CN1685466A - 采用具有等离子体处理系统的光学系统的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种等离子体处理系统以及操作光学系统以及等离子体处理系统的操作方法。所述等离子体处理系统包括与等离子体处理系统的等离子体处理室连通的光学系统。所述光学系统具有窗口，并且被构造和布置成能够通过窗口和所述窗口的透射状况来检测等离子体处理状况。所述方法包括检测来自等离子体处理区的光发射，以及监测光学系统提供的窗口的污染状况。

Description

采用具有等离子体处理系统 的光学系统的装置和方法

发明背景

本申请基于和得自于2002年9月30日提交的美国临时申请60/414,348的利益，该申请的全部内容作为参考引入本文。

本申请涉及2002年9月30日提交的、题为“等离子体处理系统和方法”的共同待审的美国临时申请60/414,349，该申请的内容作为参考全部引入本文。

技术领域

本发明涉及等离子体处理过程，更具体地说是涉及利用光学系统监测等离子体处理过程。

背景技术

一般，等离子体是物种的集合，其中一些物种是气体的，一些物种是带电荷的。等离子体可用于各种应用中的某些处理系统。例如，等离子体处理系统可广泛用于材料的处理，以及半导体、集成电路、显示器及其它电子器件的制造和处理过程，用于在基片例如半导体晶片上进行蚀刻以及层淀积。

光学诊断方法广泛地用来监测等离子体处理过程，以及用来确定等离子体处理过程例如等离子体蚀刻过程的终点。

通常，传统的光学诊断方法利用光透射窗口将等离子体处理室与光学检测系统分开，因为等离子体处理室必须在低真空(一般为几毫托至几托)下进行工作。此窗口易于被蚀刻副产品涂布，从而这些副产品使窗口模糊不清。虽然该方法被广泛使用并且已经相当成功，但是窗口变得模糊不清时存在的问题是，光学诊断数据被歪曲，甚至无效。此外，窗口在处理更多的产品之前需要清理或者更换，这是昂贵和耗时的操作过程。

因此，期望监测传统等离子体处理过程中所用的光学诊断方法和系统的窗口或视口的污染状况。

发明内容

本发明一方面提供了一种与光学系统连通的等离子体处理系统。这种等离子体处理系统包括：包含等离子体处理区的腔室、被构造和布置成能够支撑腔室内处理区上的基片的卡盘、以及能够使等离子体处理区内的等离子体排出腔室的腔室开口。等离子体发生器与腔室连通，并且被构造和布置成能够在等离子体处理过程中于等离子体处理区上产生等离子体。光学系统包括与腔室开口连通的窗口组件。光学系统被构造和布置成能够检测等离子体处理状况和窗口透射状况。一个光学器件被构造和布置成能够监测窗口的污染状况。

本发明另一方面提供了一种与等离子体处理系统连通的光学系统的操作方法。这种等离子体处理系统具有包含等离子体处理区的腔室和光学系统，在等离子体处理区上，于等离子体处理过程中产生等离子体。光学系统与等离子体处理区发生光学耦合。该方法包括：检测从等离子体处理区穿过由光学系统提供的窗口的光发射，以及监测由窗口组件提供的窗口的污染状况。还提供了一种用于实时监测位于光学系统与等离子体处理系统之间的窗口污染状况的方法。

本发明又一方面提供了一种用于等离子体处理系统的光学系统。这种光学系统包括信号收集部，该部分被构造和布置成能够检测等离子体处理状况和窗口的透射状况。信号收集部具有能够从等离子体处理区接收光发射的窗口。一个光学器件被构造和布置成能够监测窗口的污染状况。

本发明可实现这些和其它方面，其中能够监测位于等离子体处理室与光学系统之间的窗口的污染状况。而且，从以下结合附图所作的详细描述中，本发明的这些和其它方面及特性将变得显而易见。然而，应该理解，附图仅仅是为了图示说明的目的，而对本发明的范围或原理并没有限定意义。

附图说明

被结合并构成本发明一部分的附图、本发明的实施例、以及上面的概述和下面给出的对实施例的详细描述，都是用来解释本发明的原理的，其中：

图1是按照本发明原理的等离子体处理系统的一个实施例的部面图，该图表示出与包括窗口的光学系统连通的等离子体处理室，所述窗口安装在光学系统的信号收集部内；

图2是图1所示信号收集部的部面图；

图3是与光学器件例如分光仪连通的图2所示光学系统的示意图；

图4是光学0系统的工作流程图；

图5是与按照本发明的等离子体处理系统连通的光学系统操作方法的流程图；

图6是信号收集部的另一实施例；以及

图7是光学系统的另一实施例。

具体实施方式

图1示出了按照本发明原理的等离子体处理系统的一个实施例。总体上表示为10的等离子体处理系统与总体上表示为12的光学系统连通。

等离子体处理系统10包括总体上表示为14的等离子体处理室，该腔室限定出能够产生等离子体18的等离子体处理区16。卡盘或电极30位于腔室14内并被构造和布置成能够支撑腔室14内处理区16上的基片20(例如可以是半导体晶片)。基片20诸如可以是半导体晶片、集成电路、待涂布的聚合物材料片、通过离子植入而表面硬化的金属、或一些其它待蚀刻或淀积的半导体材料。

虽然图中没有示出，但是诸如通过联结到腔室14的冷却供应通道，可以将冷却剂供给卡盘30。每个冷却供应通道与一个冷却供应源相连。例如，冷却供应通道可以单独连接到冷却供应源上。或者是，冷却供应通道通过互连通道网络彼此互相连接，所述互连通道网络将所有冷却供应通道连接成某种图案。

通常，将等离子体发生气体(可以是能够电离生成等离子体的任何气体)诸如通过气体入口26引入腔室14，以便生成等离子体。正如本领域技术人员所理解的，根据预期应用来选择等离子体发生气体，并且所述气体诸如可以是氮、氙、氩、属于氟碳化物的四氟化碳(CF₄)或八氟代环丁烷(C₄F₈)、氯(Cl₂)、溴化氢(HBr)或氧(O₂)。

气体入口26与腔室14联结，并被构造成能够将等离子体处理气体引入等离子体处理区16。上电极28和下电极(或卡盘)30形式的等离子体发生器可与腔室14联结，以便通过电离等离子体处理气体而在等离子体处理区16内生成等离子体18。通过诸如用分别与上电极28和下电极30偶连的电源80，82向等离子体处理气体供给RF和/或DC电，可以使等离子体处理气体电离。在一些应用中，等离子体发生器诸如可以是能够供给RF电的天线或RF线圈。

各种气体入口或注射器以及多种气体注射操作都可用来将等离子体处理气体引入等离子体处理腔室14，腔室14可以是密封的并且可以用铝或其它适宜材料形成。等离子体处理气体经常从毗邻基片或与基片对置的入口或气体注射器引入。例如，如图1所示，通过气体入口26供应的气体可通过与电容耦合的等离子体(CCP)源中的基片对置的注射电极(上电极28)注入。通过气体入口26供给的气体可以用气流控制系统84来控制。通过电源80，82供给等离子体的电力能够激发引入腔室14的等离子体发生气体放电，由此产生等离子体例如等离子体18。

或者是，在未示出的实施例中，气体通过与变压器耦合的等离子体(TCP)源内的基片对置的介电窗口注入。其它气体注射器布置形式是本领域内技术人员公知的，并且可与等离子体处理室14结合使用。

等离子体处理室14装配有包含真空泵33和阀35(例如节流控制阀)的出口，以便控制等离子体处理室14内的气体压力。

多种引导器(未示出)例如电压探测器或其它传感器可与等离子体处理系统10连接。

开口22从处理室14径向延伸到光学系统12。光学系统12通常是真空密闭的且与处理室14连通，从而能够使光发射从等离子体18传输到光学系统12，如下面进一步详细描述的。或者是，光学系统12还可位于其它位置，例如处理室14的上方或下方，这取决于诸如需要一次或多次测定的等离子体的部位。

可以利用合适的紧固件将闸阀32紧固到等离子体处理室14上，闸阀32毗邻腔室开口22并且位于等离子体处理室14与光学系统12之间。配备闸阀32是为了将光学系统12与等离子体处理室14分开，以便诸如维持工作例如清理或更换光学系统12或气体排放期。然而，闸阀32对于本发明并不是必需的，在另一实施例中可省略。例如，根据系统10实施的等离子体处理过程，配备闸阀32或将其从系统10中去除。

如图2所示，光学系统12包括截面为圆形的管状安装部或间隔物34，和附着到其上的信号收集部36。光学系统12的安装部或间隔物34通过其安装凸缘38连接到等离子体处理室14上。紧固件(未示出)例如螺母和螺栓或螺丝，诸如穿过安装凸缘38将安装凸缘38连接到等离子体处理室14上。

信号收集部36可包括在其中心部形成的开放区42，该区域被构造成能够将窗口或视口13接收在其内。信号收集部36被构造和布置成能够监测窗口或视口13的污染状况，如下面更详细描述的。或者是，如以下关于图6所述，信号收集部内的窗口13的定位可取消开放区42。

用于容纳透射输入透镜46的透射输入透镜壳44和用于容纳透射输出透镜50的透射输出透镜壳48与信号收集部36一体形成。透射输入透镜壳44和透射输出透镜壳48可位于开放区42与窗口13的相反两侧上的光学连通通路上，如下面更详细描述的。等离子体发射信号收集透镜壳52可以与信号收集部36一体形成，以便与入射光(图1中的箭头A所示)轴向对准。这样，信号收集透镜壳52能够容纳信号收集透镜54，透镜54被构造成能够接收从窗口13出射的光，如下面更详细描述的。

信号收集部36还可包括与其一体形成从而与开放区42连通的气体排放通道56。气体排放通道56诸如在涉及腐蚀性化学品的等离子体处理过程中将气体排放。腐蚀性化学品可包括那些更易于用淀积物涂布窗口的化学品，例如富含氟碳气体(诸如CF₄和C₄F₈)的化学品。

或者是，透射输入透镜壳44、透射输出透镜壳48、信号收集透镜壳52和气体排放通道56通过紧固件例如螺母和螺栓、螺丝或其它适宜紧固件，可以耦合到信号收集部36上。

限流器部件58利用粘合剂、粘结材料、合适的紧固件或通过简单插入以与安装部或间隔物34紧密配合，而固定到光学系统12的安装部或间隔物34内，以便确定通过限流器管40到达窗口13的光量和处理气体。或者是，限流器部件58与安装部或间隔物34一体形成，并将限流器管40直接加工在安装部或间隔物34内。在经常无需测定等离子体光谱的等离子体处理过程中或者在非腐蚀性化学中，诸如，除了限流器部件58之外，还可以配备活门(未示出)，或者用该活门代替限流器部件58。运作该活门，以减小对窗口13和位于信号收集部36内的一个或多个透镜(例如透射输入透镜46)的污染。由于透射输出透镜50在窗口13的“干净”侧面上，或者在透射输入透镜46的相反侧面上，因此透射输出透镜50得到保护，从而免受污染。

窗口13利用合适的安装部件60例如真空密封件、O形环密封件或夹子安装到信号收集部36内，从而窗口13的至少一部分穿过开放区42延伸。窗口13以与入射光束A成一定角度的方式安装到开放区42中，但是窗口13还可与入射光(图1中的箭头A所示)垂直来安装，例如，如果窗口13直接安装到限流器部件58一端的话。

窗口13成角度的定位使得入射光通过窗口13发生折射，并使入射光沿其来自等离子体处理区16的同一方向从窗口13出射。窗口13的厚度可以使从窗口13出射的光的方向相对于入射光的方向偏移，但是信号收集透镜54可定位在信号收集透镜壳52内以补充该偏移关系。信号收集透镜54通过光纤光缆64(图3)可以耦合到光发射光谱系统(例如分光仪62)上。光纤光缆64耦合到分光仪62的主输入端(SIGNAL IN)上，以便向其传送等离子体发射。

限流器部件58的尺寸不仅决定到达窗口13的光或气体的量，而且由于流导减小还能够使穿过开放区42的吹扫用气体的压力更高。在不涉及腐蚀性化学的等离子体处理过程中，气体排放通道56和限流器部件58可以从光学系统12的信号收集部36中取消。这是因为在涉及到腐蚀性化学的处理过程中对窗口13的污染更大，而对于非腐蚀性化学，无需对吹扫用气体进行限流或泄压。

透射输入透镜46和透射输出透镜50构成透射检测器系统，该系统被构造和布置成能够检测窗口的透射状况，例如窗口13上聚集的污染物。透射输入透镜46被构造成能够使来自光源68(图3)的光透过窗口13，透射输出透镜50被构造成能够接收来自窗口13的光，用于检测窗口的透射状况。

如图2所示，透射输入透镜46和透射输出透镜50与入射光成约45°的角度，从而减少透射检测系统与入射光束A之间的干扰。透射输入透镜46和透射输出透镜50也可以其它角度的方式来布置，以便使从透射输入透镜46透过窗口13的光与来自等离子体处理区16的光透射成一定角度，例如小于90°的角。光学隔板66，67配置在开放区42中并围绕入射光束A，以便进一步减少这种干扰。为了进一步减少杂散反射，信号收集部36的整个内部体积可被应用与处理化学品匹配的平整发黑处理(flat black finish)。活门阀70可位于彼此光学连通的透射输入透镜46与窗口13之间。活门阀70能够保护透射输入透镜46在不用进行窗口透射测定时免受污染。透射输入透镜46与瓣状活门70之间的洞穴可以进行气体排放，以进一步保护透射输入透镜46免受污染。例如，气体排放通道56可包括从其中伸出的、连接透射输入透镜46与瓣状活门70之间的洞穴的通道。

在等离子体处理过程中，窗口13上的膜淀积通常较慢。因此，诸如，透射测定一般无需比每10-20秒进行一次更频繁地操作。经分光仪62的一般透射测定时间少于几十毫秒长，因此使活门70在连续窗口透射测定之间的所有剩余时间都保持关闭，借此保护透射输入透镜46免受过程气体的污染。利用以这种脉冲方式操作的透射测定系统，以及利用从气体入口56供给透射输入透镜46与活门70之间的通道的吹扫用气体，透射输入透镜46在很长时间内无需更换。这样减少了窗口13的清理和更换。

图2和3表示出透射输出透镜50，该透镜诸如通过光纤光缆72能够将窗口透射状况传输给窗口组件12外部的分光仪62形式的光学器件。经光纤光缆72传送给分光仪62输入通道(TRAN IN)的光对应于透射信号，该信号代表在穿过窗口13之后具有某一强度的光。分光仪62诸如用光电倍增管、CCD或其它固态检测器将传输到其上的光分散成被测光谱。分光仪62的多个通道可用来加宽这些测定的光谱覆盖范围。

图3更详细地示出了光学系统12、光源68和分光仪62。如图所示，两个光纤光缆74，76将来自光源68的光分别传输到分光仪62和光学系统12。光经光纤光缆74传输到分光仪62的输入通道(REFIN)，并且被分光仪62用作相对于整个波长的光源发射(诸如强度)的基准或基线信号。该基准或基线信号代表在穿过窗口13之前具有第一强度的光。光纤光缆76将来自光源68的光传输到光学系统12的透射输入透镜46。

光学通讯系统12可以没有光纤64，72和76。例如，光学通讯系统12可以安装在光具座上，以便透射输入透镜46、透射输出透镜50和信号收集透镜54的每一个都能够直接将光学信号聚焦到其各自的检测器上，或者从其各自光源输出。

分光仪62可以并入等离子体处理检测器系统中，以便基于来自等离子体18的光发射(例如光)检测等离子体的处理状况。具体地说，光纤光缆64诸如可以耦合到分光仪62的主输入端(SIGNAL IN)上。诸如，检测器系统可以用光电倍增管、CCD或其它固态检测器至少部分检测等离子体处理状况，例如等离子体处理过程的终点。然而，也可采用能够分析光学信号的其它光学器件。等离子体处理光学检测器系统可并入分光仪62中，或者与其分开。

能够产生足以将输入传输和激发到等离子体处理系统10的控制电压以及能够监测来自等离子体处理系统10的输出的控制器78，耦合到等离子体处理系统14上。例如，控制器78能够分别耦合到上电极28和下电极30的RF电源80，82上并与其交换信息，而气流控制系统84与气体入口26以流体连通。控制器78还可以分别与抽吸系统33和闸阀35连通，尽管图1中没有示出。储存在存储器中的程序可用来按照存储的处理步骤控制等离子体处理系统10的上述部件。而且，控制器78能够控制光学系统12的部件。例如，控制器78被构造成能够控制闸阀32、透射检测器系统66和分光仪62中的一个或多个。或者是，诸如，配备多个控制器78，其中每个控制器被构造成能够控制等离子体处理系统10或光学系统12的不同部件。控制器78的一个实例是来自Micro/SYS of Glendale，CA的嵌入式PC计算机型PC/104。

分光仪62在适当校正时能够通过储存在存储器内的软件或程序计算窗口13的透射系数。该软件或程序还能够驱动分光仪62、计算光强度比例以及将结果显示在显示器上。

透射系数对应于透过窗口13的光百分率。通过用由光纤光缆72运载到分光仪62的透射信号的光强度除以由光纤光缆74运载到分光仪62的基准信号的光强度，可计算出透射系数。在不同波长下估算的透射系数然后可用来监测窗口13的污染状况。

所计算的所有波长的透射系数可用来校正分光仪62的主输入端(SIGNAL IN)上的等离子体发射。通过用分光仪62的SIGNAL IN输入端上的所有获取光谱强度除以预期波长的确定透射系数，可实现这一点。例如，如果窗口13仅透射某一波长的50％的入射光，那么所计算的透射系数为0.5。利用0.5的透射系数，所测定的强度被透射系数除，因此在该例中，产生两倍于结果的强度。所计算或所产生的强度等于“真实”强度或者穿过窗口13之前的等离子体发射强度。

由于分光仪62的输入通道(TRAN IN)、(SIGNAL IN)和(REFIN)在系统10的工作过程中固定接收输入信号，因此所有获取的等离子体发射的窗口透射校正都能够实时进行，由此获得更佳和更经济的产率。

图4表示出以上参照图1-3所述的光学系统12的工作流程图。在监测等离子体处理过程例如等离子体蚀刻以检测诸如等离子体处理过程的终点时，可采用光学系统12。

在步骤100，通过打开闸阀32而开始监测该过程。在步骤102，确定窗口13的透射是否合适或者是否是所预期的。通过检查最后测定的窗口透射系数并确定窗口是否需要清理或更换(一般表示为透射系数低于某一预定的阈值)，来实现步骤102中的确定操作。选择该阈值，以使测得的信号与噪声区分开。该选择取决于污染物或淀积物的频率有关的吸收特征以及感兴趣的谱线例如谱线的强度。如果无需清理或更换，那么就分别在步骤104，106发出关闭闸阀32以及关闭吹扫用气体的命令。在步骤108，清理，或如果需要的话更换窗口。该过程然后在步骤100再次开始，并且再次确定窗口13的透射是否合适或者是否是所预期的(步骤102)。窗口13的清理和更换预期比一般的光学诊断窗口要少得多，因为对窗口污染的所用测定都能够得到校正。

如果窗口13的透射合适或者是所预期的，那么就检测等离子体处理状况(必需在步骤110)。在步骤112，如果自最后一次测定之后流逝了足够长的时间，则系统10就测定窗口13的透射。在步骤114，基于最后测定的窗口透射状况校正等离子体处理状况的测定(如果需要的话)。在步骤116，确定等离子体处理过程是否完成。如果没有完成，该过程就返回102，在该步骤确定窗口13的透射是否合适或者是否是所预期的。如果该过程完成，就在步骤118发出关闭闸阀32的指令。如上所述，膜淀积进行得缓慢，因此无需在每个周期中都进行透射测定。换言之，该过程可以在步骤102完成确定之后才于步骤118关闭闸阀。

由于窗口的测定每次通常花费10-20秒，因此尽管等离子体发射的测定1秒钟可进行许多次，由于窗口上膜淀积进行得缓慢，也需要采用最后测定的窗口透射。还可在晶片与晶片之间进行窗口的透射测定，并利用最后的测定校正整个单片处理过程中的所有等离子体发射测定。

在步骤120，确定系统是处于准备处理下一个晶片的待机(备用)状态，还是处于完全关机状态。如果系统处于待机状态，则如步骤122所示，不再实施进一步的动作，并且该过程返回到步骤100，再次开始。然而，如果系统完全关机，则在步骤124执行合适的动作。

图5表示出按照本发明原理的一种方法。该方法用于操作结合有等离子体处理系统的光学系统。等离子体处理系统具有包含等离子体处理区的腔室，并且光学系统与等离子体处理区发生光学耦合，在等离子体处理区上，于等离子体处理过程中产生等离子体。

该方法在步骤200开始。在步骤202，通过能够接收来自等离子体处理区的光发射(例如光)的光学系统提供的窗口，检测来自等离子体处理系统的光发射。例如，利用光学系统可检测等离子体处理状况诸如等离子体处理过程的终点。在步骤204，监测窗口的污染状况。为了监测污染，检测基准信号和透射信号，其中基准信号代表在穿过光学系统的窗口之前具有第一强度的光，透射信号代表在穿过光学系统的窗口之后具有第二强度的光。然后，通过用第二强度除以第一强度，获得光强度比例。透射系数对应于透过窗口的光百分率，并且用来校正所测得的等离子体发射并由此校正等离子体处理状况(在步骤205)。这个校正过的等离子体处理状况进一步用作工具控制系统动作的输入，例如一旦到达处理过程终点就停止该过程。现场或实时进行监测。在步骤206，该方法终止。

该方法可包括其它动作、操作或规程，例如将吹扫用气体提供给光学系统或实时监测窗口的透射状况。

按照本发明的上述等离子体处理系统和方法可有利地用来实时监测等离子体的状况。这种等离子体处理系统和方法能够实时监测被涂布和模糊不清(污染)的窗口，窗口被涂布和模糊不清将降低导致产率损失的等离子体处理状况数据质量，以及由于过早地清理和更换窗口而造成的停工和备件成本。

虽然已经参照优选实施例对本发明进行了具体图示和描述，但是本领域的技术人员应该理解，在形式和细节上的各种变化都不脱离本发明的精髓和范围。

例如，其它结构的等离子体处理系统10也是可行的，并且系统10的应用并不仅限于等离子体发射光谱。

图6表示出作为光学系统12的另一实施例的光学系统312。如图所示，该光学系统包括安装部34和信号收集部336。在此实施例中，透射输入透镜46安装到安装部34上，透射输出透镜50安装到信号收集部上，但是用以上参照图2所述的相同方式来工作。

窗口313密封地耦合到信号收集部336内的限流器部件358的端面上，由此取消了图2所示的光学系统12的开放区42。吹扫用气体入口356沿路线接入限流器管40，由此构成来自透射输入透镜46、透射输出透镜50和信号收集透镜54的光学信号通道。光学系统312能够减少真空抽气时间(由于连接到腔室14的真空体积较小)，并使得可衰减被测信号的杂散反射极少。光学系统312的窗口313与等离子体发射光束A垂直地安装，而透射测定光束(透射输入透镜46与透射输出透镜50之间)以倾斜的入射角穿过窗口313。

限流器358与安装部34一体形成，并且诸如通过将限流器管40加工到安装部34内，而在安装部34内形成限流器管40。

无论是在图2所示的光学系统12还是在图6所示的光学系统312中，为了一个选定长度并形成所选直径的限流器管40，来制造安装部34。可以选择限流器管40的所选长度与所选直径的比例，以减小各自光学系统例如光学系统中的窗口的污染。此外，或者在其它实施例中，为了选择限流器管40的长度-直径比，磁场、电场或温度控制系统都可操作地提供给限流器管40，以减小各自光学系统的污染。这样的替换型实施例公开在Ludviksson等人的上述美国临时申请：律师PC0221A和文档号291739中，

图7表示出用于激光诱发等离子体诊断的系统400，该系统包括安装在腔室14外壁上的三个光学系统402，404，406。两个光学系统例如光学系统402，404可用来将来自激光器408的激光束引入由腔室14形成的等离子体处理区16，并从该区引出、到达束流收集器410，激光束在该处被吸收。激光激发等离子体发射使之沿其光束路径(线B所示)穿过等离子体处理区16，相对于光束B横向安装的另一光学系统例如光学系统406用来获取激光激发的等离子体发射(线C所示)。光学系统406能够被构造成类似图2中的光学系统或图6中的光学系统。也就是说，光学系统406包括窗口和用于监测窗口的透射质量的系统，等离子体发射穿过窗口到达检测装置。来自光学系统406的信号被馈送到光学诊断系统412中，系统412可以是分光仪、光电倍增管、CCD等，这取决于所使用的激光激发的诊断类型(例如瑞利或拉曼散射或激光诱发的荧光)。

如果激光诊断需要，就采用更多的开口，诸如在相干反斯托克斯拉曼散射中，其中将两个激光束引导穿过腔室，并通过腔室14中的一个开口监测发射，这需要5个光学系统。诸如，根据穿过光学系统402，404，406的每个各自窗口的光束，光学系统402，404，406具有不同的窗口尺寸和窗口材料。

于是，为了阐述本发明的功能性和结构性原理，已经图示和描述了上述实施例，并且在不背离这些原理的情况下可对这些实施例进行改变。因此，本发明包括落在所附权利要求书精髓和范围内的所有修改。

Claims (63)

1、一种等离子体处理系统，包括：

具有开口并包含等离子体处理区的腔室；

卡盘，所述卡盘被构造和布置成支撑所述腔室内所述处理区中的基片；

与所述腔室连通的等离子体发生器，所述等离子体发生器被构造和布置成在等离子体处理过程中在所述等离子体处理区中产生等离子体；以及

经由所述开口与所述腔室连通并具有窗口的光学系统，所述光学系统被构造和布置成检测窗口的透射状况，并且通过窗口检测等离子体处理状况。

2、如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述等离子体发生器包括上电极和与上电极分开的下电极，所述上、下电极被构造和布置成在通电时在其之间产生等离子体。

3、如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述等离子体发生器是天线。

4、如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述光学系统包括透射检测器系统，所述透射检测器系统被构造和布置成用于检测透射状况。

5、如权利要求4所述的等离子体处理系统，其中所述光学系统具有在其中心部形成的开放区，所述开放区被构造成用于接纳所述窗口。

6、如权利要求5所述的等离子体处理系统，其中所述光学系统包括一个或多个位于所述开放区中的光学隔板，所述一个或多个光学隔板被构造成用于减小所述透射检测器系统与来自所述等离子体处理区的光发射之间的干扰。

7、如权利要求4所述的等离子体处理系统，其中所述透射检测器系统包括：

透射输入透镜，所述透镜被构造成使来自光源的光透过所述窗口；以及

透射输出透镜，所述透射输出透镜被构造成接收透过所述窗口的光，用于检测透射状况，所述透射输出透镜能够将透射状况传送给所述光学系统。

8、如权利要求7所述的等离子体处理系统，其中所述光学系统包括位于彼此光学连通的透射输入透镜与窗口之间的活门，所述活门被构造成至少部分保护所述透射输入透镜免受污染。

9、如权利要求7所述的等离子体处理系统，其中从所述透射输入透镜透过窗口的光与来自所述等离子体处理区的光发射成一定角度。

10、如权利要求7所述的等离子体处理系统，其中从所述透射输入透镜透过窗口的光与来自所述等离子体处理区的光发射所成角度小于90°。

11、如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述光发射是光。

12、如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中还包括位于所述腔室与所述光学系统之间的闸阀，所述闸阀被构造和布置成基本上将所述光学系统和所述腔室隔离开。

13、如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述光学系统包括分光仪。

14、如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述光学系统包括信号收集部，所述信号收集部被构造和布置成用于检测等离子体处理状况。

15、如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述窗口单独进出所述等离子体处理区。

16、如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述光学系统基于透射状况校正等离子体处理状况。

17、如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述光学系统具有至少一个能够接收来自所述等离子体处理区的光发射的附加窗口。

18、如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述光学系统具有在其中心部形成的开放区，所述开放区被构造成用于接纳所述窗口。

19、如权利要求18所述的等离子体处理系统，其中所述光学系统包括位于所述腔室与所述光学系统之间的限流器部件。

20、如权利要求19所述的等离子体处理系统，其中所述限流器部件被构造成使通过所述开放区的吹扫用气体由于流导减小而压力升高。

21、如权利要求19所述的等离子体处理系统，其中所述窗口密封地安装到所述限流器部件的一端上。

22、如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中所述光学系统包括位于所述窗口与所述等离子体处理区之间的光路上的窗口活门，所述窗口活门被构造成至少减小窗口的污染。

23、如权利要求1所述的等离子体处理系统，其中还包括激光器，所述激光器被构造成将激光射入所述等离子体处理区中。

24、如权利要求23所述的等离子体处理系统，其中所述光学系统接收激光激发的等离子体发射。

25、如权利要求24所述的等离子体处理系统，其中所述光学系统相对于激光横向定位。

26、如权利要求24所述的等离子体处理系统，其中所述光学系统包括光学诊断系统。

27、如权利要求23所述的等离子体处理系统，其中还包括位于等离子体处理室外部的激光束收集器，所述收集器被构造成用于在激光穿过等离子体处理室之后收集激光。

28、一种适用于等离子体处理系统的光学系统，所述等离子体处理系统具有包含等离子体处理区的腔室，所述光学系统包括：

其中设置有窗口的信号收集部，所述信号收集部被构造和布置成用于检测窗口的透射状况，并且通过窗口检测等离子体处理状况。

29、如权利要求28所述的光学系统，其中所述信号收集部包括透射检测器系统，所述透射检测器系统被构造和布置成用于检测透射状况。

30、如权利要求29所述的光学系统，其中所述信号收集部具有在其中心部形成的开放区，所述开放区被构造成用于接纳所述窗口。

31、如权利要求29所述的光学系统，其中所述信号收集部包括一个或多个位于所述开放区中的光学隔板，所述的一个或多个光学隔板被构造成用于减少所述透射检测器系统与来自所述等离子体处理区的光发射之间的干扰。

32、如权利要求29所述的光学系统，其中所述透射检测器系统包括：

透射输入透镜，所述透镜被构造成使来自光源的光透过所述窗口；以及

透射输出透镜，所述透射输出透镜被构造成用于接收透过所述窗口的光，用于检测透射状况，所述透射输出透镜能够将透射状况传送给所述信号收集部。

33、如权利要求32所述的光学系统，其中所述信号收集部包括位于彼此光学连通的透射输入透镜与窗口之间的活门，所述活门被构造成至少部分保护所述透射输入透镜免受污染。

34、如权利要求32所述的光学系统，其中从所述透射输入透镜透过窗口的光与来自所述等离子体处理区的光发射成一定角度。

35、如权利要求34所述的光学系统，其中从所述透射输入透镜透过窗口的光与来自所述等离子体处理区的光发射所成角度小于90°。

36、如权利要求28所述的光学系统，其中所述光发射是光。

37、如权利要求28所述的光学系统，其中所述信号收集部包括分光仪。

38、如权利要求28所述的光学系统，其中所述窗口单独进出所述等离子体处理区。

39、如权利要求28所述的光学系统，其中所述信号收集部基于透射状况校正等离子体处理状况。

40、如权利要求28所述的光学系统，其中所述信号收集部包括至少一个能够接收来自所述等离子体处理区的光发射的附加窗口。

41、如权利要求28所述的光学系统，其中所述信号收集部具有在其中心部形成的开放区，所述开放区被构造成用于接纳所述窗口。

42、如权利要求41所述的光学系统，其中还包括限流器部件和安装到所述等离子体处理区的安装部。

43、如权利要求42所述的光学系统，其中所述窗口密封地安装到所述限流器部件的一端上。

44、如权利要求42所述的光学系统，其中所述限流器部件被构造成使通过所述开放区的吹扫用气体由于流导减小而压力升高。

45、如权利要求28所述的光学系统，其中所述信号收集部包括位于所述窗口与所述等离子体处理区之间的光路上的窗口活门，所述窗口活门被构造成至少减小窗口的污染。

46、一种用于操作结合有等离子体处理系统的光学系统的方法，所述等离子体处理系统具有包含等离子体处理区的腔室，在所述等离子体处理区中，在等离子体处理过程中产生等离子体，所述光学系统光学耦合到所述等离子体处理系统，所述方法包括：

利用透射检测器系统，光学检测从所述等离子体处理区经由光学系统所提供的窗口的光发射；以及

监测所述窗口的污染状况。

47、如权利要求46所述的方法，其中监测步骤包括实时监测所述窗口的污染状况。

48、如权利要求46所述的方法，其中光学检测所述光发射的步骤包括：

检测基准信号，所述基准信号代表在穿过所述光学系统的窗口之前具有第一强度的光；以及

检测透射信号，所述透射信号代表在穿过所述光学系统的窗口之后具有第二强度的光。

49、如权利要求48所述的方法，其中还包括：

将第二强度除以第一强度，以获得光强度比例，所述光强度比例提供用于监测所述窗口污染状况的透射系数。

50、如权利要求49所述的方法，其中所述透射系数对应于透过所述窗口的光的百分率。

51、如权利要求46所述的方法，其中还包括基于所述光强度比例，来修正来自所述等离子体处理区的光发射。

52、如权利要求46所述的方法，其中还包括：

通过光学系统所提供的至少一个附加窗口，光学检测来自所述等离子体处理区的光发射；以及

监测所述至少一个附加窗口的污染状况。

53、如权利要求46所述的方法，其中还包括将吹扫用气体供给所述光学系统，用以吹扫所述光学系统。

54、如权利要求46所述的方法，其中还包括限制通向所述窗口的光或气体流。

55、如权利要求46所述的方法，其中还包括关闭所述透射检测器系统，以便至少部分保护所述透射检测器系统免受污染。

56、如权利要求46所述的方法，其中还包括使所述透射检测器系统的定位与来自所述等离子体处理区的光发射成一定角度。

57、如权利要求46所述的方法，其中还包括使所述透射检测器系统的定位与来自所述等离子体处理区的光发射成小于90°的角度。

58、如权利要求46所述的方法，其中还包括关闭所述窗口，以便至少部分保护所述窗口免受污染。

59、一种用于操作结合有等离子体处理系统的光学系统的方法，所述等离子体处理系统具有包含等离子体处理区的腔室，在所述等离子体处理区中，于等离子体处理过程中产生等离子体，所述光学系统光学耦合到所述等离子体处理区，所述方法包括：

光学检测从所述光学系统经由窗口到达所述等离子体处理区的激光激发的光发射，所述窗口位于所述激光器与所述等离子体处理区之间；以及

监测所述窗口的污染状况。

60、如权利要求59所述的方法，其中还包括使激光通过所述等离子体处理区。

61、如权利要求59所述的方法，其中还包括在所述激光通过所述等离子体处理区之后收集所述激光。

62、如权利要求59所述的方法，其中所述监测步骤包括检测所述窗口的透射状况。

63、如权利要求59所述的方法，其中还包括使所述光学系统相对于所述激光横向定位。

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