CN116171375A - 用于终点检测系统的可调式无色差准直器组件 - Google Patents

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Abstract

本文所公开的实现方式描述了一种准直器组件，所述准直器组件具有准直器壳，所述准直器壳包括接口，所述接口被配置为光学耦接至具有靶表面的处理腔室；以及端口，所述端口接收光纤以将属于第一(第二)波长范围的光的第一(第二)多个光谱分量传送到由准直器壳形成的壳体，以及至少部分位于由准直器壳形成的壳体内的无色差透镜，所述无色差透镜将光的第一(第二)多个光谱分量引导至靶表面上，以照射靶表面上的第一(第二)区域，其中第二区域大体上与第一区域相同。

Description

用于终点检测系统的可调式无色差准直器组件
技术领域
本说明书大体涉及在处理腔室中制造集成电路和其他半导体器件。更具体而言，本说明书涉及用于器件制造中的精确产品控制的可调式终点检测系统。
相关技术说明
微电子和集成电路元件的制造通常涉及在半导体、介电和导电基板上执行大量操作。所述操作的示例包括氧化、扩散、离子注入、薄膜沉积、清洗、蚀刻、光刻等。以此种方式制造的材料可包括单晶、半导体膜、精细涂层和电子器件制造和其他实际应用中使用的诸多其他物质。随着选定类型的原子被添加(例如，通过沉积)至基板或从基板移除(例如，通过蚀刻)，有效且精确的终点监控技术(和系统)变得有价值。蚀刻不足以及过度蚀刻(并且类似地，沉积不足和过度沉积)可能导致器件不达标甚至出现故障。光学控制系统可实时监控元件制造的各个阶段，从而显著提高产品质量。鉴于对半导体器件质量的要求不断提高，此点尤其有用。
发明内容
在一个实现方式中，本案公开了一种准直器组件，其包括准直器壳和无色差透镜。准直器壳包括接口和端口，所述接口被配置为光学耦接至处理腔室，所述处理腔室具有靶表面，所述端口接收光纤。光纤用以将属于第一波长范围的光的第一多个光谱分量和属于第二波长范围的光的第二多个光谱分量传送到由准直器壳形成的壳体。第一范围在400-700nm波长区间内，而第二范围在400-700nm波长区间外。无色差透镜至少部分位于由准直器壳形成的壳体内。无色差透镜将光的第一多个光谱分量引导至靶表面上，以照射靶表面上的第一区域。无色差透镜进一步将光的第二多个光谱分量引导至靶表面上，以照射靶表面上的第二区域，使得第二区域大体上与第一区域相同。
在另一实现方式中，本案公开了一种终点检测系统，其包括光源、准直器壳、无色差透镜、光检测器及处理装置。光源用以输出属于第一波长范围的光的第一多个光谱分量和属于第二波长范围的光的第二多个光谱分量。第一范围在400-700nm波长区间内，而第二范围在400-700nm波长区间外。准直器壳包括被配置为光学耦接至具有靶表面的处理腔室的接口。准直器壳还包括接收光纤的端口，以将属于第一波长范围的光的第一多个光谱分量和属于第二波长范围的光的第二多个光谱分量传送到由准直器壳形成的壳体。无色差透镜至少部分位于由准直器壳形成的壳体内。无色差透镜将光的第一多个光谱分量引导至靶表面上以照射靶表面上的第一区域，并将光的第二多个光谱分量引导至靶表面上以照射靶表面上的第二区域，使得第二区域大体上与第一区域相同。第二光纤用于从靶表面收集由被引导至靶表面上的光的第一多个光谱分量所产生的光的第一多个反射光谱分量。第二光纤进一步用于从靶表面收集由被引导至靶表面上的光的第二多个光谱分量所产生的光的第二多个反射光谱分量。光检测器用于经由第二光纤接收光的第一多个反射光谱分量和光的第二多个反射光谱分量。通信地耦接至光检测器的处理装置基于接收到的光的第一多个反射光谱分量和接收到的光的第二多个反射光谱分量来确定靶表面的反射率。
在另一实现方式中，本案公开了一种方法，以由光源输出属于第一波长范围的光的第一多个光谱分量和属于第二波长范围的光的第二多个光谱分量。第一范围在400-700nm波长区间内，而第二范围在400-700nm波长区间外。所公开的方法进一步通过无色差透镜将光的第一多个光谱分量引导至靶表面上，以使靶表面上的第一区域被照射。所公开的方法进一步通过无色差透镜将光的第二多个光谱分量引导至靶表面上，以使得靶表面上的第二区域被照射，使得第二区域大体上与第一区域相同。所公开的方法进一步通过第二光纤从靶表面收集由被引导至靶表面上的光的第一多个光谱分量所产生的光的第一多个反射光谱分量。所公开的方法进一步通过第二光纤从靶表面收集由被引导至靶表面上的光的第二多个光谱分量所产生的第二多个反射光谱分量。所公开的方法进一步通过光检测器经由第二光纤接收光的第一多个反射光谱分量和光的第二多个反射光谱分量。所公开的方法进一步基于接收到的光的第一多个反射光谱分量和接收到的光的第二多个反射光谱分量，由通信地耦接至光检测器的处理装置确定靶表面的反射率。
附图说明
图1示意性地示出了根据本公开的一些实现方式的制造机器，所述制造机器包括空间可调式宽波段准直器组件，以用于对处理腔室内的靶材进行精确光学表征。
图2示意性地示出了根据本公开的一些实现方式的示例性无色差(宽波段)准直器组件，以用于对处理腔室内的靶材进行精确光学表征。
图3A-3D示意性地示出了根据本公开的一些实现方式的与常规准直器相比，使用无色差(宽波段)准直器对处理腔室内的靶材进行精确光学表征的优点。
图4示意性地示出了根据本公开的一些实现方式的示例性准直器组件，所述准直器组件具有可调式对准件，以用于对处理腔室内的靶材进行精确光学表征。
图5示意性地示出了根据本公开的一些实现方式的倾斜的示例性准直器组件，所述准直器组件具有可调式对准件，以用于对处理腔室内的靶材进行精确光学表征。
图6示意性示出了根据本公开的一些实现方式的具有可调式对准件的示例性准直器组件的侧视图。
图7是根据本公开的一些实现方式的部署宽波段准直器组件以对处理腔室内的靶材进行精确光学表征的方法的一种可能的实现方式的流程图。
图8是根据本公开的一些实现方式的调节可调式准直器组件的倾斜以对处理腔室内的靶材进行精确光学表征的方法的一种可能的实现方式的流程图。
图9描绘了能够支持基于光散射数据实时检测存在于沉积腔室内的颗粒污染物的示例处理系统的框图。
具体实施方式
本文公开的实现方式提供了半导体器件制造的精确宽波段光学终点控制。所述实现方式实现了将对于宽范围的波长具有均匀的空间分布的光束输送到处理腔室中。例如，光束的250纳米光谱分量的光束宽度可与光束的750纳米光谱分量的光束宽度相同。光束的空间均匀性可通过穿过配备有宽波段无色差透镜的准直器传送光信号来实现。此种增强的均匀性确保了对处理腔室内的靶材(如基板)的光学响应的更精确(相较于部署有常规光学元件的准直器)的测量，并且因此确保了对靶材状态的更精确的确定(例如，在基板蚀刻或沉积处理期间)。
准直器可进一步配备有调节准直器光轴的对准的精确调节机构，以用于将入射光向位于处理腔室内的靶材上的预期区域的传送效率最大化。在一些实现方式中，在执行处理腔室的维护之后，调节机构可用于补偿由工具的拆卸、重新组装和/或重新校准引起的处理工具位置的微小差异(诸如用于晶片支撑的吸盘的定位变化)。
在电子器件制造期间，经常进行多个图案转移操作，包括光刻和蚀刻。例如，在光刻步骤中，用(包括期望的图案的)光掩模部分地保护的光刻胶层可暴露于光源，随后在合适的化学溶液中显影，以去除光刻胶的暴露的未保护部分。所得的图案化光刻胶层随后可在蚀刻步骤中用作掩模，以保护暴露于反应(例如，湿式或干式蚀刻)环境的基板(如，硅晶片)，从而去除基板的未保护部分。在蚀刻期间，来自基板的终点数据(如光学响应数据，其可包括反射数据、偏振数据等)可用于确定工艺是否根据规范操作，以及是否达到了期望的结果，如蚀刻深度和均匀性。
反应环境的变化(如组成物、温度、等离子体密度)和光掩模图案的差异可能导致蚀刻速度和均匀性的变化。对此种变化的跟踪额响应可涉及准确且可调式的光学终点系统，所述系统能够收集表征处理腔室内各种靶表面(晶片、光掩模等)的准确和大量光学响应数据。微电子器件尺寸的不断减小、光掩模设计的日益复杂和对器件均匀性要求的不断提高，进一步推动了准确性目标的实现。用于终点控制的现有光学系统通常无法满足此种增加的技术需求。
本公开的方面和实现方式解决了基板制造中可能使用的光学检验技术的此项和其他缺点。本文描述了一种空间可调式光学检验装置，其能够在宽波长范围内传送具有均匀空间分布的光束，用于对基板处理进行精确的光学表征。本文公开的实现方式有助于准确地决定基板的光学、物理和/或形态属性，如基板的均匀性、光滑度、厚度、折射率、反射率等，并提供有效质量控制工具，而无需减慢制造工艺。
所公开的实现方式涉及使用处理腔室(可包括沉积腔室、蚀刻腔室等)的各种制造技术，如化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)技术、物理气相沉积(physicalvapor deposition；PVD)、等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapordeposition；PECVD)、等离子体增强物理气相沉积(plasma-enhanced physical vapordeposition；PEPVD)、溅射沉积、原子层化学气相沉积、燃烧化学气相沉积、催化化学气相沉积、蒸发沉积、分子束外延(epitaxy)技术等。所公开的实现方式可在使用真空沉积腔室的技术(例如，超高真空化学气相沉积或物理气相沉积、低压化学气相沉积等)中以及在大气压沉积腔室中使用。
图1示意性地示出了根据本公开的一些实现方式的制造机器100，所述制造机器包括空间可调式宽波段准直器组件，以用于对处理腔室内的靶材进行精确的光学表征。在一个实现方式中，制造机器100包括处理腔室壳104内的处理腔室102，以用于处理(例如，沉积、光刻、蚀刻等)一个或多个基板106。在处理期间，基板106可暴露于等离子体环境110，以用于等离子体增强处理，例如蚀刻。基板106可由吸盘108支撑。处理腔室102可包括一个或多个处理套件工具112，如边缘环等。基板106可由提升销(未示出)提升，以实现基板106后表面的靶材暴露于处理环境，以加热基板106(例如，通过引导光照射基板)等等。
可通过包括准直器组件120和控制模块130的终点光学系统来光学监控处理腔室102中的基板106的处理。准直器组件120可机械地耦接至处理腔室壳104(刚性地或可操作地耦接，如下文更详细的解释)，并且可与处理腔室102的环境(如等离子体环境110)光学介接。准直器组件120与处理腔室102之间的光学接口可为孔口、会聚或发散透镜、透明板(其可能无光焦度)、偏振器或能够在准直器组件120与处理腔室102之间传输光的任何其他装置或材料。在本文中，“光”是指任何光谱范围的电磁辐射，包括可见光、远红外和近红外、远紫外和近紫外等。“光”可进一步包括非偏振(例如，自然)光、线偏振光、圆偏振光或椭圆偏振光、部分偏振光、聚焦光、发散光、准直光等。
准直器组件120可从光源132生成的输入光124中产生光束122。在一些实现方式中，输入光124经由一个或多个输入光纤传送。光源132可为窄带光源，如发光二极管、激光器、灯泡等。在一些实现方式中，光源132是宽波段光源。在一些实现方式中，光源132包括多于一个分量的光源，如产生(当组合在一起时)宽波段输入光124的多个窄带光源。光源132可包括附加的光学元件来控制输入光124的光谱分布和/或偏振(如滤光器、吸收器、偏振器等)。
在一些实现方式中，输入光124被准直器组件120转换成光束122，例如通过使输入光124穿过准直器组件120的多个光学元件(如透镜、反射器、滤光器、孔等)来转换。准直器组件120可具有宽波段特性。更具体而言，准直器组件120可产生(如下文更详细的描述的)光束122，所述光束122的空间范围对于所述光束的多个光谱分量可以是相同的。例如，所产生的光束122的直径可在输入光124中并因此在光束122中包含的各种光谱分量的较广波长λ范围内相同。在现有的终点检测系统中，常规光束122-1的直径取决于波长λ而变化。例如，绿色分量(λ＝550nm)可具有9mm的直径，而红色分量(λ＝650nm)可具有13mm的直径。(这在图1中示意性地示出，对常规光束122-1的描绘中具有变化的阴影。)因此，不同的光谱分量沿着不同的光路传播。这可能导致所获得的基板反射率R(λ)的显著误差，因而可能导致靶材(例如，基板106的表面)的错误表征和蚀刻工艺中的错误(如导致蚀刻过早或过晚停止)。
相比之下，本公开的实现方式描述了确保光束122的各种光谱分量λ的大体上相同的空间范围的宽波段准直器组件120。这在图1中用无色差光束122-2的均匀白色横剖面示意性地示出。为了实现此种宽波段无色差光束的输出，准直器组件120可具有一个或多个无色差透镜，如下文参考图2更详细的描述。更具体而言，无色差光束122-2可通过指定多个光谱范围△λ(如宽度△λ＝100nm(或150nm、200nm或任何其他波长范围)的光谱范围)的光束光谱含量来表征。光谱范围可以中心波长λ1、λ2、λ3…序列为中心。在一些实现方式中，△λ大于相邻中心波长之间的距离时范围重叠。在一些实现方式中，△λ等于中心波长之间的距离(例如，△λ＝λ3-λ2)。在一些实现方式中，△λ大于中心波长之间的距离(因此范围不重叠)。在一些实现方式中，范围△λ具有不相等的宽度。(或者，范围可对应于相等的频率区间△f)。在一些实现方式中，范围△λ对应于光源132的各种光发射器的实际发射范围(例如，光源132的发光二极管的发射范围)。在其他实现方式中，范围△λ仅出于表征目的而定义，且可不限于任何特定的实体光发射器。
以λk为中心的范围△λk内的光谱分量可以某种直径dk的光谱光束形式传播。(为了简洁起见，光束将被描述为具有圆形横剖面。然而，应当理解，可对任何其他横剖面的光束进行类似的表征，如椭圆形光束或具有一些其他形状的光束)。第k光谱光束可照射靶表面(例如，基板106的表面)上的第k区域Ak。符号Ak可表示照明区域的面积或照明区域的一些其他几何特征。第k个照明区域的直径和/或面积可使用任何合适的方案来定义，只要在各种光谱范围内使用同一方案即可。例如，第k光谱光束强度的连续分布的半宽或全宽可用于确定直径dk。在一些实现方式中，为了大体上相同，两个照明区域Ak和Am将具有至少90％(或85％、95％)的重叠。即，区域Ak落在区域Am之外的部分(反之亦然)小于区域Ak的10％(或15％，5％)。
在一些实现方式中，为了拥有无色差宽波段特性，准直器组件120将产生照射靶表面上大体上相同区域的至少两个光谱光束。在一些实现方式中，为使准直器组件120具有无色差宽波段特性，两个光谱光束对应于被至少200nm的中心到中心波长间隔开的范围。在一些实现方式中，为了拥有无色差宽波段特性，准直器组件120将产生照射靶表面上大体上相同区域的至少三个光谱光束。在一些实现方式中，三个光谱光束对应于被两个最外侧范围的中心之间的至少400nm波长间距间隔开的范围。
从靶表面反射的光可以反方向穿过准直器组件120，并被一个或多个第二光纤收集。第二光纤可将所述输出光126传送到光检测器134用于光谱分析。光检测器134可包括一个或多个光谱仪、分光计、衍射光栅、镜、透镜、光电二极管和其他装置。光检测器134可单独或可与处理装置136(例如，中央处理单元(central processing unit；CPU)、微控制器、专用集成电路(application-specific integrated circuit；ASIC)、数字信号处理器(digital signal processor；DSP)、现场可编程门阵列(field-programmable gatearray；FPGA)或任何其他类型的处理装置)一起确定靶材的一个或多个光学响应。光学响应可包括反射率R(λ)、折射率n(λ)或可用于表征基板的任何其他光学量，如反射率的偏振相关性、反射时偏振面的旋转角度、发光强度等。
处理装置136可与存储器元件138通信。在一些实现方式中，存储器元件138存储处理装置136要执行的指令，以使光源132产生输入光124，使光检测器134执行对输出光126的检测，并执行基板处理可能需要的任何进一步的操作。此种操作可包括开始、停止和/或恢复蚀刻、光刻或沉积操作。处理装置136可以是控制处理腔室102中的操作的相同处理装置，或者是终点检测系统的单独专用处理装置。
在一些实现方式中，准直器组件120配备有倾斜调节机构128，以允许对准直器的光轴(在图1中用虚线描绘)进行调节，从而便于当准直器组件120被移动到不同的处理腔室时，在维护之后对准直器进行定心(或重新定心)，或者确保腔室与腔室之间的一致性。在一些实现方式中，如下文参考图4-图6所述，倾斜调节机构128包括一个或多个调节螺钉，所述一个或多个调节螺钉便于准直器组件120与处理腔室壳104之间的可配置连接。
图2示意性地示出了根据本公开的一些实现方式的示例性无色差(宽波段)准直器组件200，以用于对处理腔室内的靶材进行精确光学表征。图2不是按比例绘制的，并且仅仅旨在作为示意性描述。在各种实现方式中，可省去图2所示的一些元件。为了清楚及简洁，光学检测技术中的技术人员已知的一些附加元件可能未在图2中示出，但是实际上可能存在于各种实现方式中。在一些实现方式中，准直器组件200对应于图1的准直器组件120。准直器组件200可具有准直器壳202。准直器壳202可具有腔室接口204，用于将准直器组件200耦接至处理腔室(例如处理腔室102)。在一些实现方式中，腔室接口204可与准直器壳202永久融合，或者可为准直器壳202的延伸。在一些实现方式中，腔室接口204通过螺纹可移除地附接至准直器壳202，或者通过摩擦或固持螺钉、销、止动器等固持至准直器壳。腔室接口204可装配到处理腔室壳102中的接收孔口，并且可密封(通过一个或多个气密密封件或垫圈)到接收孔口，以防止气体从处理腔室的环境中逸出。在一些实现方式中，腔室接口204被密封到处理腔室壳102中的孔口，其中(多个)密封件允许准直器壳202的轴在设定的限度内倾斜偏离垂直方向，但是不破坏处理腔室102内部环境与外部大气的隔离。
准直器壳202可限定容纳准直器组件200的各种光学元件的壳体，所述光学元件如无色差(宽波段)透镜210、光学填充物212、光学接口214等。如图所示，准直器壳202的顶部可具有开口，以经由引导帽盖中的管道引导一个或多个光纤208(以传送输入光124和/或接收输出光126)。在一些实现方式中，光纤208可以不同方式进入准直器组件的壳体，例如穿过壳202的侧壁。光学接口214可包括开口、波导、透镜等。光学接口214可被配置为允许光通过，但防止污染物进入。例如，在离开光纤208时，输入光124可穿过光学透明材料板(膜)或发散(会聚)透镜，这可以机械性地密封光纤的管道。
无色差透镜210可为宽波段透镜，其被设计为在宽波长范围内使色差减至最小。例如，无色差透镜210可具有由不同材料制成的多个透镜，其中材料中的一些材料具有较高的折射率色散，而材料中的一些材料具有较低的色散。在一些实现方式中，无色差透镜210可为具有两个光学元件(例如，会聚透镜和发散透镜)的双重透镜。在一些实现方式中，如图2所示，无色差透镜210可为具有三个光学元件的三重透镜。在一些实现方式中，无色差透镜210可具有三个以上的光学元件。无色差透镜210可被设计用于两个、三个或更多个参考波长Λ1、Λ2、Λ3...以具有相同的焦点(如参考图1所述，参考波长中的一些或全部可为用于表征光束122的中心波长)。此可确保即使对于落在参考波长之间的波长，也可保持较小色差。可选择无色差透镜210的各种元件的(多个)聚焦距离，以使得通过(多个)光纤208传送的输入光在穿过无色差透镜210之后变成准直光束。在其他实施方式中，光纤208与无色差透镜210之间的(适当选择的)距离可用于确保输出光束(例如，光束122-2)被准直。在一些实现方式中，光学接口214的一个或多个透镜有助于准直。
在一些实现方式中，无色差透镜210通过扣环固持在准直器壳202内。在一些实现方式中，无色差透镜被拧入准直器壳202的螺纹部分。在一些实现方式中，无色差透镜210由准直器壳202摩擦固持。例如，无色差透镜210的直径可精确地特制为由准直器壳202形成的壳体的内直径，使得透镜保持足以产生充足的摩擦力以将透镜牢固地固持在适当位置的侧张力。在一些实现方式中，无色差透镜210与光学接口214之间的空间用透明光学填充物212填充，以确保光路一致性(例如，使沿着输入和输出光信号的光路的空气、湿气和其他可能的污染物的存在减至最少)。
图3示意性地示出了与常规准直器相比，根据本公开的一些实现方式使用无色差(宽波段)准直器对处理腔室内的靶材进行精确光学表征的优点。图3A中示出了对于从近紫外到近红外(如在一个示例中，200-800nm的范围)的波长λ连续区获得的参考基板的反射率R(λ)数据的描述。图3A中示意性示出的测量数据是使用未部署无色差透镜的常规准直器获得的。虚线表示在实验室环境中，使用高级光源和光检测分光计，通过高精度反射率量测获得的同一参考基板的参考反射率。图3A中的实线示出了使用产生光束(如光束122-1)的常规准直器获得的数据，所述光束的空间范围在不同波长下不受控制。两条曲线的对比可表明，尽管测量的反射率在紫外范围和可见光范围的蓝色部分相当接近确切的参考反射率，但准确性在可见光谱的红色部分显著下降，且在红外范围变得很差。
图3B中所示的是使用如图1-图2所述的具有无色差透镜的宽波段准直器对同一参考基板的反射率R(λ)的测量结果。图3B所示的改进源于用光束(例如光束122-2)照射靶材基板，所述光束在靶材表征中使用的整个波长λ连续区具有大体上相同的空间范围。下表说明了数个波长下光束均匀性的改进。
Figure BDA0004113664880000111
改进的光束均匀性有助于更准确地决定反射率R(λ)。由于反射率的更准确的测量，处理装置136可以能够精确确定在处理腔室102中的实际基板上执行的处理操作(沉积、蚀刻等)的当前状态。
图3C中所示的是具有两个示例性光谱分量的常规光束(例如光束122-1)的空间范围的绘示，表示为可见光(例如550nm)和近红外光(例如750nm)。由水平轴指示的位置可为距光束中心的径向距离。如图所示，两个光谱分量的空间范围(例如，对应于光束半宽的距离)可能显著不同。相反，图3D中示出了对于相同的两个光谱分量而言，由宽波段准直器组件(例如组件120)输出的光束(例如光束122-2)的空间范围的描绘。如图所示，两个光谱分量的空间范围大体上相同。
图4示意性地示出了根据本公开的一些实现方式的示例性准直器组件400，所述准直器组件400具有可调式对准件，以用于对处理腔室内的靶材进行精确光学表征。图4不是按比例绘制的，并且仅仅意欲作为示意性描述。在各种实施方式中，可省略图4所示的一些元件。为了清楚及简洁，光学检测技术的熟练技艺人士已知的一些额外元件可能未在图4中示出，但是实际上可能存在于各种实施方式中。在一些实施方式中，准直器元件400可为图2的准直器元件200。准直器组件400可被配置为光学耦接至处理腔室(如处理腔室102)。准直器组件400可包括准直器壳402。准直器壳402可具有用于耦接至处理腔室的腔室接口404。腔室接口404可允许在准直器轴(还可为包含在由准直器壳402形成的壳体内的准直器光轴)方向上的一定程度的可变性(在设定的限度内)。
图5示意性地示出了根据本公开的一些实现方式的倾斜的示例性准直器组件500，所述准直器组件具有可调式对准件，以用于对处理腔室内的靶材进行精确光学表征。如图5所示，准直器轴405可从参考轴407(由虚线示出)倾斜至角度θ。图5中描绘的是垂直参考轴407，但是在各种实现方式中，参考轴的定向可具有任何其他合适的方向。例如，在准直器组件400耦接至处理腔室102的侧壁的一些实现方式中，参考轴可为水平的。为了便于说明，图5所示的倾斜角被放大了。在一些实现方式中，最大倾斜角可为1°(或者不到1°)。在一些实现方式中，倾斜角可大于1°，且可受到诸多因子的限制，如对大倾斜角的预期需求，以及给定腔室接口404与处理腔室102保持适当气密的能力。
在一些实现方式中，倾斜调节机构包括一个或多个调节机构403，以控制准直器轴405的倾斜(对准)。本文的“调节机构”意味着能够将控制头(例如螺钉、旋钮等的头部)的旋转运动转换成机械构件(如螺钉、弹簧、楔子等的轴)的平行运动的任何机械装置(如螺钉、螺栓、杠杆、楔子等)或机械装置的组合。机械构件可在准直器壳402的可移动部分与准直器壳的固定部分之间介接。在一些实现方式中，机械构件直接介接在准直器壳402的可移动部分与处理腔室壳104(或连接至壳上的任何部分)之间。在一些实现方式中，为了精确控制准直器倾斜角θ，调节机构403可配备有测微器头或提供关于倾斜角的适当回馈并允许对准直器组件400进行可再现调节的任何其他装置。因为就几何意义而言，任何三个任意放置的点定义一个平面，所以在一些实现方式中，调节机构403的数量是三个。在一些实现方式中，调节机构403的数量少于三个。例如，调节螺钉403(1)可用不可调式螺钉(或销)代替，所述不可调式螺钉(或销)保持与处理腔室壳的固定接触，而调节机构403(2)和403(3)(图4-图5中未示出)仍然允许进行完全可调式倾斜控制。因而，准直器轴405仍然可在两个方向上倾斜，这允许准直器轴倾斜偏离参考轴407达角度θ以及围绕参考轴的方位旋转φ。
图6示意性地示出了根据本公开的一些实现方式的具有可调式对准件的示例性准直器组件的侧视图600。图6不是按比例绘制的，并且仅仅旨在作为示意性描述。在各种实现方式中，可省略图6所示的一些元件。为了清楚及简洁，光学检测技术的技术人员已知的一些附加元件可能未在图6中示出，但是实际上可能存在于各种实现方式中。在一些实现方式中，侧视图600可为其俯视图500在图5中示出的准直器组件。
如图6所示，在一些实现方式中，第一壳支撑件602-1可刚性耦接至准直器壳602。第二壳支撑件602-2可附接至处理腔室壳(未示出)。倾斜调节螺钉603中的一者或多者可将第一壳支撑件602-1可操作地连接至第二壳支撑件602-2。在一些实现方式中，拉伸弹簧614与调节螺钉603结合使用，如图所示。在一些实现方式中，拉伸弹簧614定位在与调节螺钉606的位置不同的位置。拉伸弹簧614可保持在压缩状态，使得(向上)施加在第一壳支撑件602-1上的总力大于(在一些实现方式中，显著大于)准直器组件的总重量。此种弹簧压缩有利于相对于第二支撑件稳定第一支撑件，并防止准直器组件在终点检测装置的操作过程中摆动。对对准螺钉603中的一者或多者的操作可导致准直器光轴的期望倾斜，此种操作类似于上文关于图4描述的操作。
为了容纳第一壳支撑件602-1相对于第二壳支撑件602-2的运动，可实施倾斜能动(tilt-enabling)间隙616。倾斜能动间隙616可围绕壳602的圆周对称延伸(若壳具有圆柱形形状)，或者可被设计成不对称的。当一个或多个倾斜调节螺钉被操作(例如，由人类操作员)且壳602倾斜时，可由此允许自由倾斜直至进一步调节被与第二壳支撑件602-2接触的壳主体阻止。间隙616的量可被设置为允许最大预定倾斜。例如，若第二壳支撑件602-2在间隙616附近的高度是0.3英寸，则0.005英寸的间隙可允许偏离参考(例如，垂直)方向多达1°的倾斜(除完整360°方位角倾斜之外)。
图7是根据本公开的一些实现方式的方法700的一种可能的实现方式的流程图，所述方法700部署宽波段准直器组件以用于对处理腔室内的靶材进行精确光学表征。在一些实现方式中，宽波段准直器组件是空间可调式的。方法700可使用图1-图6中描述的系统和部件或其任意组合来执行。在一些实施方式中，方法700的一些或所有步骤框可响应于来自处理装置136的指令来执行。处理装置136可耦接至一个或多个存储器元件138。在一些实现方式中，可在处理腔室102中正在处理基板时执行方法700。在一些实现方式中，可在校准装置或参考基板位于处理腔室102中时执行方法700。
方法700可涉及由光源输出光信号(操作710)。在一些实现方式中，处理装置(例如，装置136)使光源输出光信号。在其他实现方式中，人类操作员使得光信号被输出。光信号可具有宽光谱分布(或为多个窄带分布的集合)。光信号可包括多个波长范围，如[λj-Δλj/2,λj+Δλj/2]，其中j＝1、2、3…每个范围可由其中心波长λj和宽度Δλj来表征。每个范围可包含多个光谱分量。每个范围内的分量数量可能非常大，或甚至是无限的，因为光谱分量可表示为连续区(其可由傅立叶积分表征)。
在操作720处，方法700可继续将属于区间[λ1-Δλ1/2,λ1+Δλ1/2]的光的第一多个光谱分量引导至靶表面上，以使得靶表面上的第一区域被照射。类似地，在操作730处，方法700可继续将属于区间[λ2-Δλ2/2,λ2+Δλ2/2]的光的第二多个光谱分量引导至靶表面上，以使得靶表面上的第一区域被照射。第一多个光谱分量和第二多个光谱分量可通过(一个或多个)第一光纤传送到宽波段准直器。准直器可具有无色差透镜。在穿过宽波段准直器之后，包括第一多个光谱分量的第一光束(可为准直光束、聚焦光束或发散光束)可具有与包括第二多个光谱分量的第二光束大体上相同的横剖面。由此，由第一光束照射的靶表面上的第一区域(例如，被蚀刻或以其他方式处理的基板)可与由第二光束照射的靶表面上的第二区域大体上相同。可以任意次序执行操作720和730。在一些实现方式中，操作720和730可同时执行。在一些实现方式中，操作720和730可逐个地顺序执行。
指向靶表面的每个光束可使相应的反射光束穿过准直器传播回来，并被(一个或多个)第二光纤接收，以传送到光检测器。更具体而言，在操作740出，第一反射光束(其包括从靶表面反射的第一多个反射光谱分量)可被(多个)第二光纤收集。类似地，在操作750处，第二反射光束(其包括从靶表面反射的第二多个反射光谱分量)可被(多个)第二光纤收集。第一(第二)反射光束可由入射到靶表面上的光的第一(第二)多个光谱分量产生。可以任意次序执行操作740和750。在一些实现方式中，可同时执行操作740和750。在一些实现方式中，操作740和750可逐个地顺序执行。
在操作760处，方法700可继续由光检测器经由第二光纤接收光的第一多个反射光谱分量和光的第二多个反射光谱分量。在操作770处，光检测器(在一些实现方式中，与处理装置和/或存储器结合)可基于接收到的光的第一多个反射光谱分量和接收到的光的第二多个反射光谱分量来确定靶表面的反射率。在一些实现方式中，可针对第一波长范围的整个宽度和第二波长范围的整个宽度确定反射率。在一些实现方式中，可附加地以类似于上述方法的方式使用附加的(例如，第三、第四等)波长范围，以获得靶表面的更准确的表征。在一些实现方式中，第一范围在400-700nm波长区间内，而第二范围在400-700nm波长区间外。在一些实现方式中，第三范围在波长的400-700nm区间外，且不同于第二范围。在一些实现方式中，第二(或第三)范围在100-400nm区间内，而第三(第二)范围在700-900nm波长内。
图8是根据本公开的一些实现方式的方法800的一种可能的实现方式的流程图，所述方法800调节可调式准直器组件的倾斜以用于对处理腔室内的靶材进行精确光学表征。在一些实现方式中，方法800使用图1-图6中描述的系统和部件或其任意组合来执行。在一些实现方式中，可响应于来自处理装置136的指令来执行方法800的一些或所有步骤框。
在操作810处，方法800可检测处理腔室设置事件。例如，处理腔室可能已经被维修(例如，可能已经执行了排程或未排程的维护)，处理腔室部件中的一者或多者可能已经被更换，或者准直器组件可能已经移动并耦接至不同的腔室。在一些实现方式中，“设置事件”可为不与任何设置修改相关联的设置检查事件，但是可为对排程的常规检查(或操作员请求的检查)的指示。
在操作820处，方法800可继续经由(可调式)准直器组件在靶处输出入射光束。例如，一个或多个光源可产生光束。光束可(例如，经由一个或多个输入光纤)传送到准直器组件，并且在穿过准直器组件的光学部件之后，可被引导至靶材上。靶材可为校准装置、具有已知光学特性的参考基板、或者即将经历处理(例如蚀刻)的常规基板，前提是此种基板的光学特性是已知的。
入射光束可导致靶材产生反射光束。反射光束可(以反方向)穿过准直器的光学部件，并且可穿过一个或多个输出光纤传送到光检测器。在操作830处，光检测器可确定反射光束的强度。在操作840处，与光检测器和存储器元件通信的处理装置可从存储器元件检取靶材的校准数据。在一些实现方式中，校准数据可包括因变于入射光束入射角的靶材反射率。在操作850处，方法800可继续，处理装置执行对从光检测器获得的强度数据与从存储器元件检取的校准数据的比较。因而，处理装置可确定准直器组件的失准程度(例如，归因于所执行的处理腔室设置修改)。例如，反射率可能随着失准程度而减小(或增大)。
在操作860处，方法800可输出倾斜调节值，所述倾斜调节值将被应用到准直器组件的倾斜调节机构，以校正所确定的准直器组件的失准。人类操作员可存取输出值，并可根据输出值校正准直器组件的对准。
图9描绘了根据本公开的一个或多个方面操作的示例处理装置900的框图。在一个实现方式中，处理装置900可为图1的处理装置136。示例处理装置900可连接至局域网络、内部网络、外部网络和/或因特网中的其他处理装置。处理装置900可为个人计算机(personalcomputer；PC)、机顶盒(set-top box；STB)、服务器、网络路由器、交换机或网桥，或者能够执行指定所述装置要采取的动作的一组指令(顺序的或其他方式)的任何装置。此外，尽管仅示出了单个示例处理装置，但是术语“处理装置”还应当被理解为包括单独或联合执行一组(或多组)指令以执行本文论述的任何一种或多种方法的处理装置(例如，计算机)的任何集合。
示例处理装置900可包括可经由总线930相互通信的处理器902(例如，CPU)、主存储器904(例如，只读存储器(read-only memory；ROM)、闪存、诸如同步动态随机存取存储器(synchronous DRAM；SDRAM)的动态随机存取存储器(dynamic random access memory；DRAM)等)、静态存储器906(例如，闪存、静态随机存取存储器等)和辅助存储器元件(例如，数据存储器元件918)。
处理器902表示一个或多个通用处理装置，如微处理器、中央处理单元等。更具体而言，处理器902可为复杂指令集计算(complex instruction set computing；CISC)微处理器、精简指令集计算(reduced instruction set computing；RISC)微处理器、超长指令字(very long instruction word；VLIW)微处理器、实现其他指令集的处理器或实现指令集组合的处理器。处理器902还可为一个或多个专用处理装置，专用集成电路(applicationspecific integrated circuit；ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gatearray；FPGA)、数字信号处理器(digital signal processor；DSP)、网络处理器等。根据本公开的一个或多个方面，处理器902可被配置为执行实现部署宽波段准直器组件以用于对处理腔室内的靶材进行精确光学表征的方法700和/或调节可调准直器组件的倾斜的方法800的指令。
示例处理装置900还可包括网络接口设备908，其可通信地耦接至网络920。示例处理装置900还可包括视信显示器910(例如，液晶显示器(liquid crystal display；LCD)、触摸屏或阴极射线管(cathode ray tube；CRT))、字母数字输入设备912(例如，键盘)、输入控制装置914(例如，光标控制装置、触摸屏控制装置、鼠标)和信号发生装置916(例如，声学扬声器)。
数据存储器元件918可包括，其上存储有一组或多组可执行指令922的计算机可读存储介质(或者更具体而言，非瞬态计算机可读存储介质)928。根据本公开的一个或多个方面，可执行指令922可包括实现部署宽波段准直器组件以用于对处理腔室内的靶材进行精确光学表征的方法700，和/或调节可调准直器组件的倾斜的方法800的可执行指令。
在示例处理装置900执行期间，可执行指令922还可完全或至少部分地驻留在主存储器904和/或处理器902中，主存储器904和处理器902还构成计算机可读存储介质。可执行指令922还可经由网络接口设备908在网络上发送或接收。
尽管计算机可读存储介质928在图9中被示为单个介质，但是术语“计算机可读存储介质”应被理解为包括存储一组或多组操作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)。术语“计算机可读存储介质”还应被理解为包括能够存储或编码一组由机器执行的指令的任何介质，所述指令使得机器执行本文描述的方法中的任何一者或多者。因此，术语“计算机可读存储介质”应被理解为包括但不限于固态存储器和光学及磁性介质。
应当理解，以上描述旨在说明，而非限制。在阅读和理解以上描述后，诸多其他实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。尽管本公开描述了具体示例，但是将认识到，本公开的系统和方法不限于本文描述的示例，而是可在所附权利要求的范围内进行修改来实践。因此，说明书和附图被认为是说明性的，而不是限制性的。因此，本公开的范围应当参考所附权利要求和所述权利要求所赋权的等同内容的完整范围来确定。
上述方法、硬件、软件、固件或代码的实现方式可通过存储在可由处理元件执行的机器可存取、机器可读、计算机可存取或计算机可读介质上的指令或代码来实现。“存储器”包括以机器可读的形式提供(即，存储和/或传输)信息的任何机制，如计算机或电子系统。例如，“存储器”包括随机存取存储器(random-access memory；RAM)，如静态随机存取存储器(static RAM；SRAM)或动态随机存取存储器(dynamic RAM；DRAM)；只读存储器；磁性或光学存储介质；闪存设备；电存储设备；光学存储器设备；声学存储器设备，和适合于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输电子指令或信息的任何类型的有形机器可读介质。
在整个说明书中提到“一个实现方式”或“实现方式”意味着结合所述实现方式描述的特定特征、结构或特性被包括在本公开的至少一个实现方式中。因此，短语“在一个实现方式中”或“在实现方式中”在本说明书各处的出现不一定都指同一实现方式。此外，在一个或多个实现方式中，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合。
在前述说明书中，已经参考具体的示例性实现方式给出了详细描述。然而，显而易见的是，在不脱离所附权利要求中阐述的本公开的更广泛的精神及范围的情况下，可对其进行各种修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的，而不是限制性的。此外，实现方式、实现和/或其他示例性语言的前述使用不一定指相同的实现方式或相同的示例，而是可指不同和相异的实现方式，且还有可能指同一实现方式。
词语“示例”或“示例性的”在本文中用于表示用作示例、实例或说明。本文中描述为“示例”或“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为优选或优于其他方面或设计。相反，词语“示例”或“示例性”的使用旨在以具体的方式呈现概念。如在本申请中所使用的，术语“或”旨在表示包含性的“或”，而不是排他性的“或”。即，除非另有说明，或者上下文明确表示，否则“X包括A或B”旨在表示任何自然的包含性置换。即若X包含A；X包括B；或者X包括A或B两者，则前述任一情况皆满足“X包括A或B”。此外，本申请及所附权利要求中使用的冠词“一”和“一个”通常应被解释为表示“一个或多个”，除非另有说明或从上下文中明确指示单数形式。此外，术语“实现方式”或“一个实现方式”或“实现”或“一个实现”的使用并不意味着相同的实现方式或实现，除非说明书中如此描述。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等如本文所使用的，是意味着用于区分不同元件的标签，且其附图标记不一定具有序数意义。

Claims (20)

1.一种准直器组件，包括：
准直器壳，包括：
接口，所述接口被配置为光学耦接至具有靶表面的处理腔室；以及
端口，所述端口接收第一光纤，其中所述第一光纤将属于第一波长范围的光的第一多个光谱分量和属于第二波长范围的光的第二多个光谱分量传送到由所述准直器壳形成的壳体，其中第一范围在400-700nm波长区间内，而第二范围在所述400-700nm波长区间外；以及
无色差透镜，所述无色差透镜至少部分地位于由所述准直器壳形成的所述壳体内，所述无色差透镜用于：
将所述光的第一多个光谱分量引导至所述靶表面上，以照射所述靶表面上的第一区域；以及
将所述光的第二多个光谱分量引导至所述靶表面上，以照射所述靶表面上的第二区域，其中所述第二区域大体上与所述第一区域相同。
2.如权利要求1所述的准直器组件，其特征在于，对于大体上与所述第一区域相同的所述第二区域，所述第二区域与所述第一区域之间的重叠是所述第一区域和所述第二区域中的每一者的至少90％。
3.如权利要求1所述的准直器组件，其特征在于，对于大体上与所述第一区域相同的所述第二区域，所述第二区域与所述第一区域之间的重叠是所述第一区域和所述第二区域中的每一者的至少95％。
4.如权利要求1所述的准直器组件，其特征在于，所述准直器壳的所述端口进一步用于接收第二光纤，其中所述第二光纤用于：
从所述靶表面收集由被引导至所述靶表面上的所述光的第一多个光谱分量所产生的光的第一多个反射光谱分量；
从所述靶表面收集由被引导至所述靶表面上的所述光的第二多个光谱分量所产生的光的第二多个反射光谱分量；以及
将所述光的第一多个反射光谱分量和所述光的第二多个反射光谱分量传送到光检测器。
5.如权利要求4所述的准直器组件，进一步包括导管，用于提供所述第一光纤和所述第二光纤到由所述准直器壳形成的所述壳体的通路。
6.如权利要求1所述的准直器组件，其特征在于，所述无色差透镜以摩擦方式固持在由所述准直器壳形成的所述壳体内。
7.如权利要求1所述的准直器组件，其特征在于，所述无色差透镜是三重透镜。
8.如权利要求1所述的准直器组件，其特征在于，由所述无色差透镜引导至所述靶表面上的所述光的第一多个光谱分量形成准直光束。
9.如权利要求1所述的准直器组件，进一步包括光学透明填充物，所述光学透明填充物填充由所述准直器壳形成的所述壳体的至少一部分。
10.如权利要求1所述的准直器组件，其特征在于，所述第一波长范围和所述第二波长范围中的每一者为至少100nm宽，并且其中所述第一范围的中心和所述第二范围的中心间隔开至少200nm。
11.如权利要求1所述的准直器组件，其特征在于，所述第一光纤进一步将属于第三波长范围的光的第三多个光谱分量传送到由所述准直器壳形成的所述壳体，其中所述无色差透镜进一步将所述光的第三多个光谱分量引导至所述靶表面上，以照射所述靶表面上的第三区域，并且其中所述第三区域大体上与所述第一区域相同，并且其中所述第三波长范围在400-700nm波长区间外且不同于所述第二范围。
12.如权利要求1所述的准直器组件，其特征在于，所述准直器壳还包括倾斜调节机构，以修改所述准直器壳的轴相对于所述处理腔室的对准。
13.如权利要求12所述的准直器组件，其特征在于，所述准直器壳的所述轴的经修改的对准导致所述第一区域和所述第二区域相对于所述靶表面移动。
14.如权利要求12所述的准直器组件，其特征在于，所述倾斜调节机构包括多个调节螺钉，其中所述多个调节螺钉中的每一者的调节修改了所述准直器壳的所述轴的对准。
15.如权利要求14所述的准直器组件，进一步包括刚性耦接至所述准直器壳的第一支撑件、刚性耦接至所述处理腔室的第二支撑件、以及所述第一支撑件与所述第二支撑件之间的间隙，其中所述间隙用于容纳由所述准直器壳的所述轴的经修改的对准引起的所述第一支撑件的运动。
16.如权利要求15所述的准直器组件，进一步包括一个或多个拉伸弹簧，以相对于所述第二支撑件稳定所述第一支撑件。
17.如权利要求1所述的准直器组件，其特征在于，所述靶表面是处理腔室校准装置或正在所述处理腔室中处理的基板中的一者的表面。
18.一种终点检测系统，包括：
光源，用于输出属于第一波长范围的光的第一多个光谱分量和属于第二波长范围的光的第二多个光谱分量；
准直器壳，包括：
接口，所述接口被配置为光学耦接至具有靶表面的处理腔室的；以及
端口，所述端口接收第一光纤，其中所述第一光纤将属于第一波长范围的光的第一多个光谱分量和属于第二波长范围的光的第二多个光谱分量传送到由所述准直器壳形成的壳体，其中第一范围在400-700nm波长区间内，而第二范围在所述400-700nm波长区间外；
无色差透镜，所述无色差透镜至少部分地位于由所述准直器壳形成的所述壳体内，所述无色差透镜用于：
将所述光的第一多个光谱分量引导至所述靶表面上，以照射所述靶表面上的第一区域；以及
将所述光的第二多个光谱分量引导至所述靶表面上，以照射所述靶表面上的第二区域，其中所述第二区域大体上与所述第一区域相同；
第二光纤，用以：
从所述靶表面收集由被引导至所述靶表面上的所述光的第一多个光谱分量所产生的光的第一多个反射光谱分量；以及
从所述靶表面收集由被引导至所述靶表面上的所述光的第二多个光谱分量所产生的光的第二多个反射光谱分量；
光检测器，用于经由所述第二光纤接收所述光的第一多个反射光谱分量和所述光的第二多个反射光谱分量；以及
处理装置，通信地耦接至所述光检测器，以基于接收到的所述光的第一多个反射光谱分量和接收到的所述光的第二多个反射光谱分量来确定所述靶表面的反射率。
19.如权利要求18所述的终点检测系统，进一步包括：
倾斜调节机构，以修改所述准直器壳的轴相对于所述处理腔室的对准。
20.一种方法，包括以下步骤：
由光源输出属于第一波长范围的光的第一多个光谱分量和属于第二波长范围的光的第二多个光谱分量，其中第一范围在400-700nm波长区间内，而第二范围在所述400-700nm波长区间外；
通过无色差透镜将所述光的第一多个光谱分量引导至靶表面上，以使所述靶表面上的第一区域被照射；
通过所述无色差透镜将所述光的第二多个光谱分量引导至所述靶表面上，以使所述靶表面上的第二区域被照射，其中所述第二区域大体上与所述第一区域相同；
通过第二光纤，从所述靶表面收集由被引导至所述靶表面上的所述光的第一多个光谱分量所产生的光的第一多个反射光谱分量；
通过所述第二光纤，从所述靶表面收集由被引导至所述靶表面上的所述光的第二多个光谱分量所产生的光的第二多个反射光谱分量；
由光检测器经由所述第二光纤接收所述光的第一多个反射光谱分量和所述光的第二多个反射光谱分量；以及
由通信耦接至所述光检测器的处理装置基于接收到的所述光的第一多个反射光谱分量和接收到的所述光的第二多个反射光谱分量来确定所述靶表面的反射率。
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