CN114641844A - 光学壁和等离子体面对传感器的工艺传感器 - Google Patents

光学壁和等离子体面对传感器的工艺传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN114641844A
CN114641844A CN202080077380.2A CN202080077380A CN114641844A CN 114641844 A CN114641844 A CN 114641844A CN 202080077380 A CN202080077380 A CN 202080077380A CN 114641844 A CN114641844 A CN 114641844A
Authority
CN
China
Prior art keywords
transparent body
optically transparent
optical sensor
optical
reflector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080077380.2A
Other languages
English (en)
Inventor
林庄嘉
乌彭铎·乌梅塔拉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Applied Materials Inc
Original Assignee
Applied Materials Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Applied Materials Inc filed Critical Applied Materials Inc
Publication of CN114641844A publication Critical patent/CN114641844A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0208—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using focussing or collimating elements, e.g. lenses or mirrors; performing aberration correction
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/021—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using plane or convex mirrors, parallel phase plates, or particular reflectors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0216—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using light concentrators or collectors or condensers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/027—Control of working procedures of a spectrometer; Failure detection; Bandwidth calculation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/443—Emission spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/66—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence
    • G01N21/68—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light electrically excited, e.g. electroluminescence using high frequency electric fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
    • G01N21/73—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited using plasma burners or torches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32733—Means for moving the material to be treated
    • H01J37/32743—Means for moving the material to be treated for introducing the material into processing chamber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32917—Plasma diagnostics
    • H01J37/32935—Monitoring and controlling tubes by information coming from the object and/or discharge
    • H01J37/32972—Spectral analysis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • H01L22/26—Acting in response to an ongoing measurement without interruption of processing, e.g. endpoint detection, in-situ thickness measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
    • G01N21/274—Calibration, base line adjustment, drift correction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/32—Processing objects by plasma generation
    • H01J2237/33—Processing objects by plasma generation characterised by the type of processing
    • H01J2237/334—Etching

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

本文公开的实施方式包括用于在等离子体处理工具中使用的光学传感器系统。在一实施方式中，光学传感器系统包括：光学透明主体，具有第一表面和面向离开第一表面的方向的第二表面。在一实施方式中，光学透明主体进一步包括从第二表面凹陷的第三表面。在一实施方式中，光学传感器系统进一步包括在第三表面上方的靶；和第一反射器，用于将第一表面光学耦合至靶。

Description

光学壁和等离子体面对传感器的工艺传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2019年11月13日提交的的第16/682,616号美国非临时专利申请的优先权，因此通过引用将该专利申请的全部内容结合在此。
背景
实施方式涉及半导体制造领域，并且特别涉及用于提供用于监视腔室表面条件和腔室处理参数的原位光学传感器的系统和方法。
相关技术的说明
腔室表面的改变影响各种处理参数。例如，蚀刻副产物在腔室壁上的再沉积可改变给定工艺的蚀刻率。相应地，随着在腔室中处理基板，蚀刻率(或其他工艺参数)可改变并且导致基板之间的不均匀处理。
为了解决处理条件的改变，已在处理腔室中实行光学发射光谱法(OES)。OES涉及监视腔室中的等离子体的发射光谱。沿着腔室壁定位窗部，且发射光谱可沿着光学路径通过窗部至腔室外部的传感器。随着等离子体光谱改变，可推断出处理操作的定性分析。特定地，OES对于确定何时满足处理操作的终点是有用的。为了提供最佳的测量，窗部经设计以防止沿着光路径发生沉积。此外，虽然终点分析是可能的，但目前尚没有使用现有OES系统实行定量分析的工艺。
发明内容
本文公开的实施方式包括用于在等离子体处理工具中使用的光学传感器系统。在一实施方式中，光学传感器系统包括：光学透明主体，具有第一表面和面向离开第一表面的方向的第二表面。在一实施方式中，光学透明主体进一步包括从第二表面凹陷的第三表面。在一实施方式中，光学传感器系统进一步包括靶，所述靶在第三表面上方；和第一反射器，将第一表面光学耦合至靶。
本文公开的实施方式也可包括光学传感器。在一实施方式中，光学传感器包括光学透明主体。在一实施方式中，光学透明主体包括：第一表面；第二表面，与第一表面相对；和第三表面，凹陷进入第二表面。在一实施方式中，光学传感器进一步包括：靶，在第三表面上方；第一反射器，嵌入光学透明主体中；和第二反射器，嵌入光学透明主体中。在一实施方式中，光学传感器进一步包括：光源，光学耦合至光学透明主体；和光学检测器，光学耦合至光学透明主体。
本文公开的实施方式也可包括等离子体处理腔室。在一实施方式中，等离子体处理腔室包括：光学感测系统，穿过等离子体处理腔室的壁。光学感测系统包括：透镜和光学透明主体，光学透明主体相邻于透镜。在一实施方式中，光学透明主体包括：第一表面，面对透镜；第二表面，与第一表面相对；和第三表面，凹陷进入第二表面，其中第三表面面对处理腔室的中心。在一实施方式中，光学感测系统进一步包括：靶，在第三表面上方；和第一反射器，嵌入光学透明主体中。
附图说明
图1是根据一实施方式的具有光学传感器系统的处理工具的横截面图。
图2A是根据一实施方式的具有凹陷靶和反射器的光学传感器系统的横截面图。
图2B是根据一实施方式的具有凹陷靶的光学传感器系统的横截面图，其中光学路径穿过此凹陷靶。
图2C是根据一实施方式的具有靶的光学传感器系统的横截面图，其中光学路径从靶的背侧表面反射离开。
图2D是根据一实施方式的具有包括反射涂层的光学透明主体的光学传感器系统的横截面图。
图2E是根据一实施方式的具有包括透镜表面的光学透明主体的光学传感器系统的横截面图。
图3是根据一实施方式的具有在靶上方的涂层的光学传感器系统的横截面图。
图4A是根据一实施方式的具有用于将光反射到光学检测器的棱镜的光学传感器系统的横截面图。
图4B是根据一实施方式的具有滤波器的光学传感器系统的横截面图。
图5是根据一实施方式的具有光学传感器系统的阵列的腔室的横截面平面视图。
图6根据一实施方式图示示例性计算机系统的方框图，此示例性计算机系统可与具有穿过腔室壁的光学路径的光学传感器一起使用。
具体实施方式
本文所述的系统和方法包括用于原位监视腔室条件和/或腔室中的处理条件的光学传感器。在下面的描述中，阐述许多具体细节以便提供对实施方式的透彻理解。对于本领域技术人员而言显然可在没有这些具体细节的情况下实现实施方式。在其他实例中，未详细描述熟知的方面，以免不必要地使实施方式模糊。此外，应理解，附图中展示的各种实施方式是说明性表示，且不一定按比例绘制。
如上所述，当前可用的光学发射光谱法(OES)系统可提供定性测量以达成诸如终点确定之类的功能，但当前不能提供精确的定量测量。使用现有OES系统无法直接测量处理参数，诸如蚀刻率之类。相应地，本文公开的实施方式包括测量参考信号和等离子体发射光谱的光学传感器系统。例如，参考信号在光源处开始，穿过腔室壁，并且从腔室中的靶表面反射离开并且返回朝向传感器。由于参考信号和发射光谱在相同光学传感器系统内穿过，可使用参考信号来确定可归因于光学路径的损耗，而无需打开腔室并且干扰操作。这允许对发射光谱进行准确和定量的测量。相应地，可使用校准的等离子体发射光谱来确定处理参数，诸如蚀刻率之类。
此外，尽管当前可用的OES系统经设计以防止沿着光学路径的沉积，但本文公开的实施方式包括暴露于处理环境的靶。在一些实施方式中，可选择靶以大体上匹配腔室的内部表面。另外，靶可经定向以面对等离子体。这确保靶经历与腔室表面大体上相同的环境条件。照此，在靶上的沉积大体上相似于在腔室的内部表面上看到的沉积。靶与由源发射的光子相互作用，因此可用来确定沉积膜的特性或壁材料的转换。例如，光子光谱的部分的吸收可与特定的材料成分和/或膜厚度相关。
相应地，本文公开的实施方式允许对处理条件、基板条件和/或腔室条件进行定量原位测量。由于本文公开的实施方式提供定量测量，实施方式可允许腔室匹配测量(即比较在不同腔室中实行的单个工艺)。在一些实施方式中，单个光学传感器可被包括在处理腔室中。其他实施方式可包括绕着处理腔室的周边定位的光学传感器的阵列。这样的实施方式可允许获得腔室均匀性数据(例如，等离子体均匀性、腔室表面均匀性、基板均匀性等)。此外，这些实施方式也可提供腔室异常(例如，腔室漂移(chamber drift))的指示。
现在参考图1，根据一实施方式展示处理工具100的横截面图。在一实施方式中，处理工具100包括腔室105。例如，腔室105可适合于低压处理操作。在一个实施方式中，处理操作可包括在腔室105中产生等离子体107。在一实施方式中，基板支撑件108在腔室105中。基板支撑件108可为吸盘(例如，静电吸盘、真空吸盘或类似物)或在处理期间可在支撑件上放置一个或多个基板的任何其他合适的支撑件。
在一实施方式中，处理工具100可包括原位光学传感器120。原位光学传感器120穿过腔室105的表面，使得光学传感器120的第一部分在腔室105内部且光学传感器的第二部分在腔室105外部。在一实施方式中，光学传感器120被图示为穿过腔室105的侧壁。然而，应理解，可将光学传感器120定位为穿过腔室105的任何表面。
在所图示的实施方式中，展示单个光学传感器120。然而，应理解，实施方式不限于这样的配置，且在处理工具100中可包括多于一个的光学传感器120。此外，光学传感器120仅需要穿过腔室105的单个光学开口(即窗部)。如下面将更详细描述的，光学路径包括沿着将来自源137的光子反射回去而穿过相同开口的光学路径的靶121。例如，沿着光学路径可包括一个或多个反射器123。这与需要跨腔室105空间的光学路径且需要至少两个穿过腔室的光学开口的现有系统相反。
在一实施方式中，靶121经定向以使靶121面对腔室105内部。将靶121定向以使得靶121面对腔室105内部允许对靶121的表面以与处理操作期间修改腔室的内部表面大体上相同的方式进行修改。例如，沉积到腔室105的内部表面上的副产物也可沉积到靶121上。此外，靶121的这样的定向将使靶暴露于与腔室105的内部表面大体上相同的离子和/或电子轰击。相应地，靶121上的化学反应与腔室105的内部表面上的化学反应大体上相似。在特定实施方式中，靶121可包括与腔室105的内部表面相同的材料。相应地，可假设对靶121的表面的改变与对腔室105的内部表面的改变大体上匹配。以此方式，可通过光学传感器120来实行腔室表面监视。
在另一实施方式中，靶121可包括光栅。可制造光栅以使光栅提供入射光的已知的波长相关的衍射角。随着光栅的变更(例如，通过沉积、材料移除或材料转换)，可将靶的改变作为光学检测器处接收到的强度上的改变而检测，且可将靶的改变用作用于监视腔室条件的附加机制。
在一实施方式中，光学传感器120包括壳体。在一实施方式中，壳体可包括第一壳体124和第二壳体122。在一实施方式中，第一壳体124可使用任何合适的紧固件紧固到第二壳体122。在其他实施方式中，壳体可为单个结构。也就是说，第一壳体124和第二壳体122可组合成单个结构。此外，尽管公开第一壳体124和第二壳体122，但是应理解，壳体可包括耦合在一起的任何数量的部件。
在一实施方式中，第一壳体124可将穿过腔室105的光学透明主体126固定进入腔室105的内部。在一实施方式中，光学透明主体126可为石英、蓝宝石或类似物。光学透明主体126允许来自等离子体107的光子进入光学传感器120。另外，来自源137的光可传播穿过光学透明主体126，并且从一个或多个反射器123和靶121反射离开。
在一些实施方式中，透镜125被固定在第一壳体124与第二壳体122之间。将透镜125沿着光学路径在源137与靶121之间定位，以便聚焦沿着光学路径通过的光子。在一些实施方式中，透镜125可为密封件的部分，所述密封件关闭穿过腔室105的开口。例如，O形环或类似物(未展示)可抵靠透镜125的面向腔室105的表面而安置。
在一实施方式中，光学传感器120可进一步包括源137和光学检测器138。源137和光学检测器138可光学耦合到光学路径。例如，光纤缆线(fiber optic cable)132可从第二壳体122延伸出来。在一实施方式中，光纤缆线132可包括分光器(splitter)134，分光器134分支到去往源137的光纤缆线135和去往光学检测器138的光纤缆线136。
在一实施方式中，源137可为用于沿着光学路径传播光子的任何合适的源。特定地，实施方式包括高精度源137。高精度源137提供已知的电磁光谱或特定波长和强度，已知的电磁光谱或特定波长和强度可用作用于使用光学传感器120校准测量的参考基线。在一个实施方式中，源137可为单波长源。例如，源137可为激光器或发光二极管(LED)。在其他实施方式中，源137可为宽带光源(broadband light source)。例如，源137可为电弧闪光灯(arc flash lamp)(例如，氙闪光灯)。
在一实施方式中，光学检测器138可为用于检测光子的任何合适的传感器。在一实施方式中，光学检测器138可包括光谱仪。例如，光谱仪可具有电荷耦合装置(CCD)阵列。在其他实施方式中，光学检测器138可具有对特定波长的光子敏感的光电二极管。
现在参考图2A，根据一实施方式展示光学传感器220的横截面图。在一实施方式中，光学传感器220包括第一壳体224和第二壳体222。第一壳体224可固定穿过腔室壁205的光学透明主体226。在一实施方式中，光学透明主体226包括第一表面251和与第一表面251相对的第二表面252。在一实施方式中，光学透明主体226的第三表面253从第二表面252凹陷。
在一实施方式中，靶221设置在第三表面253上方。在一些实施方式中，靶221可包括与腔室205的内部表面相同的材料。在一实施方式中，靶221暴露于处理腔室的内部。
在一实施方式中，第一反射器223A和第二反射器223B嵌入光学透明主体226中。将反射器223A和223B嵌入光学透明主体226中防止腔室内的环境使反射器223A和223B变更。第一反射器223A和第二反射器223B可定位于第二表面252与第三表面253之间。在图2A中所图示的特定实施方式中，第一反射器223A和第二反射器223B位于光学透明主体226的角落处。在一实施方式中，反射器223A和223B可为任何合适的反射器。例如，反射器223A和223B可为镜状表面、光栅、或适合于使光的路径变更的任何其他结构。
在一实施方式中，光学路径可穿过光学传感器220。在图2A中使用复数个射线轨迹241-244表示光学路径。光学路径以从光学缆线232到第一反射器223A的射线241开始。光学路径以从第一反射器223A反射离开而到靶221的射线242继续。也就是说，第一反射器223A可被视为光学耦合至靶221。在一实施方式中，光学路径以从靶221反射离开而到第二反射器223B的射线243继续。也就是说，第二反射器223B可被视为光学耦合至靶221。在一实施方式中，光学路径以从第二反射器223B反射离开而到光学缆线232的射线244继续。
如图2A中所展示，射线242和243可传播穿过光学透明主体226的部分并且穿过腔室205内部的部分。也就是说，射线242在光学透明主体226内开始并且在到达靶221之前离开光学透明主体226(穿过侧壁)。相似地，射线243在光学透明主体226外部开始并且在到达第二反射器223B之前进入光学透明主体226(穿过侧壁)。相应地，靶221可在光学透明主体226的外部。这允许靶221暴露于与腔室205的内部表面大体上相同的环境条件下。
在一实施方式中，来自腔室205内部的处理环境的光子245可穿过光学透明主体226的侧壁进入到光学透明主体226中。在一实施方式中，光子245穿过光学透明主体226且进入光学缆线232。光子245的图示展示为弯曲而不接触任何反射表面。然而，这仅是为了说明，且应理解，光子245可在到达光学缆线232之前从任何数量的表面反射离开。
在一实施方式中，光学传感器220可进一步包括透镜225。在一实施方式中，透镜可用于聚焦穿过光学传感器220的光子(例如，射线241、射线244或射线245)。在一实施方式中，光学传感器220可相邻于光学透明主体226的第一表面251。如所展示，第一表面251符合透镜225的形状。在其他实施方式中，第一表面251可为大体上平坦的表面。
现在参考图2B，根据另一实施方式展示光学传感器220的横截面图。在一实施方式中，除了反射器223A和223B的定位之外，图2B中的光学传感器220可相似于图2A中的光学传感器220。此外，凹陷的第三表面253可具有与图2A中的凹陷的第三表面253不同的配置。
如所展示，凹陷的第三表面253造成光学透明主体226的仅单个突出部延伸超过靶221。在一实施方式中，第一反射器223A可定位于光学透明主体226的突出部中。也就是说，第一反射器223A可定位于第二表面252与第三表面253之间。在一实施方式中，第二反射器223B可定位于第三表面253与第一表面251之间。
对第二反射器223B位置的改变造成穿过光学透明主体226的光学路径不同。如所展示，第一射线241穿过光学透明主体226并且与第一反射器223A相交。随后，反射的第二射线242A经过光学透明主体226外部并且与靶221相交。在一实施方式中，光学路径继续穿过靶221。也就是说，第二射线242A的一部分穿过靶221返回进入光学透明主体226(即第三射线242B)。第三射线242B与第二反射器223B相交。第二射线242A的一部分可反射离开靶221(即第四射线242C)。在一实施方式中，光学路径接着以继续到光学缆线232的第五射线243继续。
这样的光学路径与图2A中的光学路径的不同之处在于，光学路径穿过靶221。相应地，随着靶221改变(例如，由于材料的沉积、材料的蚀刻或类似原因)，射线242B的强度和/或射线242B的波长改变。
现在参考图2C，根据另一实施方式展示光学传感器220的横截面图。在图2C中，将靶221定位于第二表面252上方。也就是说，在一些实施方式中，不存在凹陷的第三表面。在这样的实施方式中，光学路径保留在光学透明主体226内。例如，第一射线241穿过光学透明主体226并且与靶221的背侧表面相交。一部分(即射线242B)穿过靶221，且一部分(即射线242A)反射回到光学缆线232。相似于图2B中的实施方式，随着靶221改变(例如，由于材料的沉积、材料的蚀刻或类似原因)，射线242A的强度和/或射线242A的波长改变。然而，图2C中的实施方式与图2B中的实施方式的不同之处在于，图2B中感兴趣的光是穿过靶221的光，而图2C中感兴趣的光是从靶221反射离开的光。
现在参考图2D，根据另一实施方式展示光学传感器220的横截面图。在一实施方式中，除了包括另外的反射器之外，图2D中的光学传感器220与图2A中的光学传感器220大体上相似。特定地，图2D中所图示的实施方式还包括围绕光学透明主体226的一部分的周边的反射器261。例如，反射器261可覆盖光学透明主体226在腔室开口内且被壳体224环绕的表面。这样的反射器可增加来自射线245的从处理环境提取的光的量。
现在参考图2E，根据另一实施方式展示光学传感器220的横截面图。除了移除了分立的(discrete)透镜225之外，图2E中的光学传感器220与图2A中的光学传感器220大体上相似。也就是说，本文公开的实施方式可包括不包括聚焦透镜的光学传感器220。在其他实施方式中(如图2E中所展示)，光学透明主体226可包括被塑形以提供透镜的第一表面251。相应地，光学透明主体226可具有整合的(integrated)透镜。
现在参考图3，根据一实施方式展示描绘光学传感器320的使用的横截面图。在一实施方式中，光学传感器320可大体上相似于上述光学传感器220中的任一者。在特定实施方式中，光学传感器320与图2A中所图示的光学传感器220大体上相似。也就是说，光学传感器320可包括第一壳体324、第二壳体322、透镜325和光学透明主体326。光学传感器320可被插入穿过腔室305中的孔。
在一实施方式中，光学透明主体326可包括第一表面351、第二表面352和凹陷的第三表面353。在一实施方式中，第一反射器323A和第二反射器323B可定位于第三表面353与第二表面352之间。在一实施方式中，靶321可设置在第三表面353上方。靶321可包括与腔室305的内部表面大体上相同的材料。
在一实施方式中，膜306可设置在腔室305的表面上方和靶321的表面上方。膜306可为在腔室305中实行的处理操作的副产物。例如，膜306可为蚀刻工艺的副产物的再沉积。在靶321的表面与腔室305的内部表面为相同材料的实施方式中，靶321上的膜306将代表腔室305的内部表面上的膜306。特定地，由于靶321面对腔室305的内部，靶321将经受与腔室表面大体上相同的处理环境(例如，与腔室305的内部表面大体上相同的离子及/或电子轰击)。
在一实施方式中，可使用传感器320对膜306进行光学测量。例如，来自源(未展示)的光在到达光学检测器(未展示)之前可沿着与在靶321上方的膜306相交的光学路径传播。光源和光学检测器可通过光学缆线332光学耦合到光学传感器320。在一实施方式中，射线341-344描绘与上文关于图2A描述的光学路径大体上相似的光学路径。
由于源发射具有已知光谱和强度的光子，在沉积膜306之前由光学检测器对射线344的测量提供沿着光学路径的损耗的基线。这样的测量在本文中可被称为参考信号测量。相应地，射线344的测量结果(例如，光谱和强度)与源的已知光谱和强度之间的差异提供对光学传感器320固有的损耗的量度。相应地，可使用已知损耗以校准后续获得的信号。
光学传感器320可用以确定膜306的一个或多个特性。在一实施方式中，可测量反射的射线344以找到相对于参考信号测量结果的差异。例如，在沉积膜306之后，可使用反射的射线344的特定波长上的减少(相对于参考信号测量结果)来确定什么材料构成膜306。特定地，某些材料将优先吸收参考信号的光谱的部分。相应地，识别反射的射线344在强度上降低的部分允许确定膜306的成分。另外，在沉积膜306之后对反射的射线344的改变也可识别膜的厚度。
另外，传感器可感测由等离子体发射的光子。例如，等离子体信号345可穿过光学透明主体326的侧壁且沿着光学路径传播到光学检测器(未展示)。接着，可通过加回光学传感器320固有的已知损耗来校正等离子体信号345的测量结果。照此，可提供对由等离子体发射的光子的定量测量。
现在参考图4A，根据另一实施方式展示光学传感器420的横截面图。图4A中的光学传感器420与图2A中的光学传感器220大体上相似，除了源437和光学检测器438直接被整合到第二壳体422中。例如，射线441可穿过棱镜439和透镜425朝向反射器423A与423B和靶421，且反射的射线444和等离子体信号445可被棱镜439重定向而朝向光学检测器438。相应地，可在没有光纤缆线的情况下实行源437和光学检测器438到光学路径的光学耦合。这样的实施方式也可提供更紧凑的光学传感器420。
现在参考图4B，根据另一实施方式展示光学传感器420的横截面图。除了沿着光学路径定位滤波器447之外，图4B中的光学传感器420与图2A中的光学传感器220大体上相似。在一实施方式中，滤波器447可提供特定的通带(pass band)以便改善信噪比，并且改善光学传感器的性能。在一实施方式中，将滤波器447定位于透镜425与传感器(未展示)之间。也就是说，滤波器447定位于腔室空间外部，以被保护免受处理环境的影响。
现在参考图5，根据一实施方式展示处理工具500的平面视图横截面图。在一实施方式中，处理工具500可包括腔室505。基板支撑件508(例如，吸盘或类似物)可位于腔室505内。在一实施方式中，复数个光学传感器520A-520E布置在绕着腔室505的周边的阵列中。光学传感器520A-520E可与上述光学传感器中的一者或多者大体上相似。在所图示的实施方式中，展示五个光学传感器520A-520E。然而，应理解，在处理工具500中可包括任何数量的光学传感器520。复数个光学传感器520的使用允许获得均匀性数据。例如，可获得等离子体均匀性和/或壁条件均匀性。另外，也可确定腔室漂移。
现在参考图6，根据一实施方式图示处理工具的示例性计算机系统660的方框图。在一实施方式中，计算机系统660耦合至处理工具且控制处理工具中的处理。计算机系统660可连接(例如，网络连接)至局域网(LAN)、内联网、外联网或互联网中的其他机器。计算机系统660可在客户端-服务器网络环境中以服务器或客户端机器的能力操作，或作为对等(或分布式)网络环境中的对等机器操作。计算机系统660可为个人计算机(PC)、平板计算机、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、网络应用设备、服务器、网络路由器、交换器或桥接器、或任何能够(顺序地或以其它方式)执行指定此机器要采取的动作的指令集的机器。此外，虽然仅针对计算机系统660图示单个机器，但是用语“机器”也应被视为包含单独地或联合地执行一组指令(或多组指令)以执行本文描述的任何一个或多个方法的任何机器(例如计算机)的集合。
计算机系统660可包含计算机程序产品，或软件622，具有储存于上的指令的非暂时性机器可读介质，可用以对计算机系统660(或其他电子装置)进行编程以执行根据实施方式的工艺。机器可读介质包含用于以机器(例如，计算机)可读取的形式储存或传输信息的任何机构。例如，机器可读(例如，计算机可读)介质包含机器(例如，计算机)可读储存介质(例如，只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘储存介质、光学储存介质、闪存装置等)、机器(例如，计算机)可读传输介质(电、光、声或其他形式的传播信号(例如，红外信号、数字信号等))等。
在一实施方式中，计算机系统660包含系统处理器602、主存储器604(例如，只读存储器(ROM)、闪存、诸如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)之类的动态随机存取存储器(DRAM)等)、静态存储器606(例如，闪存、静态随机存取存储器(SRAM)等)和次级存储器618(例如，数据储存装置)，彼此经由总线630通信。
系统处理器602表示一个或多个通用处理装置，诸如微系统处理器、中央处理单元或类似物。更特定地，系统处理器可为复杂指令集计算(CISC)微系统处理器、精简指令集计算(RISC)微系统处理器、超长指令字(VLIW)微系统处理器、实行其他指令集的系统处理器、或实行指令集的组合的系统处理器。系统处理器602也可为一个或多个特殊用途处理装置，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号系统处理器(DSP)、网络系统处理器或类似物。系统处理器602经配置以执行处理逻辑626以用于执行本文描述的操作。
计算机系统660可进一步包含用于与其他装置或机器通信的系统网络接口装置608。计算机系统660也可包含视频显示单元610(例如，液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器(LED)或阴极射线管(CRT))、字母数字输入装置612(例如，键盘)、光标控制装置614(例如，鼠标)和信号生成装置616(例如，扬声器)。
次级存储器618可包含机器可存储存介质631(或更特定地，计算机可读储存介质)，在机器可读储存介质631上储存了一组或多组指令(例如，软件622)，所述指令施行本文描述的任何方法或功能中的任一者或多者。软件622也可在由计算机系统660执行期间完全或至少部分地驻留在主存储器604内和/或系统处理器602内，主存储器604和系统处理器602也构成机器可读储存介质。可进一步经由系统网络接口装置608在网络620上传输或接收软件622。在一实施方式中，网络接口装置608可使用RF耦合、光学耦合、声耦合或电感耦合来操作。
虽然在示例性实施方式中将机器可存储存介质631展示为单个介质，但用语“机器可读储存介质”应当被视为包含储存一组或多组指令的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库和/或相关联的高速缓存和服务器)。用语“机器可读储存介质”也应被视为包含能够储存或编码指令组以供机器执行并且使机器执行任何一个或多个方法的任何介质。相应地，用语“机器可读储存介质”应被视为包含但不限于固态存储器和光学与磁性介质。
在前述说明书中，已描述特定示例性实施方式。显然，在不脱离所附权利要求书的范围的情况下，可对实施方式进行各种修改。相应地，本说明书和附图被视为说明性意义而非限制性意义。

Claims (20)

1.一种光学传感器系统，包括：
光学透明主体，具有第一表面和面向离开所述第一表面的方向的第二表面，其中所述光学透明主体进一步包括从所述第二表面凹陷的第三表面；
靶，在所述第三表面上方；和
第一反射器，将所述第一表面光学耦合至所述靶。
2.如权利要求1所述的光学传感器系统，进一步包括：
第二反射器，将所述第一表面光学耦合至所述靶，其中所述第一反射器和所述第二反射器在所述第二表面与所述第三表面之间。
3.如权利要求1所述的光学传感器，其中所述第一反射器和所述第二反射器嵌入所述光学透明主体中。
4.如权利要求1所述的光学传感器，其中所述光学路径穿过所述靶。
5.如权利要求1所述的光学传感器，进一步包括：
壳体；和
透镜，在所述壳体内，其中所述透镜相邻于所述光学透明主体的所述第一表面。
6.如权利要求1所述的光学传感器，其中所述光学透明主体的所述第一表面为透镜。
7.如权利要求1所述的光学传感器系统，进一步包括：
光源，光学耦合至所述光学透明主体；和
光学检测器，光学耦合至所述光学透明主体。
8.如权利要求7所述的光学传感器系统，其中所述光源为单波长源或宽带光源。
9.如权利要求7所述的光学传感器系统，其中所述光学检测器为单波长检测器或光谱仪。
10.一种光学传感器，包括：
光学透明主体，其中所述光学透明主体包括：
第一表面；
第二表面，与所述第一表面相对；和
第三表面，凹陷进入所述第二表面；
靶，在所述第三表面上方；
第一反射器，嵌入所述光学透明主体中；
第二反射器，嵌入所述光学透明主体中；
光源，光学耦合至所述光学透明主体；和
光学检测器，光学耦合至所述光学透明主体。
11.如权利要求10所述的光学传感器，其中将所述第一反射器和所述第二反射器定位于所述第二表面与所述第三表面之间。
12.如权利要求10所述的光学传感器，其中所述第一反射器在所述第二表面与所述第三表面之间，并且其中所述第二反射器在所述第一表面与所述第三表面之间。
13.如权利要求10所述的光学传感器，其中所述光学透明主体包括玻璃或蓝宝石。
14.如权利要求10所述的光学传感器，其中所述第一反射器为镜。
15.如权利要求10所述的光学传感器，其中所述第一反射器和所述靶中的一者或两者包括光栅。
16.一种等离子体处理腔室，包括：
光学感测系统，穿过所述等离子体处理腔室的壁，其中所述光学感测系统包括：
透镜；
光学透明主体，相邻于所述透镜，其中所述光学透明主体包括：
第一表面，面对所述透镜；
第二表面，与所述第一表面相对；和
第三表面，凹陷进入所述第二表面，其中所述第三表面面对所述处理腔室的中心；
靶，在所述第三表面上方；和
第一反射器，嵌入所述光学透明主体中。
17.如权利要求16所述的等离子体处理腔室，其中所述光学感测系统经配置以提供等离子体条件、壁条件、基板条件或上述项的任何组合。
18.如权利要求16所述的等离子体处理腔室，进一步包括复数个光学感测系统。
19.如权利要求16所述的等离子体处理腔室，进一步包括：
光源，光学耦合至所述光学透明主体；和
光学检测器，光学耦合至所述光学透明主体。
20.如权利要求16所述的等离子体处理腔室，其中所述靶在所述光学透明主体外部且在所述等离子体处理腔室内。
CN202080077380.2A 2019-11-13 2020-10-09 光学壁和等离子体面对传感器的工艺传感器 Pending CN114641844A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/682,616 2019-11-13
US16/682,616 US11499869B2 (en) 2019-11-13 2019-11-13 Optical wall and process sensor with plasma facing sensor
PCT/US2020/054970 WO2021096620A1 (en) 2019-11-13 2020-10-09 Optical wall and process sensor with plasma facing sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114641844A true CN114641844A (zh) 2022-06-17

Family

ID=75846499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080077380.2A Pending CN114641844A (zh) 2019-11-13 2020-10-09 光学壁和等离子体面对传感器的工艺传感器

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11499869B2 (zh)
EP (1) EP4059040A4 (zh)
JP (1) JP7441944B2 (zh)
KR (1) KR20220097495A (zh)
CN (1) CN114641844A (zh)
TW (1) TWI836157B (zh)
WO (1) WO2021096620A1 (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12009191B2 (en) 2020-06-12 2024-06-11 Applied Materials, Inc. Thin film, in-situ measurement through transparent crystal and transparent substrate within processing chamber wall
US11708635B2 (en) 2020-06-12 2023-07-25 Applied Materials, Inc. Processing chamber condition and process state monitoring using optical reflector attached to processing chamber liner
USD1031743S1 (en) 2022-05-06 2024-06-18 Applied Materials, Inc. Portion of a display panel with a graphical user interface

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3594658A (en) 1967-11-27 1971-07-20 Charles M Cason High-pressure laser having thermal-pumping means
US4549080A (en) 1983-06-17 1985-10-22 Infrared Industries, Inc. Double-pass flue gas analyzer
US5347460A (en) 1992-08-25 1994-09-13 International Business Machines Corporation Method and system employing optical emission spectroscopy for monitoring and controlling semiconductor fabrication
US5985032A (en) 1995-05-17 1999-11-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor manufacturing apparatus
JP2781545B2 (ja) * 1995-05-17 1998-07-30 松下電器産業株式会社 半導体製造装置
JP3774094B2 (ja) 1999-12-02 2006-05-10 株式会社日立製作所 膜厚、加工深さ測定装置及び成膜加工方法
US20040237888A1 (en) 2003-05-30 2004-12-02 General Electric Company Optical monitoring system for plasma enhanced chemical vapor deposition
US7158221B2 (en) 2003-12-23 2007-01-02 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for performing limited area spectral analysis
US10386283B2 (en) 2004-03-06 2019-08-20 Michael Trainer Methods and apparatus for determining particle characteristics by utilizing force on particles
KR20060002177A (ko) 2004-07-01 2006-01-09 삼성전자주식회사 반도체 제조 설비의 파티클 측정장치 및 그 측정방법
KR100885187B1 (ko) 2007-05-10 2009-02-23 삼성전자주식회사 플라즈마 챔버의 상태를 모니터링하는 방법 및 시스템
CA2690615C (en) * 2007-06-13 2017-07-18 Oy Halton Group Ltd. Duct grease deposit detection devices, systems, and methods
CA2726421C (en) 2008-06-05 2017-11-07 Perkinelmer Health Sciences, Inc. Optical devices and systems using them
JP5338467B2 (ja) 2009-05-11 2013-11-13 コニカミノルタ株式会社 プラズマ測定装置
KR101169764B1 (ko) 2010-10-15 2012-07-30 (주)쎄미시스코 공정챔버의 실시간 모니터링 시스템
KR101453819B1 (ko) * 2013-01-30 2014-10-23 우범제 플라즈마 공정챔버
KR20150051293A (ko) 2013-11-01 2015-05-12 삼성전자주식회사 광 스위칭 소자, 이를 포함한 광 프로브와 의료 기기
KR101832640B1 (ko) 2013-11-01 2018-02-26 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리의 공간 분해 방사 분광
JP2017502529A (ja) 2013-11-11 2017-01-19 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 赤外線カメラを使用した低温ｒｔｐ制御
DE102014016515B4 (de) * 2014-11-10 2021-04-29 Dräger Safety AG & Co. KGaA Optischer Gassensor
US20170153214A1 (en) * 2015-11-26 2017-06-01 Industrial Technology Research Institute Optical sensing module
KR102543349B1 (ko) 2016-07-11 2023-06-30 삼성전자주식회사 플라즈마 모니터링 장치
US10269545B2 (en) * 2016-08-03 2019-04-23 Lam Research Corporation Methods for monitoring plasma processing systems for advanced process and tool control
US10319649B2 (en) 2017-04-11 2019-06-11 Applied Materials, Inc. Optical emission spectroscopy (OES) for remote plasma monitoring
JP6939360B2 (ja) 2017-10-02 2021-09-22 オムロン株式会社 共焦点計測装置
US10134569B1 (en) 2017-11-28 2018-11-20 Lam Research Corporation Method and apparatus for real-time monitoring of plasma chamber wall condition
US10510512B2 (en) * 2018-01-25 2019-12-17 Tokyo Electron Limited Methods and systems for controlling plasma performance
KR102025873B1 (ko) 2018-04-02 2019-09-26 한국기계연구원 공정 모니터링을 위한 플라즈마 분석 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP4059040A1 (en) 2022-09-21
EP4059040A4 (en) 2023-11-22
TWI836157B (zh) 2024-03-21
JP2023501992A (ja) 2023-01-20
TW202134606A (zh) 2021-09-16
US20210140824A1 (en) 2021-05-13
US11499869B2 (en) 2022-11-15
WO2021096620A1 (en) 2021-05-20
JP7441944B2 (ja) 2024-03-01
KR20220097495A (ko) 2022-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113661380B (zh) 原位光学腔室表面及处理传感器
TWI836157B (zh) 光學感測器系統、光學感測器及電漿處理腔室
US8125633B2 (en) Calibration of a radiometric optical monitoring system used for fault detection and process monitoring
JP2023529921A (ja) 薄膜、透明な結晶を通したインシトゥ測定、および処理チャンバ壁内の透明な基材
WO2020142451A1 (en) Monitoring process wall depositions and coatings
JP7038621B2 (ja) 位置測定装置および位置測定方法
KR20200102377A (ko) 웨이퍼로부터의 반사 시 신호들의 각도-유도된 변동에 대해 감소된 민감도를 갖는 광섬유 결합된 측정 시스템
US11927543B2 (en) Multiple reflectometry for measuring etch parameters
WO2003081293B1 (en) Improved semiconductor etching process control
US20200340858A1 (en) Plasma emission monitoring system with cross-dispersion grating
US20230326726A1 (en) Optical spectrum sensor wafer or robot for chamber condition monitoring
TW202314203A (zh) 使用原位光學反射測量的經透射改正的電漿發射

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination