述等离子体源可有利地具有紧凑的外观尺寸，例如，大约100mm×35mm×35mm(L×W×H)，不包含缆线和电子件。在一些实施例中，所述等离子体源被方便地设计成用于安装到常规KF40接口。所述等离子体源还可安装到其它常规或甚至专属接口设计，例如与处理腔室或前级管道介接。
所公开的等离子体源允许易于维护、具有简化的设计以易于进行预防性维护(PM)循环且具有等离子体润湿窗口，其提供“自洁”以减少混浊和信号变化。等离子体源经建构以允许光学监视窗口的处理侧。可将光纤放置在等离子体源内，以用于在窗口处进行光学监视。进一步的优点是等离子体源可以低功率使用，且使用小型驱动电子件和其它附件。等离子体源可由铝或其它金属构成，且可由包含铝的材料的组合构成。
所公开的等离子体源为光学监视处理腔室中存在的气体提供了各种优点。这些优点包含与处理腔室的处理空间、前线管道等的最少相互作用。所述等离子体源还提供与处理空间内的处理化学物质的有限材料相互作用，且对处理气体和压力的变化是稳健的。所述等离子体源的同轴设计还可在处理腔室内的相互作用位置处提供观测，且将所获得的光学信号递送到光学测量系统。
现在转向诸图，图1说明利用OES来监视和/或控制处理工具或腔室110内的等离子体处理的状态的处理系统100的框图。所示和所述的组件在工业上是众所周知的，且为了方便而简化。处理腔室110(例如半导体处理腔室)通常围封晶片120，且可能在通常部分抽空的容积中处理等离子体130，所述容积可包含各种处理气体。处理腔室110可包含一个或多个光学接口，例如光学接口142，以允许在各种位置和定向观测处理腔室110。光学接口142可为查看端口，或可额外包含多种类型的光学元件，例如但不限于透镜、窗口、孔隙、光纤、镜和光学波长滤波器。
在处理系统100中，使用常规构件在晶片120附近激发处理腔室110内的处理气体。对于OES应用，光学接口142可经定向以收集来自等离子体130的光发射。光缆组合件159可将任何收集的光(也称为光学信号)引导到光谱仪160。多个光学接口可单独或并行地使用，以收集OES相关光学信号。例如，可定位另一接口以收集来自晶片120表面附近的发射，同时可定位光学接口142以观测大部分等离子体，如图1所示。未展示的其它接口可位于等离子体/晶片界面的上游或下游。
在一些应用中，例如本文所公开的等离子体源可用于在例如光学接口142的光学接口的各个位置处提供光学信号。因此，处理系统100可包含等离子体源控制器，例如图2的源控制器177。在图2中，包含光学接口142以提供处理空间的多个光学监视位置的实例，所述监视可包含直接观测到或由例如本文所述的等离子体源激发且接着观测到的不同光学信号。此外，光学信号的观测可由相同或不同的光谱仪执行。
在经由光缆组合件159接收到光学信号之后，光谱仪160检测光学信号并将其转换为电信号，且接着将所述电信号发送到信号处理器170。光谱仪160可放大并数字化所述电信号，随后将所述电信号发送到信号处理器170。信号处理器170可为例如工业PC、PLC或其它计算机或计算机系统，其使用一种或多种算法来产生对应于从处理腔室110内观测的处理收集的光学信号的输出。所述算法可为OES算法，其分析预定波长下的发射强度信号并确定与处理状态有关的趋势参数，且可用于获取所述状态，例如终点检测、蚀刻深度等。来自信号处理器170的输出可为例如模拟或数字控制值，其表示特定波长的强度或两个波长带的比率。输出值180可经由通信链路185传送到处理腔室110，用于监视和/或修改在处理腔室110内发生的生产过程。替代为单独装置，信号处理器170可与光谱仪160集成。
图2说明使用等离子体源用于激发和监视的处理系统200的实施例的框图。在处理系统200中，处理腔室110内的处理气体从晶片120远程激发(可使用常规构件用于激发)。到受激反应物与晶片120的表面相互作用时，光发射的量非常有限或不存在。在这些应用中，来自等离子体130的光的测量值即使可获得也不能提供半导体晶片120的蚀刻过程的精确表征，因为来自等离子体130的发射可能不含来自在晶片120的表面上发生的反应的发射。
因此，处理系统200有利地使用在图2中标示为元件150的等离子体源来提供用于观测的光学信号。等离子体源150可经由例如由图1中的光学接口142使用的在晶片120附近的查看端口或在提供与处理气体的相互作用的另一或甚至多个位置处附接到处理腔室110。当等离子体源150被附接时，移除查看端口的窗口，使得准许处理气体在等离子体源150的等离子体腔体内。如本文所论述，等离子体源150可包含定位于等离子体源150内的光学元件，所述光学元件为将在等离子体源的窗口处获得的所收集光引导到光谱仪160的光缆组合件152或为其部分。或者，等离子体源(元件150')可位于如图2中所说明具有光缆组合件152’的系统200的排气管线上。光缆组合件152和152'可包含与光缆组合件159相同的组件。在一些实施例中，可在处理系统200的不同位置使用多于一个的等离子体源，以提供独立的RF等离子体源和监视装置。在此类实施例中，每个等离子体源将具有对应的光谱仪输入端口，用于将获得的光学信号递送到光谱仪以进行测量。
除了如图1所示的光谱仪160和信号处理器170之外，处理系统200还包含腔室控制器175和源控制器177。腔室控制器175可经配置以经由信号处理器170通过经由通信链路187从信号处理器170或光谱仪160接收监视数据来指导处理腔室110的操作，且基于此控制处理腔室110的等离子体处理。
源控制器177可与腔室控制器175通信以接收例如处理设定、气体类型、气体压力等的信息以及至少对RF功率水平和频率的等离子体源控制参数。源控制器177还经配置以将RF功率提供到等离子体源150、150'。源控制器177可为RF信号源，其经由RF接口将频率信号提供到等离子体源150、150'的同轴RF谐振器。源控制器177可例如在2.4到2.5GHz ISM频带或其它频率内提供2.45GHz的标称频率。通常，频率是恒定的或可发生小的改变，且可手动或自动地控制所供应的功率量。源控制器177还可针对点燃或响应于外部命令而改变RF功率，如本文所述。由此，源控制器177可耦合到光谱仪160和信号处理器170，以改变用于将RF信号递送到等离子体源150、150'的功率。源控制器177还可用于分别经由缆线178、179自动地控制供应到等离子体源150、150'的同轴RF谐振器的RF信号的功率量或中心频率。源控制器177可包含必要的逻辑电路、软件、电路与软件的组合等，以用于控制RF信号。
由源控制器177提供的RF信号的功率容量可根据如何点燃处理气体而变化。点燃处理气体可能需要100瓦的电源。然而，在点燃之后，可使用较小量级的电源(例如0.1到10瓦的电源)来维持等离子体。任选地，在窗口附近的火花点火器可用于初始激发。因此，所需的电源可为10瓦的电源。降低电源的容量可降低使用等离子体源150、150'的总成本。
图3说明操作根据本公开的原理实行的激发测量系统的方法300。方法300可用于指导例如处理系统200的至少一部分的操作。方法300使用如本文所公开的等离子体源，且在步骤310中开始。
在步骤320中，选择操作模式。操作模式可对于等离子体源为特定的，或可基于处理腔室的操作模式。等离子体源与处理腔室的操作模式可相同。操作模式可基于气体类型、气体压力、所关注的光学信号等，且通常包含例如RF功率水平和频率等参数的值，以及这些参数的任何变化的所需时序。操作模式还可定义RF功率到等离子体源的同轴RF谐振器的连续或脉冲式操作。
在步骤330中，获得操作参数。操作参数可从工具控制器或工艺工程师或半导体“工厂”连接系统获得，所述工具控制器指导处理工具或另一源(例如图2的光谱仪160和信号处理器170)的操作。在步骤340中，设定一个或多个条件用于点燃等离子体源。条件可包含设定高Q子条件和用于点燃的特定频率和功率水平。例如，可增大等离子体源的同轴RF谐振器的Q以增强用于点燃的EM场，且接着在点燃之后减小。可通过Q调谐器来改变Q。在一个实例中，Q调谐器包含围绕等离子体源的含有可变电容率或磁导率的材料(例如铁氧体)的至少一部分而定位的电线圈，其中通过为电线圈供能来执行调谐。例如源控制器的控制器可在点燃期间自动向电线圈施加电流并在点燃之后调整所述电流。其它Q调整方法在本领域中是已知的，且可与等离子体源一起使用。
在步骤350中，接通RF源，且将RF功率施加到谐振器以产生所需EM场。在步骤360中，使用由点燃条件产生的等离子体源窗口附近的强EM场点燃与等离子体源耦合的处理腔室内的处理气体。在点燃之后，在步骤370中允许一定量的时间以允许等离子体的稳定。所述时间量可为大约一秒，且可取决于腔室内的压力和气体条件。例如，通过监视光学信号或转发/反射的RF功率或相位的变化，可观测等离子体的稳定。还可基于实验或历史数据使用固定的时间量。在指定的时间量之后，在步骤375中设定等离子体源的操作条件。例如，可为RF谐振器设定低Q条件，使得处理压力和气体浓度的变化对等离子体源的性能的影响较小。在步骤380中，检查并调整RF功率和频率。例如压力或气体浓度的处理腔室条件的变化可能需要改变RF功率水平、频率和腔体Q以维持一贯的激发和光学测量性能。此后，在步骤390中，进行激发和测量。在此操作步骤390期间，等离子体源可经配置以具有低Q值，以减小处理腔室内压力和处理气体的变化的影响。方法300在步骤395中结束。
图4A说明根据本公开的原理建构的等离子体源400的实施例的横截面图。等离子体源400包含同轴RF谐振器410、RF接口420、凸缘430、窗口440、隔离屏450和等离子体腔体460。在一些实施例中，同轴RF谐振器410的尺寸是基于使用经由RF接口420接收的RF信号最大化窗口440处的EM场。窗口440处的EM场的最大化可导致窗口的所得等离子体润湿或不润湿，从而通过维持增大的窗口温度来辅助通过点燃的等离子体的作用使窗口自洁。同轴RF谐振器410的其它尺寸由所关注的工作频率下的波长特性限定。由于国际标准化的使用和干扰，工作频率可但不要求在工业、科学和医疗(ISM)频段内，例如2.4到2.5GHz、5.725到5.875GHz等。在一些3/4波实施例中，等离子体源400的长度可为约100mm，且同轴RF谐振器410的长度可为约85.75mm。具体长度取决于实际操作频率和RF波的相关联自由空间波长。例如，对于2.4到2.5GHz ISM频带，波长范围从125到120mm，且3/4波谐振器的长度为约90mm。类似地，1/4波谐振器的长度为约30mm。
同轴RF谐振器410在机械上是稳健的，且经设计以使经由RF接口420接收的RF信号的发射最小化。同轴RF谐振器410包含内部电极和外部电极(图4A中未展示)。RF接口420电耦合到内部电极和外部电极，以经由RF接口420提供同轴RF谐振器410的激发。同轴RF谐振器410经设计以在窗口440的处理侧上提供由RF激发产生的强电磁场(EM)。由此，窗口的处理空间侧上的处理气体或等离子体保持热，且处理气体对窗口440造成的污染减少。因此，所公开的等离子体源400保持查看窗口440用于在激发期间加热的处理空间的光学监视，以减少粘附到窗口且损坏窗口的污染物，即对窗口进行自洁。
RF接口420经配置以将RF信号耦合到同轴RF谐振器410。RF信号可在ISM频带内且经由源控制器(例如图2的源控制器177)提供。在一个实施例中，RF信号在2.4到2.5GHz ISM频带内具有2.45GHz的标称频率。RF接口420经设计以匹配递送RF信号的缆线/源(例如缆线178、179和图2中的源控制器177的RF电源)的阻抗。在一些实施例中，RF接口420是50欧姆型N或SMA连接器。
凸缘430机械地耦合到同轴RF谐振器410，窗口440和O型环433定位于其间，且O型环433定位于窗口440与凸缘430之间。有利地，同轴RF谐振器410和凸缘430可移除地耦合在一起。容易拆解和重新组装这些组件的能力允许维护窗口440和O型环433。螺钉437或另一类型的紧固件可用于同轴RF谐振器410与凸缘430的可移除机械耦合。凸缘430的处理侧经配置以连接到用于查看的接口，例如与处理腔室的接口。凸缘430的处理侧的接口可为常规类型的连接。如上所述，连接可符合KF40型连接器。作为等离子体源与处理体积之间解耦的进一步指示，可在对等离子体源的操作特性产生有限影响的情况下修改凸缘430。O型环433可由通常在工业中使用的材料建构，以耐受处理气体、压力和热。例如，O型环433可为Kalrez全氟弹性体O型环。
除了适应于用于安装的接口之外，凸缘430机械地支撑同轴RF谐振器410或等离子体源400的主体。凸缘430还可支撑隔离屏450(如果使用)。隔离屏450包含开口或孔，以允许处理气体进入由凸缘430的内径限定的等离子体腔体460。此外，隔离屏450可抑制在窗口440附近激发的等离子体迁移进入所附接的处理体积的主要部分。隔离屏450可为在等离子体源400的一些实施例中不使用的任选组件。可与等离子体和/或处理气体接触的等离子体腔体460的内表面可涂布有氧化锆、氧化钇、耐火氧化物或另一类似产物，以减少由处理气体引起的污染和损坏。窗口440也可由常规材料构成，所述材料用于抵抗由处理气体造成的污染。例如，窗口440可为蓝宝石窗口。
除了将大部分等离子体源400与处理空间隔离之外，窗口440用于查看通过激发等离子体腔体460中的等离子体体积而产生的光谱。如上所述，窗口440的一侧与处理空间的环境接触，另一侧方便地处于周围条件下。光纤可通过位于等离子体源400的与凸缘430相对的一端的光纤接入口470放置在查看端口内。图4B说明包含光纤接入口的此端的视图。光纤可将光学信号提供到光谱仪，例如图1和图2中的光谱仪160。
图5说明根据本公开的原理建构的等离子体源500的实施例的另一图。类似于图4中的等离子体源400，等离子体源500包含同轴RF谐振器510、RF接口520、凸缘530、窗口540、隔离屏550和等离子体腔体560。还说明O型环533和螺钉或螺栓537。等离子体源500在图5中以剖视图呈现，图5说明同轴RF谐振器510的内部电极512和外部电极514。查看端口516也是可见的。在此实施例中，还说明Q调谐器和火花点火器580的实例的组件。
同轴RF谐振器510包含外部电极514和由外部电极514围绕并与外部电极514分离的内部电极512。RF接口520电耦合到内部电极512和外部电极514，且经配置以将RF信号提供到同轴RF谐振器510。
在查看端口516内展示光纤599，其沿着同轴RF谐振器510的长度延伸以用于光学监视。如所说明，查看端口516可穿过同轴RF谐振器510的内部电极512。查看端口516可为在内部电极512内且由内部电极512限定的体积，且方便地允许对窗口540的与等离子体体积直接相对的表面进行查看性接近。光纤599可耦合到光谱仪，以用于监视光学发射信号，以确定例如处理腔室内正在进行的半导体处理的状态。
在操作期间，等离子体源500经设计以具有低Q值以减小处理空间内的压力和处理气体的变化的影响。Q调谐器可用于控制等离子体源500的Q。可增大同轴RF谐振器510的Q以增强用于点燃的EM场，且接着在点燃之后减小。Q调谐器可用于增大同轴RF谐振器510的Q以增强EM场以点燃等离子体腔体560内的等离子体体积，且接着在点燃之后减小。Q的改变可通过例如对Q调谐器的电线圈573供能来完成，Q调谐器的电线圈573定位于等离子体源500的含有具有可变电容率或磁导率材料(例如铁氧体)的Q调谐器的元件575的一部分周围。例如源控制器177的控制器可在点燃期间自动地将电流施加到电线圈573，且在点燃之后调整电流以改变腔体Q。火花点火器580也可用于点燃等离子体。因此，可使用所公开的等离子体源500以各种方式执行处理气体的点燃。
火花点火器580靠近窗口540，展示为与图5中的处理侧相对，且可用于初始等离子点燃。例如，可使用15,000伏特的火花点火器。火花点火器580可为常规火花点火器，例如AC或DC输入电子火花模块，其例如可用于气体点燃。火花点火器580可由控制器(例如源控制器)手动地控制或操作。
上述设备、系统或方法或其至少一部分可体现在例如数字数据处理器或计算机的各种处理器(例如图2的控制器和计算机)中或由其执行，其中处理器被编程或存储可执行程序或软件指令序列，以执行设备或系统的方法或功能的一个或多个步骤。这些程序的软件指令可标示算法，且以机器可执行的形式编码在非暂时性数字数据存储媒体上，例如磁盘或光盘、随机存取存储器(RAM)、磁性硬盘、闪存和/或只读存储器(ROM)，以使各种类型的数字数据处理器或计算机能够执行本文所述系统的一个或多个上述方法或功能的一个、多个或所有步骤。
本文公开的某些实施例还可涉及具有非暂时性计算机可读媒体的计算机存储产品，其上具有程序代码，用于执行体现至少部分设备、系统或执行或指导本文所述方法的至少一些步骤的各种计算机实施的操作。本文使用的非暂时性媒体是指除了暂时性传播信号之外的所有计算机可读媒体。非暂时性计算机可读媒体的实例包含但不限于：磁性媒体，例如硬盘、软盘和磁带；光学媒体，例如CD-ROM盘；磁光媒体，例如光盘；和经专门配置以存储和执行程序代码的硬件装置，例如ROM和RAM装置。程序代码的实例包含例如由编译器产生的机器代码和含有可由计算机使用解释器执行的更高级代码的文件。
本申请案所涉及领域的技术人员将理解，可对所描述的实施例进行其它和进一步的添加、删除、替换和修改。
可要求保护本发明的各个方面，包含如本文中所公开的系统和方法。本文中所公开的方面包含：
A.一种用于从一种或多种气体激发等离子体且对其进行光学监视的等离子体源，所述等离子体源包含：(1)同轴射频(RF)谐振器，其包含第一末端、第二末端、内部电极和外部电极，(2)射频接口，其电耦合到所述内部电极和所述外部电极且经配置以将RF信号提供到所述同轴RF谐振器，(3)凸缘，其定位于所述谐振器的所述第一末端处且限定等离子体腔体，以及(4)窗口，其定位于所述谐振器的所述第一末端与所述凸缘之间且形成所述等离子体腔体的一侧，由此所述同轴RF谐振器与所述等离子体隔离。
B.一种用于激发等离子体的激发系统，其包含：(1)等离子体源，其具有(1A)同轴射频(RF)谐振器，其包含第一末端、第二末端、内部电极和外部电极，(1B)射频接口，其电耦合到所述内部电极和所述外部电极且经配置以将RF信号递送到同轴RF谐振器，(1C)凸缘，其定位于所述同轴RF谐振器的所述第一末端处且限定等离子体腔体，和(1D)窗口，其定位于所述同轴RF谐振器的所述第一末端与所述凸缘之间且形成所述等离子体腔体的一侧，由此所述同轴RF谐振器与所述等离子体隔离，以及(2)源控制器，其经配置以将所述RF信号提供到所述RF接口且控制所述RF信号的功率量。
C.一种用于操作激发测量系统的方法，其包含：(1)在等离子体源的等离子体腔体内点燃来自处理腔室内的一种或多种气体的等离子体，(2)维持点燃的等离子体作为受激等离子体，以及(3)从所述受激等离子体收集光学信号以用于处理。
方面A、B和C中的每一个可按组合方式具有以下额外要素中的一个或多个：
要素1：进一步包括隔离屏，所述隔离屏定位于所述等离子体腔体的与所述窗口相对的末端处且形成所述等离子体腔体的第二侧。要素2：进一步包括定位于所述窗口与所述凸缘之间的O型环。要素3：其中所述凸缘以可移除方式耦合到所述同轴RF谐振器。要素4：进一步包括沿着所述同轴RF谐振器的长度在所述第一末端与所述第二末端之间延伸的查看端口。要素5：进一步包括位于所述同轴RF谐振器的所述第二末端处且与所述查看端口重合的光纤接入口。要素6：其中限定所述等离子体腔体的所述凸缘的内表面涂布有抵抗因所述等离子体而导致的污染和损坏的产物。要素7：进一步包括用于点燃所述等离子体腔体内的等离子体的点火器。要素8：其中所述点火器为在所述等离子体腔体外部位于所述窗口附近的火花点火器。要素9：进一步包括经配置以更改所述等离子体源的Q的Q调谐器。要素10：其中所述Q调谐器包含在所述同轴RF谐振器附近的电线圈和在所述内部电极与所述外部电极之间的铁氧体元件，其中所述电线圈围绕所述同轴RF谐振器的具有所述铁氧体元件的一部分而定位。要素11：其中所述同轴RF谐振器的激发是通过所述RF信号经由所述RF接口而提供，且电磁场经产生且递送到所述等离子体腔体以用于激发所述等离子体。要素12：其中所述窗口为自洁式的。要素13：其中所述源控制器基于所述等离子体的点燃而改变所述功率量或在点燃之后维持所述等离子体。要素14：其中所述源控制器使用的用于维持的功率量级小于用于点燃的量级。要素15：其中所述源控制器自动地控制所述功率量。要素16：其中所述源控制器自动地控制所述RF信号的频率。要素17：其中所述等离子体源进一步包括Q调谐器，且所述源控制器改变供应到所述Q调谐器的电流量以用于点燃所述等离子体和维持所述等离子体。要素18：其中所述源控制器自动地控制所述电流量。要素19：其中所述等离子体来自处理腔室内的一种或多种气体，且所述等离子体源物理地耦合到所述处理腔室。要素20：其中所述源控制器经配置以接收关于所述处理腔室中的处理的处理信息，且基于所述处理信息更改所述功率量和所述RF信号的频率中的至少一个。要素21：其中所述等离子体源为用于光学监视的光源，且所述激发系统包含用于光学监视的至少一个其它光学接口。要素22：进一步包括接收用于所述处理腔室的操作模式和参数，且基于其执行所述点燃和激发。要素23：进一步包括更改RF信号的功率电平或频率以用于执行所述点燃和所述维持。要素24：进一步包括更改所述等离子体腔体的Q以用于执行所述点燃和所述维持。要素25：其中通过来自所接收RF信号的由所述等离子体源产生的EM场执行所述点燃。要素26：其中所述等离子体源为第一光源，且所述方法进一步包括从不同于所述等离子体源的第二光源收集不同光学信号。要素27：其中所述第二光源为另一等离子体源。

Claims (30)

1.一种用于从一种或多种气体激发等离子体且对其进行光学监视的等离子体源，所述等离子体源包括：
同轴射频RF谐振器，其包含第一末端、第二末端、内部电极和外部电极；
射频接口，其电耦合到所述内部电极和所述外部电极且经配置以将RF信号提供到所述同轴射频RF谐振器；
凸缘，其定位于所述谐振器的所述第一末端处且限定等离子体腔体；以及
窗口，其定位于所述谐振器的所述第一末端与所述凸缘之间且形成所述等离子体腔体的一侧，由此所述同轴射频RF谐振器与所述等离子体隔离。
2.根据权利要求1所述的等离子体源，其进一步包括隔离屏，所述隔离屏定位于所述等离子体腔体的与所述窗口相对的末端处且形成所述等离子体腔体的第二侧。
3.根据权利要求1所述的等离子体源，其进一步包括定位于所述窗口与所述凸缘之间的O型环。
4.根据权利要求1所述的等离子体源，其中所述凸缘以可移除方式耦合到所述同轴射频RF谐振器。
5.根据权利要求1所述的等离子体源，其进一步包括沿着所述同轴射频RF谐振器的长度在所述第一末端与所述第二末端之间延伸的查看端口。
6.根据权利要求5所述的等离子体源，其进一步包括位于所述同轴射频RF谐振器的所述第二末端处且与所述查看端口重合的光纤接入口。
7.根据权利要求1所述的等离子体源，其中限定所述等离子体腔体的所述凸缘的内表面涂布有抵抗因所述等离子体而导致的污染和损坏的产物。
8.根据权利要求1所述的等离子体源，其进一步包括用于点燃所述等离子体腔体内的等离子体的点火器。
9.根据权利要求8所述的等离子体源，其中所述点火器为在所述等离子体腔体外部位于所述窗口附近的火花点火器。
10.根据权利要求1所述的等离子体源，其进一步包括经配置以更改所述等离子体源的Q的Q调谐器。
11.根据权利要求10所述的等离子体源，其中所述Q调谐器包含在所述同轴射频RF谐振器附近的电线圈和在所述内部电极与所述外部电极之间的铁氧体元件，其中所述电线圈围绕所述同轴射频RF谐振器的具有所述铁氧体元件的一部分而定位。
12.根据权利要求1所述的等离子体源，其中所述同轴射频RF谐振器的激发是通过所述RF信号经由所述射频接口而提供，且电磁场经产生且递送到所述等离子体腔体以用于激发所述等离子体。
13.根据权利要求1所述的等离子体源，其中所述窗口为自洁式的。
14.一种用于激发等离子体的激发系统，其包括：
等离子体源，其包含：
同轴射频RF谐振器，其包含第一末端、第二末端、内部电极和外部电极，
射频接口，其电耦合到所述内部电极和所述外部电极且经配置以将RF信号递送到所述同轴射频RF谐振器，
凸缘，其定位于所述同轴射频RF谐振器的所述第一末端处且限定等离子体腔体，以及
窗口，其定位于所述同轴射频RF谐振器的所述第一末端与所述凸缘之间且形成所述等离子体腔体的一侧，由此所述同轴射频RF谐振器与所述等离子体隔离；以及
源控制器，其经配置以将所述RF信号提供到所述射频接口且控制所述RF信号的功率量，
其中所述等离子体源为用于光学监视的光源。
15.根据权利要求14所述的激发系统，其中所述源控制器基于所述等离子体的点燃而改变所述功率量或在点燃之后维持所述等离子体。
16.根据权利要求15所述的激发系统，其中所述源控制器使用的用于维持的功率量级小于用于点燃的量级。
17.根据权利要求15所述的激发系统，其中所述源控制器自动地控制所述功率量。
18.根据权利要求14所述的激发系统，其中所述源控制器自动地控制所述RF信号的频率。
19.根据权利要求14所述的激发系统，其中所述等离子体源进一步包括Q调谐器，且所述源控制器改变供应到所述Q调谐器的电流量以用于点燃所述等离子体和维持所述等离子体。
20.根据权利要求19所述的激发系统，其中所述源控制器自动地控制所述电流量。
21.根据权利要求14所述的激发系统，其中所述等离子体来自处理腔室内的一种或多种气体，且所述等离子体源以可移除方式耦合到所述处理腔室。
22.根据权利要求21所述的激发系统，其中所述源控制器经配置以接收关于所述处理腔室中的处理的处理信息，且基于所述处理信息更改所述功率量和所述RF信号的频率中的至少一个。
23.根据权利要求14所述的激发系统，其中所述激发系统包含用于光学监视的至少一个额外的光学接口。
24.一种用于操作激发测量系统的方法，其包括：
在等离子体源的等离子体腔体内点燃来自处理腔室内的一种或多种气体的等离子体，所述等离子体源进一步包含：
同轴射频RF谐振器，其包含第一末端、第二末端、内部电极和外部电极；
射频接口，其电耦合到所述内部电极和所述外部电极且经配置以将RF信号提供到所述同轴射频RF谐振器；
凸缘，其定位于所述同轴射频RF谐振器的所述第一末端处且限定等离子体腔体；以及
窗口，其定位于所述同轴射频RF谐振器的所述第一末端与所述凸缘之间且形成所述等离子体腔体的一侧，由此所述同轴射频RF谐振器与所述等离子体隔离；以及
维持点燃的等离子体作为受激等离子体；
使用所述同轴射频RF谐振器和所述射频接口，激发所述等离子体腔体内邻近所述等离子体源的所述窗口的表面的所述等离子体；以及
从所述受激等离子体收集光学信号以用于处理。
25.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括接收用于所述处理腔室的操作模式和参数，且基于其执行所述点燃和激发。
26.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括更改所述RF信号的功率电平或频率以用于执行所述点燃和所述维持。
27.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括更改所述等离子体腔体的Q以用于执行所述点燃和所述维持。
28.根据权利要求24所述的方法，其中通过来自所述RF信号的由所述等离子体源产生的EM场执行所述点燃。
29.根据权利要求24所述的方法，其中所述等离子体源为第一光源，且所述方法进一步包括从不同于所述等离子体源的第二光源收集不同光学信号。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述第二光源为另一等离子体源。
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