JP2018091836A - 半導体処理システム内の光信号の校正のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】処理チャンバに関連する光学校正装置、特性評価システム、チャンバ特性評価装置および方法を提供すること。【解決手段】光学校正装置は、（１）筐体と、（２）筐体内に置かれ、連続スペクトルをもつ光源光を提供するように構成された光源と、（３）筐体内に置かれ、光源光を、動作中の処理チャンバ内のプラズマ放射を近似する校正光へ変形するように構成された光変形要素とを含む。特性評価システムは、（１）ビューポートをもつプラズマ処理チャンバ内に配置された光学校正装置、（２）ビューポートに結合され、光学校正装置により放射される校正光を受け取るように配置された光学結合システム、ならびに、（３）光学結合システムを介して光学校正装置に光学結合されており、測定された光信号のデータを生成して報告するように構成された分光計を含む。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、本出願と共に本出願の譲受人に譲渡され、参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年２月８日にＫｕｅｎｙによって出願された「ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＩＮ−ＣＨＡＭＢＥＲ ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮ ＯＦ ＯＰＴＩＣＡＬ ＳＩＧＮＡＬＳ」と題する米国仮特許出願第６２／４５６４２４号および、２０１６年１１月１４日にＫｕｅｎｙによって出願された「Ａ ＳＹＳＴＥＭ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＩＮ−ＣＨＡＭＢＥＲ ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＯＮ ＯＦ Ａ ＦＩＢＥＲ ＯＰＴＩＣ ＣＯＵＰＬＥＤ ＳＰＥＣＴＲＯＭＥＴＥＲ」と題する米国仮特許出願第６２／４２１８６２号の利益を主張する。

本開示は一般に、発光分光分析および／または光反射測定のサブシステムを含む半導体処理システムのための光学測定に関する。より具体的には、本開示は、プラズマ方式のウェーハ処理システムからの光放射信号の検出時に使用される光学系の属性および構成要素のシミュレーション、監視、分析、および校正を行うためのシステム、方法、およびソフトウェアプログラム製品に関する。

半導体処理の分野では、半導体ウェーハ上で材料を選択的に除去または堆積することがよく知られている。半導体ウェーハから材料を除去することは、通常、反応性イオンエッチングまたは原子層エッチングなどの、何らかのタイプのエッチング処理を用いて実現される。ウェーハ上に材料を堆積することには、化学気相堆積および物理気相堆積（ＣＶＤ／ＰＶＤ）、分子線エピキタシー法（ＭＢＥ）、または原子層堆積（ＡＬＤ）などの処理が伴うことがある。半導体処理では、注入などの、他のプラズマベースまたは放射の処理もまた知られており、光学的に監視される。そのような処理はすべて、環境制御された処理チャンバ内で厳密に制御されて行われる。的確な量の材料をウェーハの表面に堆積するか、またはその表面から除去すべきなので、特定の処理のエンドポイントまたは特性状態を正確に判断するために、堆積または除去の進行を継続的かつ精密に監視しなければならない。

チャンバ処理の光学的な監視は、進行中の処理の処理状態、処理状態条件、またはエンドポイントを判断するために非常に有用な１つのツールである。例えば、チャンバの中から放射または反射する光の所定の波長を分析することにより、一定の既知の輝線についてチャンバ内部の条件を光学的に監視することがある。従来の光学的監視方法には、発光分光分析（ＯＥＳ）、吸収分光分析、反射測定、干渉式エンドポイント（ＩＥＰ）などが含まれる。

ＯＥＳは、半導体工業において、処理チャンバ内に発生させたプラズマ光放射を測定して特性評価を行うことによって処理チャンバ内のウェーハ処理の状態を監視するために広く使用されている。ＯＥＳ技法は個々の適用例および処理によって異なることがあるが、通常、１つまたは複数の所定の波長で光放射強度を監視する。監視対象の処理には、膜厚およびプラズマ／ウェーハ放射の監視が適用可能な、半導体エッチング、堆積、注入、およびその他の処理が含まれる。加えて、ウェーハ条件から独立した、またはウェーハ条件と組み合わされたチャンバ条件が監視されることもある。処理に応じたさまざまなアルゴリズムを用いて、光信号強度から、半導体処理および処理対象のウェーハの状態の評価に有用な、また、処理、チャンバまたは他の機器に関連する不具合、さらにはプラズマチャンバの内部面の条件の検出に有用なパラメータが導出されることもある。

米国特許第８１２５６３３号 米国特許第４６７６５９４号

処理チャンバに関連する光信号のチャンバ内校正のための光学校正装置、プラズマ処理チャンバのための特性評価システム、プラズマ処理チャンバを特性評価するための方法、および、チャンバ特性評価装置を提供する。

一態様では、本開示は、処理チャンバに関連する光信号のチャンバ内校正のための光学校正装置を提供する。一例では、光学校正装置は、（１）筐体と、（２）筐体内に置かれ、連続スペクトルをもつ光源光を提供するように構成された光源と、（３）筐体内に置かれ、光源光を、動作中の処理チャンバ内のプラズマ放射を近似する校正光に変形するように構成された光変形要素とを含む。

別の態様では、本開示は、プラズマ処理チャンバのための特性評価システムを提供する。一例では、特性評価システムは、（１）ビューポートをもつプラズマ処理チャンバ内に配置された光学校正装置、（２）ビューポートに結合され、光学校正装置により放射される校正光を受け取るように配置された光学結合システム、ならびに、（３）光学結合システムを介して光学校正装置に光学結合されており、測定された光信号のデータを生成して報告するように構成された分光計を含み、このデータは、校正光と、プラズマ処理チャンバ、ビューポート、および光学結合システムを通る校正光の伝播とに関連する。

さらに別の態様では、プラズマ処理チャンバの特性評価の方法が開示される。一例では、プラズマ処理チャンバの特性評価の方法は、（１）ビューポートをもつプラズマ処理チャンバ内に光学校正装置を配置すること、（２）光学校正装置により放射される校正光を受け取るように配置された光学結合システムをビューポートに結合すること、（３）光検出装置を、光学結合システムを介して光学校正装置に結合すること、ならびに（４）測定された光信号のデータを生成して報告するように光検出装置を構成することを含み、このデータは、校正光と、プラズマ処理チャンバ、ビューポートおよび光学結合システムを通る校正光の伝播とに関連する。

プラズマ処理チャンバの特性評価の方法の別の例が提供される。この例では、方法は、（１）基準プラズマチャンバの第１の基準強度比および第１の動作強度比を判断することと、（２）第２のプラズマ処理チャンバの第２の基準強度比および第２の動作強度比を判断することと、（３）第１および第２の基準強度比ならびに第１および第２の動作強度比の数学的組み合わせを使用して、基準プラズマチャンバと第２のプラズマチャンバからの放射光の特性比を決定することとを含む。

さらに別の態様では、本開示はチャンバ特性評価装置(characterizer)を提供する。一例では、チャンバ特性評価装置は非一時的コンピュータ可読媒体を含み、この媒体はそこに格納された一連の命令を有し、この命令は実行されると、プロセッサに、（１）基準プラズマチャンバの第１の基準強度比および第１の動作強度比を判断させ、（２）第２のプラズマ処理チャンバの第２の基準強度比および第２の動作強度比を判断させ、（３）第１および第２の基準強度比ならびに第１および第２の動作強度比の数学的組み合わせを使用して、基準プラズマチャンバと第２のプラズマチャンバからの放射光の特性比を判断させる。

本開示は、後述の詳細な説明を下記に簡単に説明する図面と共に参照することによって理解され得る。

本開示の原理によって構築された、複数のプラズマ処理チャンバおよび分光監視機器をもつ処理システムのブロック線図である。 半導体処理システムに使用される光学系に関連する、よく見られる問題および観測量を示す１組のグラフのうち１つである。 半導体処理システムに使用される光学系に関連する、よく見られる問題および観測量を示す１組のグラフのうち１つである。 半導体処理システムに使用される光学系に関連する、よく見られる問題および観測量を示す１組のグラフのうち１つである。 半導体処理システムに使用される光学系に関連する、よく見られる問題および観測量を示す１組のグラフのうち１つである。 本開示の原理によって構築された、処理チャンバ内の発光処理の状態を監視および／または制御するために使用される光信号を校正および／または参照するために有用な特性評価システムの一実施形態のブロック線図である。 本開示の原理によって構築された、処理チャンバ内への設置に適した光学校正装置の一実施形態の図である。 本開示の原理によって構築された、処理チャンバ内への配置に適した光学校正装置の一実施形態の別の図である。 本開示の原理によって、光学校正装置の方向を設定して処理チャンバ内に取り付けるための構成の例を表す概略図である。 本開示の原理によって構築された分光計の一実施形態のブロック線図である。 本開示の原理によって構築された処理チャンバのチャンバ特性評価装置の一実施形態のブロック線図である。 本開示の原理によって行われる、光学校正装置の方向を設定し、処理チャンバ内に取り付け、動作させるための方法の一実施形態のフローチャートである。 本開示の原理によって行われる、処理チャンバの特性評価およびマッチングの処理の方法の一実施形態のフローチャートである。 図９の方法に関連して収集および処理される光信号データを示す１組のグラフのうち１つである。 図９の方法に関連して収集および処理される光信号データを示す１組のグラフのうち１つである。 図９の方法に関連して収集および処理される光信号データを示す１組のグラフのうち１つである。 本開示の原理によって行われる、所定のスペクトル特徴を使用した処理チャンバの特性評価およびマッチングの方法の一実施形態のフローチャートである。

下記の記載では本明細書の一部を成す添付図面が参照され、図面には、本発明が実施されてもよい特定の実施形態が説明として示されている。これらの実施形態は、本明細書に開示される特徴を当業者が実施できるようにするために十分詳細に記載されており、また、他の実施形態が利用されてもよいことが理解されるべきである。本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく、構造、手順、およびシステムの変更が行われてもよいこともまた理解されるべきである。したがって、下記の記載は、限定的な意味で解釈されてはならない。説明を明確にするために、添付図面に示される同じ特徴は同じ参照番号で示され、代替実施形態に示される類似した特徴は類似した参照番号で示される。本発明の他の特徴が、添付図面および下記の詳細な記載により明らかになる。説明を明確にするために図面の中の一定の要素が縮尺のとおりに描かれていないことに、注意すべきである。

半導体処理チャンバからの光信号を監視するための従来の方法の１つは、アレイ型の光学分光計と、チャンバ内部のプラズマから分光計へ光を送る光学結合システムとから成る光監視システムを使用することである。多くの場合、光スペクトルは、通常は特定の時間間隔で繰り返される、一組の狭いスペクトル帯域内の一連の光強度測定の値として記録される。

分光計によって記録されるスペクトルは、プラズマにより放射される光の属性以外の因子に影響される。これらの因子には、分光計の波長および強度の校正、ならびに光学結合システムの状態および伝送属性が含まれる。チャンバを精密に監視するためには、チャンバの中の光源光容器（例えば、発光プラズマ）から、記録を行う分光計のアナログまたはデジタルの最終出力までの、光の経路全体に沿って、監視システムを校正すべきである。個々の構成要素を個別に特性評価してもよいが、組み立て工程および使用による変化によって、伝送属性が変わる可能性がある。

また、分光計により取得されて記録されるスペクトルが、処理チャンバの幾何学形状、清潔さ、および摩滅などの特性に影響される可能性もある。多くの場合、エッチング、堆積、注入など、または、半導体工業に共通するその他の目的のために、プラズマ環境内の１組の条件を（複数の独立したチャンバ内で）できる限り近づけて再現することが望ましい。半導体工業では、複数の処理チャンバ内の処理が区別不能（「マッチング」）になるようにすることが、多くの場合、使用するチャンバに関わらず同じ処理を確保するために有利である。また、保守またはその他の過去の中断に続く何らかの時点で、処理チャンバの状態を、その処理チャンバが遷移する前の元の特定の状態に戻すことが役立つこともある。

本明細書に記載するとおり、動作中にプラズマ処理チャンバの特性評価を行うためにＯＥＳを用いることができる。プラズマからの光放射には、多くの異なった原子状態および分子状態からの寄与が含まれる。これらの放射の独自性および相対振幅は、プラズマおよびプラズマが存在するチャンバの正確な状態を高い感度で指し示す。したがって、プラズマチャンバからの光スペクトルのこれらの詳細を監視、記録、分析および比較することによって、操作員または自動システムコントローラが１つまたは複数のチャンバを調節して、複数チャンバ内の処理ステップを区別不能にするために役立てることができる。

したがって、本開示では、プラズマ処理チャンバ内でプラズマから放射される光を分析することによって、チャンバおよび関連する処理チャンバ制御要素の動作条件に関する重要な情報を提供することが可能であると認識される。同じ原子から複数の異なるスペクトル線へ放射されるエネルギーの比率の測定値により、例えば、プラズマ内の電子温度に関する情報を得ることができる。観測されるスペクトルの、スペクトル強度、スペクトル線の幅、およびバンド端の位置などの他の多くの特徴からもまた、プラズマおよびチャンバの状態または条件について非常に重要な情報が得られることがある。一般的には、これらのチャンバにはプラズマを監視するための光窓および分光計が装備される。しかし、スペクトル線の強度の場合、分光計によって記録された信号の中で対応するピークの比率を測定するだけではエネルギー比を得ることはできない。光は分光計に到達するまでに、窓および、光ファイバケーブルを含む集光系を通過する必要がある。これらの部品は、光をさまざまな波長でさまざまに減衰させる可能性がある。また通常、分光計の感度（所与の波長における入射光エネルギー単位あたりの信号）は一様ではなく、必ずしも知られていない。

これらの影響を補償するために、さまざまな波長帯へ放射されるエネルギーの比率または、広帯域スペクトル強度などのスペクトル特性が絶対量または相対量で知られているか判断可能な、処理チャンバ内での使用に適した標準光源を使用すれば有利であると、本開示では認識される。この光源を処理チャンバの内部に置いて、光が、関心対象のプラズマ放射とほぼ同じ経路をたどって分光計へ到達するようにすることもできる。したがって、この光源を、プラズマおよび、プラズマが放射する光の代替とすることができる。プラズマ放射光は改良すべきチャンバまたは処理と無関係ではないので、プラズマ放射光の代わりに「一定不変の」標準光源に基づいて処理チャンバを特性評価するために、標準光源から光信号データを取得することができる。

例として、この光信号データは標準光源から測定されたさまざまな波長帯の（伝送および記録により改変された）信号の比率を含むことができ、それを標準光源の真の（既知の）エネルギー比の特性に関連付けることができる。次に、１つまたは複数の処理チャンバおよびそのプラズマ条件の特性評価のために、このようにして確定された関連性を使用して、プラズマから測定された信号の比率を所望のエネルギー比に変換することもできる。

そのようにして、本開示は、処理チャンバのマッチングに用いることができる、処理チャンバの特性評価および比較を行う方法を、ＯＥＳシステムを用いて提供する。よって、一様な処理のための処理チャンバ内のプラズマの制御および／または初期設定のフィードバックシステムの一部として、光スペクトルが使用される。一実施形態では、本開示の方法およびシステムにより、操作員が複数の異なるスペクトル線の信号の比率を測定し、その比率から強度比を計算することによって処理チャンバの動作の特性評価を行うことができ、操作員またはシステムコントローラがその強度比を使用して、チャンバ内のプラズマのエネルギーレベル、温度、またはその他の処理パラメータをチャンバマッチングのために調節することができるようになる。一般的に修正の対象となる、プラズマ条件に影響を与える制御パラメータには、ガス分圧、ガス全圧、ガス流量、ＲＦ電力入力レベル、およびＲＦ整合条件が含まれる。一定の事例では、制御パラメータではなく、プラズマまたは光学系の実際の構成要素が特定されて修正されてもよい。例えば、光窓が堆積した薄膜で汚染されていることがあり、また、チャンバの「シャワーヘッド」が使用により侵食されて観測対象の光信号を変化させることもある。このシステムおよび方法を用いて、図１に示されるものなどの、処理ラインの複数のチャンバ内で処理ステップを揃わせることができる。

図１は、本開示の原理によって構築された、複数のプラズマ処理チャンバおよび分光監視機器をもつ処理ライン１００の一実施形態のブロック線図である。図１は、複数の処理チャンバにわたって一様な処理条件を得るように、または、少なくとも得るために役立つように、本明細書で開示するとおりの校正システムまたは方法を用いることのできる環境を示す。処理ライン１００は、ツール１０１、１０２、１０３、および１０４の４つのツール、ならびにラインコントローラ１９９を含む。処理ライン１００は、半導体製造工場（ｆａｂ）のエッチング処理ラインの、大きな部分の一部であってもよい。したがって、ラインコントローラ１９９はｆａｂまたは処理ラインのサーバであってもよい。他のツール１０２、１０３、および１０４の代表として、ツール１０１について下記で詳細に説明および考察する。本明細書で開示する処理チャンバマッチングによれば、ツール１０１〜１０４のすべての処理チャンバがマッチングされてもよいし、各ツールの選抜されたチャンバがサブグループ内でマッチングされてもよいことに留意されたい。例えば、ツール１０１の処理チャンバ１１２を、ツール１０２〜１０４の等価な処理チャンバとマッチングさせることができる。図９および図１１に示される方法は処理チャンバマッチングの一例を示し、この例を使用することができる。

処理ライン１００は分散制御システムを示し、処理ライン１００のさまざまなチャンバ／モジュールのマッチングのための制御ロジックが複数の装置内に置かれてもよい。制御ロジックを処理ライン１００の複数のコンポーネントに置けること、さらには単一のコンポーネントにも置けることが、当業者には理解される。例えば、半導体処理のための制御ロジックの複数の部分を分光計、チャンバコントローラ、ローカル処理コントローラ、ツールコントローラ、およびラインコントローラ１９９にわたって分散することができる。チャンバマッチングの一実施形態では、識別、データ転送、データ処理および分析のために、これらの複数の存在物の間に協調が確立されなければならない。ツール１０１は処理チャンバと分光計の対を複数含み、これらの対は監視される処理モジュール１１０、１２０、１３０、および１４０として示されている。監視対象の処理モジュール１１０、１２０、１３０、および１４０の処理チャンバはウェーハを処理して集積回路を形成するように構成され、分光計は処理を監視するために使用される。

例えば、通常の半導体処理の間、監視対象の処理モジュール１１０、１２０、１３０、１４０は、各プラズマ処理チャンバ内のプラズマ処理の状態を監視および／または制御するために、ＯＥＳシステムを用いる。監視対象のプロセスモジュール１１０、１２０、１３０、１４０のそれぞれは処理チャンバを含み、この処理チャンバは一般にウェーハおよび処理プラズマを部分的に真空な容器内に封入し、この容器にはさまざまな処理ガスが含まれてもよい。ビューポートでプラズマから光が検出され、光学結合システムを介して光検出装置に導かれる。検出される光は深紫外線（ＤＵＶ）から近赤外線（ＮＩＲ）までの波長域（通常、２００ｎｍ未満から１７００ｎｍ超まで）にわたってもよく、その中の任意の小範囲から関心対象の波長が選択されてもよい。ビューポートは一般的には、広範囲の波長の伝送に対応するサファイヤまたは水晶の材料から作られる。光学結合システムは、光フィルタ、レンズ、ミラー、窓、開口、光ファイバなどの光学要素を含んでもよいが、これらに限定されない。

光検出装置は一般的には分光計であるが、モノクロメータまたは、フォトダイオード式の検出装置であってもよい。検出後処理および電気信号への変換のために、光信号は通常、光検出装置のサブシステム内で増幅、デジタル化されて、信号プロセッサに渡される。信号プロセッサは、例えば、特定の波長の強度または２つの波長帯の比率を表すアナログまたはデジタルの制御値などの出力を生成するために、多くのアルゴリズムのうち１つを用いる、例えば工業用ＰＣ、ＰＬＣ、または他のシステムであってもよい。そのアルゴリズムは、所定の波長の放射強度信号を分析して、例えばエンドポイント検出、エッチング深度、プラズマ条件などといった処理の状態に関連し、その状態にアクセスするために使用できる傾向パラメータを判断することができる。出力値は、処理チャンバ内で行われる製造処理を監視および／または修正するために、処理チャンバへ転送されてもよい。

より具体的には、ツール１０１はローカル処理コントローラ１５０を含み、このコントローラは結合された分光計から監視データを受け取り、それに基づいて、対応する処理チャンバのプラズマ処理を制御するように構成される。ローカル処理コントローラ１５０は、一般的にはエンドポイントコントローラにより行われる機能を行うように構成されることができる。監視される処理モジュール１１０、１２０、１３０、および１４０は、ＵＳＢ、ＲＳ２３２、および／またはイーサネット（登録商標）などの従来技術の通信接続（図示せず）を介してローカル処理コントローラに結合される。いくつかの実施形態では、ツール１０１は複数（例えば、監視される処理モジュールごとに１つ）のローカル処理コントローラを含むことができる。

ローカル処理コントローラ１５０は、ツールコントローラ１８０、ラインコントローラ１９９および分光計１１９、１２９、１３９、および１４９に通信可能に結合されてもよい（すべての接続が図１に示されているわけではない）。ツールコントローラ１８０は、ツール１０１の動作を監視および指示する。ラインコントローラ１９９は、処理ライン１００の他の装置から遠隔に置かれることができる。一実施形態では、ラインコントローラ１９９は、イーサネット（登録商標）などの通信ネットワークを介してローカル処理コントローラ１５０に通信可能に結合された、ｆａｂサーバなどのサーバである。ラインコントローラ１９９は、ツール１０１のツールコントローラ１８０にもまた通信可能に結合されている。処理ライン１００の構成要素間の通信可能な結合には、従来技術の接続を使用することができる。

ツールコントローラ１８０はツール１０１の構成要素からフィードバックを受け取り、そのフィードバックに基づいて、ツール１０１の結合された処理チャンバの動作を指示する。さまざまな実施形態で、ツールコントローラ１８０は、ローカル処理コントローラ１５０、ラインコントローラ１９９、またはその両方からフィードバックを受け取ることができる。フィードバックデータは、ラインコントローラ１９９、ローカル処理コントローラ１５０、ツール１０１の分光計もしくはチャンバのうち１つ、またはこれらの装置の任意の組み合わせのいずれかにより決まる特性強度比に基づく処理チャンバ調整値であることができる。図１で、複数の異なる処理チャンバが処理チャンバ１１２、１２２、１３２、１４２として示され、対応するチャンバコントローラが１１７、１２７、１３７、１４７として示され、対応する分光計が分光計１１９、１２９、１３９および１４９として示されている。

監視される処理モジュールの例として処理モジュール１１０を使用して説明すると、処理プラズマにより修正されるウェーハを収容するために処理チャンバ１１２が使用される。プラズマからの光放射は、プラズマの条件と、処理チャンバ１１２および関連する処理モジュール１１０の全体的な機能に関する情報に加えて、ウェーハの状態に関する情報を含むことができる。例えば、光放射は、プラズマ温度および濃度などのプラズマ属性と、処理チャンバ自体の機能的健全性の情報に加えて、処理ガスとウェーハ材料からの反応物と生成種の放射を介したエッチングの状態に関する情報を含むことができる。

処理チャンバ１１２、１２２、１３２、１４２はそれぞれ、ビューポート１１３、１２３、１３３、１４３をそれぞれ含む。処理チャンバ１１２、１２２、１３２、１４２が同じタイプまたは異なるタイプの処理チャンバであることができ、本明細書で説明または考察されていない追加の構成要素を含むことができることが、当業者には理解される。加えて、ツール１０１が本明細書に説明されるより多くの、または少ない処理チャンバまたはモジュールを含み得ることが、当業者には理解される。説明される実施形態では、ツールコントローラ１８０は処理チャンバ１１２、１２２、１３２、１４２の動作の少なくとも一部分に指示を与える。

分光計１１９、１２９、１３９、１４９はそれぞれ、対応する処理チャンバから光信号を受け取って、光をスペクトルに分光させる。分光計１１９、１２９、１３９、１４９はそれぞれ光検出装置を含み、光検出装置はスペクトルを受け取り、スペクトル光を未処理のスペクトル強度データ（または、未校正のスペクトルデータとも呼ばれる）に変換する標準光源のスペクトル出力の情報を使用して、分光計をそれらの値に合わせて校正することができる。分光計の校正の詳細は、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第８１２５６３３号の記載の中に見つかり得る。

「分光計」という用語は、本明細書で以下に使用されるとき、全体として、光をスペクトルに分散させるための分光構成要素、分光構成要素からのスペクトル光を未処理（未校正）のスペクトル強度データに変換するための光検出装置、ならびに、測定を行うソフトウェアを実行し、測定値を校正し、未処理のスペクトル強度データを光信号データに変換するためのコンピュータ電子装置、ファームウェアおよび処理能力を、少なくとも含むと理解されるべきである。光信号データを、光学校正を行うデータ、すなわち校正データとして使用することができる。よって、一般的な分光計は、光を受け取るための少なくとも１つの光学ポートと、光カプラまたは他の光学構成要素と、データおよび実行可能プログラムコードを送信および受信するための１つもしくは複数のデータ接続、ポート、または他のデータ伝送構成要素とを含む。

分光計１１９、１２９、１３９、１４９はそれぞれ、それぞれの処理チャンバに、図１に光学結合システム１１５、１２５、１３５、１４５として示される光学結合システムを介して光学結合されている。光学結合システム１１５、１２５、１３５、１４５はそれぞれ、光ファイバ１１７、１２７、１３７、１４７および光カプラ１１６、１２６、１３６、および１４６を含む。光カプラは、それぞれの関連する処理チャンバのビューポートに光学結合されている。光カプラ１１６、１２６、１３６、１４６は、レンズなどの光学構成要素または、ポジショナなどのオプトメカニカル構成要素を含んでもよい。いくつかの実施形態で、光学結合システム１１５、１２５、１３５、１４５は、モードスクランブラ（図１に示さず）もまた含む。モードスクランブラは、ファイバ入口面の前に置かれた拡散板であることができる。いくつかの実施形態では、モードスクランブラは、ファイバ入口面の前に置かれた微細な格子であることができる。あるいは、米国特許第４６７６５９４号の記載などのようにファイバに溝を形成することもできる。

定期保守の間など、監視される処理モジュール１１０、１２０、１３０、１４０の停止中に通常の半導体処理が行われていないとき、標準光源を処理チャンバ１１２、１２２、１３２、１４２内に配置して、それぞれの分光計が、フルスペクトル伝送測定値または２つの指定された波長に基づく強度比などの光学校正データを記録および処理できるようにすることができる。一実施形態では、強度比は、処理チャンバ１１２、１２２、１３２、１４２内で動作中に使用されるプラズマの対応する波長域に入るように選択された波長からの１対のスペクトル線の間のピーク面積積分値の比率である。さらに、強度比を決定するためにスペクトル線ピークの総面積が計算される。ピーク面積積分値の比率は、分光計によって定められた所定の波長のスペクトルを使用して計算することができる。強度比は、一様な処理が得られるように処理チャンバ内のプラズマの中の電子温度を調整することなど、各処理チャンバを制御するために使用することができる。

図１に、一例として、処理チャンバ１１２内に配置された標準光源１が示されている。標準光源１は、本明細書に開示されるとおりの光学校正装置であることができ、分光計１１９、ローカル処理コントローラ１５０ならびに、制御および設定のための他のシステムに接続されてもよい。標準光源１を使用して、チャンバ特性評価およびチャンバマッチングのための光信号データを決定することができる。光信号データは、例えば、処理チャンバ１１２のための基準強度比を含むことができ、次にそのデータを使用して処理チャンバ１２２、１３２、および１４２のための基準強度比を判断することができる。この例では、処理チャンバ１１２が基準チャンバであり、基準チャンバとは、本明細書で使用されるとき、基準または正式記録されたチャンバとして理解される、十分に特性評価された処理チャンバである。次に、処理チャンバ１１２、１２２、１３２、１４２のそれぞれについて、標準光源を使用せずに、処理チャンバの動作中に同様に動作強度比を判断することができる。基準強度比と動作強度比の両方の判断に、同じ波長が使用される。各チャンバのための光信号および光学系の設定を決定するために、標準光源１が、処理チャンバ１１２、１２２、１３２、および１４２のそれぞれの中に配置される。

基準強度比と動作強度比の間の分析を使用して、測定されるチャンバ／モジュールの間のプラズマおよび／またはチャンバ状態の差が示されてもよい。次に、基準強度比および動作強度比に基づいて、任意の１対の処理チャンバについて特性比を判断することができる。特性比に基づいて、例えば、ツールコントローラ１８０が、一様な処理が得られるように処理チャンバを調節することができる。強度比および特性比を判断するための方法の一実施形態の詳細について下記に説明する。

図２Ａ、２Ｂ、２Ｃおよび２Ｄは、本開示の一実施形態によるＯＥＳ光学系に関連する、よく見られる問題および観測量を示す１組のグラフである。図２Ａで、グラフ２００はプラズマ処理中に観測される光信号のドリフトを示す。曲線２１０は、ウェーハのプラズマ処理および／またはプラズマもしくはチャンバの状態に関する観測量を表してもよい。観測されるドリフトによく見られる原因は、窓の曇りおよび／または光ファイバのソラリゼーション（solarization）である。このドリフトは一般に波長に依存し、測定されるスペクトルのさまざまな部分がさまざまな影響を受ける。

加えて、曲線２１０は図２Ｂのグラフ２２０に示されるように、信号オフセットおよび／または波長校正シフトと畳み込み積分されてもよい。典型的なスペクトル曲線２２２と２２４を比較すると、信号オフセットと校正シフトのどちらかまたは両方の原因（直線２２５により示される）が、ドリフトの観測に寄与していることもある。プラズマ処理に関連する信号の変化と、多様な、または変化する光学系の構成要素に起因する信号の変化とが畳み込まれることによって、特定の原因が見えにくくなり、処理の制御およびチャンバマッチングが複雑になる。標準光源を使用して行われる測定は、図１０に関してさらに考察するように、特定の原因の区別および特定に役立つことがある。

図２Ｃのグラフ２４０は、典型的なアルゴンプラズマ放射スペクトルを示し、複数の強力な原子放射線が観測されることがある。判断された線の強度比、既知のアインシュタイン係数ならびにサハの式および／またはボルツマンの式を使用して、特定のスペクトル線の比較から、プラズマ温度および他のパラメータを推定してもよいことは、よく知られている。混合ガスを使用すると、クエンチング(quenching)および他の要因によってさらに複雑さが増すので、これらの判断には純ガスを使用してもよい。

図２Ｄのグラフ２６０は、典型的な窒素プラズマ放射スペクトルを示し、原子および分子の両方の放射線が観測されることがある。さまざまな線が、窒素二原子ガスのさまざまな誘起状態およびイオン化状態、スペクトル線の広がり、バンド端のシフトおよび場所、強度の振幅、回転と振動の状態に関連する。回転振動状態は、イオン化率および、イオン化率がエッチング／処理の特性に与える影響を理解するために有用なことがある。これらのスペクトル特徴のいずれかを、パラメータの調節またはマッチングなどのチャンバマッチング制御のために、分析、処理、パラメータ化、および使用してもよい。

しかし、線の強度比および他の測定基準を適切に判断するには、光信号の絶対的または相対的な校正と、「真の」信号を変化させている体系的な要因をプラズマから分離させることが必要である。光学系の構成要素は、ビューポート、光フィルタ、光ファイバケーブルシステムおよび光検出器システムを非限定的に含み、それらのそれぞれが寄与して、光信号の変化と、絶対的な信号値と相対的な信号値の両方が、誤って解釈される可能性がある。例えば、さまざまに汚染されたビューポートによって、異なるチャンバからの光信号がさまざまな量だけ非一様に減衰され、その結果、チャンバの間でプラズマの状態が異なるという不適切な結論が導かれることがある。同様に、光ファイバのソラリゼーションによって光スペクトルの複数の部分がさまざまな量だけ減衰され、その結果、チャンバの間で処理ガスの誘起条件が異なるという不適切な結論が導かれることがある。さらに、過渡的ソラリゼーションによって、ある１つのチャンバについてプラズマ条件が経時的にドリフトするという不適切な結論が導かれることもある。

分光計などの光検出装置では、全体的な応答性は、ユニットごとに異なる可能性のある分光計の感度と、チャンバと分光計の間でのさまざまな光要素の伝送に依存する可能性がある。分光計の出力信号に対するこれらの要素の総体的な影響を、基準／校正用の標準光源により生成されるスペクトルを測定することによって基準スペクトルまたは他のデータと比較してもよい。これにより、光信号レベル補正値を決定することが可能になり、この補正値を、システムの応答性をより精密な値にするために使用してもよい。チャンバ内校正によって、定量的測定が重要な適用例での分光計の使用が可能になる。前述した理由およびその他の理由により、１つまたは複数のチャンバからの光信号のフルスペクトル校正を行えるようにすると、チャンバ内の変動およびチャンバ間のマッチングを判断する目的のために有益である。

図３は、プラズマ処理チャンバ内のプラズマ処理の状態を監視および／または制御するために、光信号を校正し、かつ／または基準とするために有用な特性評価システム３００の一実施形態のブロック線図である。特性評価システム３００は、ビューポート３１２をもつ処理チャンバ３１０と共に使用され、このチャンバは図１の処理チャンバ１１２、１２２、１３２、１４２のうち１つなどである。特性評価システム３００は光学校正装置３２０、分光計３３０、チャンバコントローラ３４０、光学結合システム３５０および、ローカル処理コントローラ３６０を含む。

光学校正装置３２０は、動作中の処理チャンバ３１０内のプラズマ放射を近似する校正光を提供するように構成される。プラズマ光を近似するとき、光学校正装置３２０からの校正光が提供する照射野は、少なくとも、プラズマにより提供されて光学系により観測されるものと類似した波長域、空間範囲、および角度範囲を含む。光学校正装置３２０は丈夫で可搬型で、処理チャンバ３１０内に配置するために十分な小型である。光学校正装置３２０は、校正光をビューポート３１２を通して光学結合システム３５０に提供するように、処理チャンバ３１０内に配置される。光学校正装置３２０は少なくとも、光源３２２、光変形要素３２４、論理回路３２６、インタフェースパネル３２７、および筐体３２８を含む。

光源３２２は筐体３２８内に置かれ、校正光を提供するために使用される光源光を提供するように構成される。一実施形態では、光源３２２は、校正システムの安定性のために、校正寿命を通じて、絶えず光源を再校正／証明する必要なく任意のスペクトルバンド内の放射照度が再現されるという属性をもつ。加えて、光源３２２は、分光計３３０の波長域内のどの波長についても校正用の光信号が利用可能になるように、連続放射スペクトルをもつ光源を提供することができる。図２Ａから２Ｄのグラフに見られるように、広範な波長にわたって放射を発生させることができる。

クォーツタングスタンハロゲン（ＱＴＨ）技術に基づく一般的な放射計測校正用の光源は、（１）寿命が短く（通常、５０時間の使用後に再校正が必要）、（２）通常はウォームアップ期間が必要で、（３）特に短い波長が必要なときの電力要件が高いという欠点をもつが、さまざまな実施形態で、光源３２２はこれらの光源とは異なる。

これらの欠点を考慮すると、一実施形態では、光源３２２は、エクセリタス社製シリーズ１１００フラッシュランプなどのキセノンフラッシュランプまたは、約１マイクロ秒の光パルスの光を作り出す別のタイプのフラッシュランプであることができる。これらのタイプのフラッシュランプの有効寿命のフラッシュ回数は通常、１億回以上である。実験により、数１００万フラッシュの初期稼働検査期間の後、ランプのエネルギー出力は校正標準として働くために十分なだけ安定することが明らかになっている。フラッシュエネルギーは各回のフラッシュごとに変動するが、少数のフラッシュを平均すると、約１パーセント以内の誤差で再現可能で、数万回の連続フラッシュにわたって真の状態を維持するスペクトル輝度を、ウォームアップのサイクル／フラッシュを非常に少なくしながら、提供することができる。測定に使用されるフラッシュの回数は、通常、およそ１０から数百の範囲である。フラッシュランプから生成される光信号は光検出装置上の分光計の中で光学的に統合されてもよく、デジタル形式に変換した後に平均されてもよい。キセノンフラッシュランプは通常、点火時を除き、経年劣化しない。したがって、このタイプの光源の有効寿命は、チャンバ特性評価システムの一部として使用される場合、有利に長い。フラッシュランプには、フラッシュオンとフラッシュオフの測定を交互にトリガして減算することにより、周囲室内照明の存在下で使用できるという、さらなる利点がある。これらのフラッシュオンとフラッシュオフの交互の測定は、分光計（例えば分光計３３０）によって記録されて、分光計内または、接続されたコンピュータ（例えばチャンバコントローラ３４０）などの他の何らかの処理システム内で数学的に処理されてもよい。

光変形要素３２４は筐体３２８内に置かれ、光源光を、動作中の処理チャンバ３１０内のプラズマ放射を近似する校正光に変形するように構成される。プラズマ放射の近似では、校正光の波長域、空間範囲および角度範囲は、処理チャンバ３１０内のプラズマ放射により提供されて分光計３３０などの光検出装置により観測されるプラズマ放射により提供されるものと少なくとも等しい。光源３２２と光変形要素３２４の組み合わせと、プラズマチャンバ３１０内の光源３２２または光学校正装置３２０の配置とが共に働いて、プラズマ放射の近似を実現することができる。光変形要素３２４は、拡散板、遮光環、レンズ、ミラー、開口、フィルタ、窓、および他の既知の光構成要素を含むことができ、それらは共働して光源光を校正光に変形する。一実施形態では、光変形要素３２４は少なくとも１つの拡散板および１つの遮光環を含む。光変形要素によって生成される校正光は、校正に適した空間、角度、スペクトルの形をもつ光照射野である。校正光の一般的な要件には、プラズマ容器から分光計３３０への光経路のあらゆる物理的開口を満たすために十分な空間範囲、光学結合システム３５０を通る光経路の開口数を満たすために十分な角度範囲（プラズマがすべての立体角に入射するときに光経路が制限となることがあると考えられる）、および、関心対象の放射の波長をカバーするスペクトル範囲が含まれる。

論理回路３２６は例えば分光計３３０、チャンバコントローラ３４０、および／またはローカル処理コントローラ３６０へ伝送される、またはそれらから伝送される、コマンドおよびデータに従って、光源３２２の動作を制御するように構成される。例えば、論理回路３２６はトリガアセンブリ、データのためのメモリ、通信回路、および光学校正装置３２０のためのプロセッサを含むことができる。通信回路３２１およびアクセス可能なメモリ３２３（例えば、インタフェースパネル３２７を介してアクセス可能）が、図３の論理回路３２６に示されている。メモリ３２３は、校正およびチャンバマッチングに使用される校正データなどのデータ、校正光およびプラズマ放射に関連する光信号データ、ならびに、基準スペクトルおよび工場出荷時のスペクトル測定値などのスペクトルデータを記憶することができる。インタフェースパネル３２７は論理回路３２６に通信可能に電気結合されることができ、光学校正装置３２０と外部システムの間の、例えば起動信号、タイミング信号、および識別データ転送（シリアル番号、工場出荷時に提供される校正スペクトルなど）を伝えるインタラクションのためのコネクタを含む。論理回路３２６の通信回路３２１を使用して、情報の転送を指令することができる。外部システムには、光学校正装置３２０と異なるか、その外部にある、例えば、分光計３３０、チャンバコントローラ３４０、ローカル処理コントローラ３６０、および／またはその他のコンピューティング装置もしくは処理装置が含まれる。分光計３３０によって収集されるデータは、処理チャンバ３１０から（チャンバコントローラ３４０または他の手段を介する）と光学校正装置３２０からの両方の識別情報を併せ持ってもよい。これらのデータは上位の特性評価システム３００の状態を定め、少なくとも、チャンバ識別情報、分光計識別情報、および校正装置識別情報を含む。図４Ａおよび４Ｂは、処理チャンバ３１０などの処理チャンバ内で使用することのできる光学校正装置の一実施形態を示す。

筐体３２８は光学校正装置３２０のさまざまな構成要素を収容し、保護する。筐体３２８ではまた、インタフェースパネル３２７を介した光学校正装置３２０との通信および、出口ポートを介した校正光のための開口を許容することができる。筐体３２８はメインボディおよび拡張ボディを含むことができ、光変形要素３２４の少なくとも一部分が拡張ボディ内に置かれる。筐体３２８は、光学校正装置３２０を保護するために金属などの剛性材料で作られることができる。筐体３２８は、光学校正装置３２０を処理チャンバ３１０内の特定の所定位置に固定する取り付けハードウェアもまた含むことができ、この位置は、光を、処理チャンバ３１０の光ビューポート３１２ならびに、光学結合システム３５０および分光計３３０を含む後続の光要素に照射するために適する。図５は、光学校正装置４００などの光学校正装置の一実施形態の、処理チャンバ内の取り付けの一例を示す。図示された構成要素に加えて、光学校正装置３２０は、ミラーなどの他の構成要素を含むことができる。ミラーを使用して、校正光を筐体３２８の出口ポートに向かせることができる。

光学結合システム３５０はビューポート３１２に光学結合され、光学校正装置３２０により放射される校正光を受け取るように配置される。光学結合システム３５０は光カプラ３５２および光ファイバケーブル３５４を含む。光学結合システム３５０は、モードスクランブラなどの他の構成要素もまた含むことができる。

分光計３３０は光学結合システム３５０を介して光学校正装置３２０に光学結合されており、測定された光信号のデータを生成して報告するように構成されており、測定された光信号のデータは、校正光と、プラズマ処理チャンバ３１０、ビューポート３１２、および光学結合システム３５０を通る校正光の伝播とに関連する。

一般に、光信号データは、関心対象の波長域にわたる１つまたは複数の光強度スペクトルを含む。一実施形態では、光信号データは、校正光からの少なくとも１対のスペクトル線に基づく強度スペクトルを含む。この強度スペクトルをさらに、校正光からの１対のスペクトル線の間のピーク面積積分値の比率に変換することができる。ピーク面積積分値の比率は、校正光のスペクトルを使用して計算することができる。いくつかの実施形態では、この強度スペクトルは、その処理チャンバの基準強度スペクトルであり、分光計は、プラズマ処理チャンバ３１０のための動作強度スペクトルを判断するようにさらに構成される。

チャンバコントローラ３４０は、分光計３３０またはローカル処理コントローラ３６０からのフィードバックに基づいて、処理チャンバ３１０を制御するように構成される。したがって、半導体エッチングまたは堆積の処理などの通常動作の間、チャンバコントローラ３４０は、処理チャンバ３１０の動作を分光計３３０またはローカル処理コントローラ３６０からのフィードバックに基づいて調節することができる。また、処理チャンバ３１０を校正するために、チャンバコントローラ３４０を使用して、処理チャンバ３１０の動作および設定のパラメータを分光計３３０またはローカル処理コントローラ３６０により生成される光信号データに基づいて調節することもできる。動作および設定のパラメータには、ガス圧、混合ガス温度、ＲＦ電力設定、ならびに、予防保守操作および／または構成要素の修理もしくは交換の考量が含まれる。分光計３３０およびローカル処理コントローラ３６０は、本明細書に記載されるとおりの光信号データの計算処理およびスペクトル解析のいずれの部分を共有してもよい。ローカル処理コントローラ３６０は、例えば、未処理または校正済みの光信号データの自動評価を行って予期せぬ変動を判断し、規則、スクリプト、さらには人工知能を使用して、注意が必要な差異の判断と、基準チャンバへのマッチングを向上させるためのチャンバ調整の提案の両方を行う。

図４Ａおよび図４Ｂは、本開示の一実施形態による、プラズマ処理チャンバ内への設置に適した光学校正装置４００の一実施形態の複数の図を示す。光学校正装置４００は、光源４５０、ランプトリガアセンブリ４６０、および論理回路４７０などの要素を封入するメインボディ４１０を含む。光源４５０はキセノンフラッシュランプであり得る。論理回路４７０はランプパワー制御サブシステム、データおよび信号のプロセッサ、フラッシュカウンタ、ならびに、光信号データおよび図３のメモリ３２３に関して前述したデータなどの他のデータを保持するためのメモリを含むことができる。

光学校正装置４００は、光構成要素遮光環４８０および４８２、ならびに拡散板４８４などの光変形要素を含む。光構成要素遮光環４８２および拡散板４８４などの光変形要素のいくつかは、光学校正装置４００のメインボディ４１０に接続された拡張部４２０内に封入されてもよい。拡散板４８４は、エドモンドオプティクス製合成石英製摺りガラス拡散板＃４９２３７などの拡散板であってもよい。これより多くの、または少ない光変形要素が含まれてもよく、光経路に沿った構成要素の順序は、光学校正装置のさまざまな特定の適用例に合わせて異なっていてもよい。拡散板４８４ならびに遮光環４８０および４８２は共に動作して、光源４５０からの広帯域連続スペクトル（例えば、２００ｎｍ未満の紫外線から１１００ｎｍ超の赤外線まで）を校正光へ変形し、この校正光は、処理チャンバ内で動作する紫外線を近似し、処理チャンバ内の方向および配置に影響されにくい。

光指向アセンブリ４３０を拡張部４２０に接続するか拡張部４２０の中に配置することができ、その中に、校正光を出口ポート４４０に向けるように配置された変向ミラー４３５などの光要素を封入することができる。光指向アセンブリ４３０および光変形要素は、例えば、均質化角度、レンズ系などが異なる拡散板を使用することにより、処理チャンバ内の異なる観測点または位置をシミュレートするように適応されてもよい。

メインボディ４１０および拡張部４２０によって、光学校正装置４００のさまざまな構成要素を保護する筐体を画定できる。光学校正装置４００を保護するために、筐体を金属などの剛性材料で作ることができる。筐体は、処理チャンバの光ビューポートに光を照射するために適した処理チャンバ内の特定の所定位置に光学校正装置４００を固定する取り付け機材もまた含むことができる。

光学校正装置４００は、リアパネルアセンブリであるインタフェースパネル４９０もまた含むことができ、このパネルは、光学校正装置４００の制御、電源供給、および、光学校正装置４００とのインタラクションを可能にするための特徴を含む。インタフェースパネル４９０は電源コネクタ、アナログおよびデジタル信号コネクタ、ディスプレイ、分光計の同期のための制御コネクタ、フラッシュパルスカウンタ、インターロックなどの特徴を含むことができる。フラッシュの回数、校正期限終了の警告、ロックアウト条件、エラーメッセージなどの情報を示すために、テキストディスプレイ４９２を使用することもできる。光学校正装置４００との通信は双方向であってもよく、伝送される情報は、未処理または処理済みのスペクトルデータまたは他の校正データを含んでもよい。

図５は、本開示の一実施形態による、光学校正装置５１０の方向を設定して処理チャンバ５２０内に取り付けるための構成を表す概略図５００を示す。光学校正装置５１０は、ウェーハペデスタル５３０とチャンバ蓋５４０の間の適切な位置で処理チャンバ５２０内に取り付けられてもよい。方向および位置は、光学校正装置５１０から放射された校正光５５０が運転中の処理チャンバ５２０内のプラズマの放射を近似し、ビューポート５６０を通して光学結合システム５７０の構成要素および分光計５８０へ放出されるようなものであってもよい。

光学校正装置５１０は、光学校正装置５１０が使用されるとき、毎回、ビューポートに対して同じ位置および角度で配置されることができる。処理チャンバ５２０内の光学校正装置５１０の位置（左右、上下、および角度）の変化は、ビューポート５６０および光学結合システム５７０を通した分光計５８０までの光経路に入る校正光の振幅およびスペクトルバランスに影響することがある。これらの位置変化の影響は、集光装置、すなわち分光計５８０への距離および、使用される集光装置のタイプにもまた、依存する。光学校正装置５１０は、光学校正装置５１０を処理チャンバ５２０に対して正確に位置決めして確実に固定するための取り付けハードウェアもまた含むことができる。取り付けハードウェアは、所望の測定精度および一貫性が確実に達成されるように、類似の処理チャンバ内で光学校正装置５１０の一貫した配置を提供するように構築されることができる。（少なくとも）分光計、結合用光学装置、ビューポート条件、チャンバ、および光源の組み合わせにより、任意の特定のチャンバの校正状態が定まる。製造時の構成要素の変異（同じタイプまたは同じ仕様であっても）によって、チャンバごとに校正状態が異なる構成要素を交換すると精密な校正ができなくなることがあるので、チャンバとチャンバの間で校正状態を正しく識別するために、これらの構成要素を追跡することができる。

図６は、本開示の原理によって構築された分光計の一実施形態のブロック線図を示す。分光計６００は、光学測定を行うように構成され、少なくとも３つの独立した構成要素、すなわち、光をスペクトルに分散させるための分光構成要素、スペクトル光を未処理のスペクトル強度データに変換するための光検出装置、ならびに、未処理のスペクトル強度データを光信号データに変換するための処理能力、ソフトウェアおよび／またはファームウェアを少なくとも含む。分光計６００は光検出装置６３０およびプロセッサ６４０を含む。分光計６００は、従来の分光計が含む、ユーザと通信するためのディスプレイなどの追加の構成要素を含むことができる。

光検出装置６３０は、スペクトル光を未処理のスペクトル強度データに変換する光学構成要素である。光検出装置６３０は、図１に示されるような光学結合システムに結合された入力ポート６１０を介して光を受け取るように構成される。

プロセッサ６４０は未処理のスペクトル強度データを、出力ポート６５０を介して後続のシステムまたは操作員に提供することのできる光信号データに変換するように構成される。プロセッサ６４０はまた、未処理のスペクトル強度データから光信号データを判断するようにも構成される。光信号データは、未処理で未校正の強度データまたは処理済みの強度データ（またはその、ある部分）であることができる。一実施形態では、光信号データは未処理のスペクトル強度データの２つのスペクトル線の強度比である。一実施形態では、プロセッサ６４０が、選択された波長の波長ピークの下の面積（すなわちピーク面積）を比較することによって強度比を判断する。いくつかの実施形態では、プロセッサ６４０のデータからピーク面積が判断される。選択されるスペクトルデータは、基準強度比を得るために光学校正装置３２０、４００、または５１０などの光源から生成されるか、または、動作強度比を得るために処理チャンバのプラズマから生成されることができる。いくつかの実施形態では、プロセッサ６４０はまた、選択された波長から判断した強度比に基づいて１対の処理チャンバの特性比を判断するようにも構成される。他の実施形態では、ローカル処理コントローラ、ツールコントローラ、またはマスタープロセスコントローラなどの別の処理システム装置が、分光計６００から監視データを受け取り、それに基づいて特性比を判断するように構成される。いくつかの実施形態では、その別の装置はまた、分光計６００から受け取った監視データからそれぞれの光信号データを判断するようにも構成されることができる。光信号データの収集、処理、および分析の詳細な例について、本明細書で下記に説明される方法と関連させて説明する。代替実施形態では、前述した処理は、分光計６００とは異なる、例えば図３のローカル処理コントローラ３６０などの外部のシステム、コンピューティング装置、プロセッサなどによって全体的または部分的に行われてもよい。

図７は、本開示の原理によって構築されたプラズマ処理チャンバのチャンバ特性評価装置７００の一実施形態のブロック線図を示す。チャンバ特性評価装置７００は、複数のプラズマ処理チャンバの間で一様な処理を得るために使用されるチャンバ調整信号を提供するように構成される。チャンバ特性評価装置７００のさまざまな構成要素の機能は、単一のコンピューティング装置に統合させることもできるし、または、複数のコンピューティング装置に分散させることもできる。チャンバ特性評価装置７００またはチャンバ特性評価装置７００の機能のいくつかの部分は、分光計、ローカル処理コントローラ、ツールコントローラ、ラインコントローラ、または指定されたコンピューティング装置の中に統合させることもできるし、または、それらの組み合わせの中に分散させることもできる。チャンバ特性評価装置７００は、パラメータ決定装置７１０およびチャンバ分析装置７２０を含む。

パラメータ決定装置７１０は、スペクトルデータを受け取り、そのデータから、処理チャンバの制御およびマッチングに有用な、マッチングパラメータなどのさまざまなパラメータおよび関連する値を決定するように構成される。プラズマ温度の特性を評価してマッチングさせる特定の例では、パラメータ決定装置７１０は、処理チャンバに関連する特定のスペクトル線の強度比を判断し、それに基づいて、プラズマ温度の状態を表す特性比を判断するように構成される。一実施形態では、パラメータ決定装置７１０は、基準チャンバについて２つの選択された波長の間の基準強度比（Ｒ１Ｌ）を計算し、また、基準チャンバについて２つの選択された波長の間の動作強度比（Ｒ１Ｃ）も計算する。同様に、パラメータ決定装置７１０は、第２のチャンバについて、同じ２つの選択された波長の間の基準強度比（Ｒ２Ｌ）および、第２のチャンバについて、同じ２つの選択された波長の間の動作強度比（Ｒ２Ｃ）を計算する。パラメータ決定装置７１０は、それらの強度比に基づいて２つのチャンバの特性比を判断する（Ｒ２１＝Ｒ２Ｃ／Ｒ１Ｃ×Ｒ１Ｌ／Ｒ２Ｌ）ようにさらに構成される。一実施形態では、パラメータ決定装置７１０は、分光計６００などの分光計からスペクトル強度データを受け取って、それらの比率を計算する。前述の例では特定の動作強度比および基準強度比が特定の波長域を使用して定められるが、これらの比率は、図１０Ｂの校正曲線１０５５、１０６０、１０６５および１０７０に関連して考察されるものなどの、利用可能な光信号データのいかなる部分を含んでもよい。さらに、前述した特性比は強度比の特定の数学的組み合わせを使用する。また、プラズマ温度以外のチャンバマッチングの測定基準をサポートするために、強度比のさまざまな部分の異なる組み合わせと他の光信号データを組み合わせてもよいことが理解されるべきである。

チャンバ分析装置７２０は、パラメータ決定装置７１０から受け取った特性比に基づいてチャンバ調節信号を提供するように構成される。チャンバ分析装置７２０はまた、チャンバ調節信号を決定するために使用されるチャンバ動作データも受け取る。基準チャンバと第２のチャンバの間で一様な処理を達成するために、第２のチャンバを、特性比または特定された他のパラメータを維持するように、チャンバ調節信号を使用して調整する。チャンバが（このパラメータ化に基づいて）マッチしたことを示す調和に特性比を近づけることなどの、指定された結果を達成するために、チャンバ分析装置７２０は、ニューラルネット、ＰＩＤ制御または他の方法を介して、関連する分光計およびチャンバコントローラと協調的に働いて、チャンバ動作パラメータを調節してもよい。調節信号は、ＲＦ電力設定などのプロセス制御パラメータとして幅広く定められてもよいし、処理条件およびマッチングに影響するシステム構成要素の修理または交換が必要であることを示す指示であってもよい。

図８は、本開示による、プラズマ処理チャンバ内で光学校正装置の方向を設定し、取り付け、動作させるための方法の一実施形態のフローチャートを示す。処理チャンバを、監視および校正を行うために光学系に結合することができる。図１の処理チャンバのうち１つなどの単一の処理チャンバに関連する光学系の校正のために、方法８００を、その処理チャンバと共に使用することができる。加えて、方法８００を図１のすべての処理チャンバに使用して、チャンバを１つ１つ校正することもできる。方法８００はステップ８０５で開始する。

方法８００は準備ステップ８１０に進み、光学校正装置の予備的なセットアップおよび設定があれば、ここでそれが行われてもよい。準備措置には、例えば、短時間の光信号ドリフトおよび／またはランプドリフトに起因する変動の可能性をなくすための、フラッシュランプなどの光源の「バーンイン」を含むことができる。次にステップ８２０で、光学校正装置のプラズマ処理チャンバへの配置または位置設定が決定される。配置を処理チャンバのビューポートに近接させ、光学校正装置から照射された校正光が、ビューポートで観測対象のプラズマを近似する空間および角度を限定できるようにすることができる。光学校正装置の処理チャンバ内の配置は、位置空間の選択肢および取り付けハードウェアに基づいて予め定められてもよい。次にステップ８３０で、光学校正装置がプラズマ処理チャンバ内に設置される。繰り返して校正を行うために、校正およびマッチングが望まれる複数の処理チャンバにわたって、どの設置についても一貫した位置および方向で光学校正装置を確実に取り付けることができる。前述したように、再配置を繰り返せるように、取り付けハードウェアを使用することができる。

ステップ８４０で、光学系の構成要素の設定が行われてもよい。設定には、例えば、ビューポート、光フィルタ、レンズおよび光ファイバの適切な据え付け、清掃および接続が含まれてもよい。光学系の構成要素の設定が校正と実際の使用の間で一貫していない場合には校正に悪影響が及ぶことがあるという点に留意すべきである。ステップ８５０に続いて、分光計などの光検出装置を、光学校正装置と共に使用するために設定してもよい。一実施形態では、分光計は光学校正装置の光源を、特定の強度レベルと、定められた期間内の特定のレートすなわち光源のフラッシュ回数でトリガするように構成されてもよい。

複数の実施形態で、光学校正装置の光源とやりとりをする分光計は、有利には、通常時に処理チャンバからのプラズマ放射を監視するものと同じ分光計である。異なる分光計を使用すると、チャンバ特性評価装置７００によって使用される方法が複雑になることがある。分光計はまた、光学校正装置からの光信号データ、処理制御情報および他の情報を照会し、照会への応答を使用して校正処理を支援してもよい。設定が終了すると、方法８００はステップ８６０に進み、ここで光信号データを収集してもよい。光信号データは、光源が飽和状態を回避するために必要な条件の下で動作しながら所望のどの波長でも十分な振幅をもつ信号を生成しているときに、特定回数、例えば１００回の光源のフラッシュの間に分光計によって収集された光スペクトルであってもよい。光信号の収集はまた、周囲光の存在下および、光信号の測定値が差異測定（フラッシュオンからフラッシュオフを減算）として行われ得る条件下で行われてもよい。

ステップ８７０で、測定された光信号データを基準光信号データと組み合わせて、校正される各系の補正値を決定してもよい。校正の１つの目標は、測定された光信号の強度データを、ある分光計によって記録された光信号強度をスケーリング／オフセットするための補正ベクトルの一部として使用することである。一般に、光学校正装置と「基準チャンバ」のどちらかに関連する基準スペクトルを使用して、測定されたスペクトルに対する基準スペクトルの比率を計算し、その比率をハードウェア内またはソフトウェア内に適用するとリアルタイムデータの補正が可能になり、リアルタイムのウェーハ処理またはチャンバマッチングのために有用である。特定の光学校正装置を使用する前に、その光学校正装置に関連する工場出荷時測定スペクトルが収集され、装置に記憶されてもよい。いくつかの実施形態では、分光計のツールコントローラまたはプロセッサが、その比率を決定するように構成されてもよい。また、別のコンピューティング装置が使用されてもよい。方法８００はステップ８８０で終了する。

図９は、本開示の原理によって行われる、処理チャンバの特性評価およびマッチングの処理の方法９００の一実施形態のフロー図を示す。方法９００を使用して、例えば、あるツール内の複数の処理チャンバ、異なるツール内の対応する処理チャンバ、または、１つもしくは複数のツール内のすべての処理チャンバのマッチングを行うこと、単一のチャンバの校正、および、必要な適用例に応じた他のチャンバマッチングの組み合わせを行うことができる。方法９００はステップ９０５で開始する。ステップ９１０で、ある処理チャンバ内でプラズマを生成し、このチャンバは既知の結果を達成するために、明確に所望されるとおりに実行する「基準」チャンバであってもよい。ステップ９２０で、ステップ９１０のチャンバに関連する分光計によってスペクトルを記録してもよい。ステップ９３０で、本明細書に開示される光学校正装置によって提供されるものなどの標準光源が同じチャンバ内を配置し、ステップ９４０でさらにスペクトルを記録する。ステップ９２０で記録したスペクトルを動作スペクトルと考え、ステップ９４０で記録したスペクトルを、本明細書で考察するとおりの校正スペクトルと考えてもよい。ステップ９５０で、光源からの校正スペクトルを使用してプラズマスペクトルを校正し、そのチャンバの校正値を決定してもよい。特定のシリアル番号に関連する光源の工場出荷時測定の校正スペクトルなどの情報を、光源と分光計の間で互いに転送することによって、スペクトルの校正を支援してもよい。方法９００は、チャンバマッチングが行われない場合には、このステップで終了する。この場合、校正データをその光源に関連するメモリ（例えば、光学校正装置のメモリなど）に格納し、分光計または、チャンバコントローラなどの別の場所に読み込んで、将来、このチャンバの動作スペクトルを校正するために使用することができる。

ステップ９６０で、所望の観測量（温度、圧力、濃度、エッチング速度など）のための調節またはマッチングのパラメータを求めるために、校正されたスペクトルを分析してもよい。ステップ９７０で、比較対象のチャンバの調節／マッチングのパラメータの間で比較を行ってもよい。調節／マッチングのパラメータで判断された差異に基づいて、ステップ９８０で、チャンバの動作条件を修正してもよい。方法９００はステップ９９０で終了する。

図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、本開示の原理により、図９の方法に関連して収集および処理される光信号データを示す１組のグラフである。図１０Ａのグラフ１０００は、工場出荷時測定の光源スペクトルと、チャンバ内に置かれた光源からの測定スペクトルをそれぞれ示す、スペクトル１０１０および１０２０を示す。工場出荷時測定の校正スペクトル１０１０は、スペクトルの記録を行う関連の分光計によって読み出されるように、光学校正装置内部に格納されてもよい。測定スペクトル１０２０はスペクトル１０１０とは異なっており、その差異は、比率計算および、その結果である図１０Ｂのグラフ１０５０の校正曲線１０５５によって決まる。スペクトル１０２０は、波長域のすべての部分にわたって減衰を示し、それは、例えば、ビューポイントの汚れまたは別の光学構成要素の損傷／摩耗、および、分光計が校正されていないことに起因することがある。

図１０Ｂのグラフ１０５０には、さらに校正曲線１０６０、１０６５、および１０７０が示されている。校正曲線はそれぞれ、チャンバ、校正光源、分光計および中間の光学要素の特定の組み合わせに関連してもよく、この組み合わせは全体的な測定対象の「系」を画定する。グラフ１０５０のスペクトルの収集に同じ分光計および光源が使用される場合（または、分光計および／または光源のスケーリングを排除するために追加の標準化に適応している場合）、校正曲線の差異は、光源と分光計の間の光学系構成要素が変更されたことを示し得る。例えば、スペクトル１０６５と１０７０を比較すると、全体的な形は類似しているが、相対振幅は約２０％異なる。この変化は、スペクトル１０６５に関連するチャンバではチャンバ内の光学開口部が小さくなってきていることを示し得る。図１０Ａから１０Ｃに関する考察が基準スペクトルデータの校正に特定のものであり、プラズマ処理から得られた動作スペクトルデータには関係しないことに留意すべきである。チャンバのマッチングと比較の全体を２つの処理に分割してもよく、それにより、校正または基準の分析と動作の分析を分離することができる。最初に校正分析を行ってもよく、これを有利に使用して、単一のチャンバについて、またはチャンバ間で、ハードウェアの差異または問題を判断してもよい。続いて、実測されたプラズマ光の動作分析を使用して、動作条件またはチャンバ間の差異をより明確に判断してもよい。

差異は手動で評価されてもよいし、チャンバコントローラ、ツールコントローラ、および／または、別の、ローカル処理コントローラなどの接続されたコンピュータ上で実行する自動アルゴリズムによって評価されてもよい。光信号データの自動評価は、複数チャンバにわたって複数のオペレータの間で手動による調節を行うことに比べて、有利に、より一貫的で手続き的な調節を可能にし、当て推量をなくし、変動を最小限に抑える。自動評価を元にして、操作員またはチャンバに対する特定の調節指示を作成できるはずであるから、手動または自動の調節を最適化することができる。

図１１の特定の例でさらに考察するように、図１０Ｃの表１０９０は、記録されたデータに校正を適用しなかった場合に結果として得られるピーク比の値のリストである。表１０９０には、チャンバの列と、関連するピーク比の列がある。チャンバの列には４つの異なるチャンバからのスペクトルがあり、ピーク比の列には対応するピーク比がある。図１１は、本開示の原理によって行われる、処理チャンバの特性評価およびマッチングの処理の方法１１００の一実施形態のフロー図である。方法１１００はステップ１１０５で開始する。

ステップ１１１０で、基準チャンバ内に標準光源を配置する。標準光源は光学校正装置であることができる。一実施形態では、標準光源は、チャンバ内でプラズマ光が生成される場所を近似して配置する。光は基準処理チャンバのビューポート窓および、集光装置を通過して、分光計の光ファイバに入る。

ステップ１１２０で、標準光源からの１つまたは複数のスペクトルを分光計によって記録する。線比に基づくパラメータのために、標準光源からのスペクトルを少なくとも２つの波長について分光計によって記録する。ステップ１１３０で、パラメータ決定のための処理方法を判断するために計算を行ってもよい。特定の例では、ステップ１１３０で、分光計によって記録された２つの波長についてピークの総面積を計算する。一実施形態では、標準光源に加えて、何らかの背景光および、他の光源からの光に対する補正も行う。

ステップ１１４０で、１対の線のピーク領域の基準強度比Ｒ１Ｌを計算する。ステップ１１５０で、ステップ１１１０に記載した様式で、第２のチャンバ内に標準光源を配置する。ステップ１１６０で基準強度比Ｒ２Ｌを決定する。Ｒ２Ｌの計算には、前述したＲ１Ｌの計算と同じ処理を使用する。

次にステップ１１７０で、基準チャンバ内にプラズマを生成する。次に基準チャンバＲ１Ｃのプラズマ強度比を、前述した、記録されたスペクトルのピークの総面積に基づいて計算する。次に、ステップ１１８０で、第２のチャンバＲ２Ｃのプラズマ強度比を、Ｒ１Ｃの決定に使用したものと同じ処理に従って判断する。ステップ１１９０で、基準強度比とプラズマ強度に基づいて特性比Ｒ２１を決定する。ステップ１１９５で、特性比Ｒ２１ができる限り１に近づくまで、第２のチャンバを調整する。ツールコントローラを使用して、特性比を１に維持するように第２のチャンバのプラズマのエネルギーレベルを調節してもよい。方法１１００はステップ１１９９で終了する。

「チャンバマッチング」を行うため、および、光放射の相対的または同一の既知の変化／条件を複数のチャンバ間で観測するための能力を使用して、複数の処理チャンバを一様に使用できるようにし、ならびに、そのパフォーマンス差を理解することができることが、本開示では認識される。マッチングパラメータを決定し、チャンバマッチングのために使用することができる。

結果として「標準」信号が得られる、さまざまな様式で校正を行ってもよい。例えば、それぞれが１つの分光計に関連する複数チャンバに単一の校正光源を使用する事例では、校正の結果が個別の補正ベクトルとなって、それぞれが、チャンバ／分光計の個々の対に関連していてもよい。この例では、観測される信号全体が、チャンバのために定められる標準信号の基準とされてもよいし、されなくてもよい。校正光源が複数ある場合は、各光源を１組の所定の校正データ（ある波長におけるスペクトル信号）に関連付けてもよく、それにより、光源の差異に関係する相対補正の決定を配慮することが可能になる。何らかの、観測または補正された信号レベルの関連性が、最終的に、ＮＩＳＴトレーサブルな基準光源などの定められた「基準」に関連付けられてもよいが、必須ではない。

前述した、または他の変更が、本明細書の範囲から逸脱することなく、本発明に記載される光学測定システムおよびそのサブシステムの中で行われてもよい。例えば、一定の例は半導体ウェーハ処理機器に関連して記載されているが、本明細書に記載される光学測定システムが、ロールツーロール方式薄膜処理、ソーラーセルの製作、フラットパネルディスプレイの処理、または高精度光学測定が要求され得る他の適用例などの他のタイプの処理機器に適応されてもよいことが理解されてもよい。さらに、本明細書で考察される一定の実施形態では、撮像分光器などの一般的な光分析装置を１台で使用することが記載されているが、相対感度が知られている複数の光分析装置を使用してもよいことが理解されるべきである。さらに、本明細書で本開示の態様を記載する際に、「ウェーハ」という用語を使用したが、水晶板、位相シフトマスク、ＬＥＤ基板、ならびに、他の非半導体処理に関連する基板およびワークピースが使用されてもよく、ワークピースには固体、気体、および液体のワークピースが含まれることが理解されるべきである。

本明細書に記載される実施形態は、本開示の原理および具体的な適用例を最もよく説明するように、かつ、当業者以外の人が、本開示を、さまざまな修正形態を有するさまざまな実施形態について、意図された使用方法に適するとして理解できるように選択され、記載されている。本明細書に記載される特定の実施形態は、本開示の範囲を制限することを意図するものでは決してなく、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなくさまざまな変形形態および環境で実施されてもよい。よって、本開示は、示された実施形態に制限されることは意図されず、本明細書に記載される原理および特徴に適合する最も広い範囲に一致することが意図される。

図の中のフローチャートおよびブロック線図は、本開示のさまざまな実施形態によるシステム、方法、およびコンピュータプログラム製品の実現可能な実装の構造、機能、および動作を示す。これに関して、フローチャートまたはブロック線図の中の各ブロックは、指定された論理的機能を実装するための１つまたは複数の実行可能命令を含むコードの、モジュール、セグメント、または一部分を表してもよい。いくつかの代替実装ではブロックに記された機能を図に示された順序を外れて行ってもよいことにもまた、留意すべきである。例えば、連続して示された２つのブロックを、実際にはほぼ同時に実行してもよいし、時には、関与する機能に応じてそれらのブロックを逆の順序で行ってもよい。また、ブロック線図および／またはフローチャート図の各ブロック、ならびに、ブロック線図および／またはフローチャート図のブロックの組み合わせを、指定された機能または動作を行う特定目的のハードウェアに基づくシステムによって、または、特定目的のハードウェアとコンピュータ命令の組み合わせによって実装できることにも、留意すべきである。

本明細書で使用される用語は特定の実施形態の記述のみを目的とし、本開示の制限を意図するものではない。本明細書で使用されるとき、単数形は、そうではないことが文脈によって明らかでない限り、複数形も含むと意図される。本明細書で使用されるとき、「含む」「備える」という用語は、述べられた特徴、完全体、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を明確に示すが、１つまたは複数の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素および／またはそれらのグループの存在を排除するものではない。

当業者には理解されるように、本開示は方法、システム、またはコンピュータプログラム製品として具体化されてもよい。したがって、本明細書に開示される特徴または、それらの特徴の少なくともいくつかは、全体がハードウェアである実施形態、全体がソフトウェアである実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、または、ソフトウェアとハードウェアの態様を組み合わせた実施形態の形をとってもよく、本明細書では、そのすべてを全体的に「回路」または「モジュール」と称する。さらに、本明細書に開示される特徴または、それらの特徴の少なくともいくつかは、媒体内に具体化されたコンピュータ利用可能プログラムコードをもつ非一時的コンピュータ使用可能ストレージ媒体上でコンピュータプログラム製品の形をとってもよい。

よって、開示される例のいくつかの部分は、さまざまなコンピュータ実装動作を行うためのプログラムコードを媒体上にもつ非一時的コンピュータ可読媒体を備えるコンピュータストレージ製品に関係してもよく、それらの動作は、本開示に明記される設備、装置の一部を具体化するか、または、本開示に明記される方法のステップを行う。本明細書で使用するとき、非一時的という表現は、一時的な伝播信号を除くすべてのコンピュータ可読媒体を指す。非一時的コンピュータ可読媒体には、ハードディスク、フロッピーディスク、および磁気テープなどの磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭディスクなどの光学媒体、フロプティカルディスクなどの光磁気媒体、ならびに、ＲＯＭおよびＲＡＭ装置などの、プログラムコードを格納および実行するために専用に構成されたハードウェア装置が含まれるが、これらに限定されない。プログラムコードの例には、コンパイラによって作成されるマシンコードと、インタープリタを使用してコンピュータによって実行されてもよい高レベルのコードを収容するファイルの両方が含まれる。

前述した、設備、システムまたは方法の一部分は、従来型などの、さまざまなデジタルデータプロセッサまたはコンピュータ内に具体化されるか、それらによって実行されてもよく、コンピュータは、方法の１つまたは複数のステップを実行する一連のソフトウェア命令から成る実行可能プログラムをプログラムされているか、格納する。そのようなプログラムのソフトウェア命令はアルゴリズムを表現してもよく、例えば、磁気もしくは光ディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ハードディスク、フラッシュメモリ、および／または読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）などの非一時的デジタルデータストレージ媒体上に機械実行可能な形式で符号化されて、さまざまなタイプのデジタルデータプロセッサまたはコンピュータが、前述した方法のうち１つもしくは複数、または本明細書に記載される機能、システム、もしくは設備の、１つまたは複数、あるいはすべてのステップを行えるようにしてもよい。

本明細書に開示されるとおりのシステムおよび方法を含め、本開示のさまざまな態様の請求が可能である。

本明細書に開示される態様には、下記のＡ〜Ｅが含まれる。

Ａ．光学校正装置であって、この装置は、（１）筐体と、（２）筐体内に置かれ、連続スペクトルをもつ光源光を提供するように構成された光源と、（３）筐体内に置かれ、光源光を、動作中の処理チャンバ内のプラズマ放射を近似する校正光へ変形するように構成された光変形要素とを含む。

Ｂ．特性評価システムであって、このシステムは、（１）ビューポートをもつプラズマ処理チャンバ内に配置された光学校正装置と、（２）ビューポートに結合され、光学校正装置により放射される校正光を受け取るように配置された光学結合システムと、（３）光学結合システムを介して光学校正装置に光学結合されており、測定された光信号のデータを生成および報告するように構成された分光計とを含み、このデータは、校正光と、プラズマ処理チャンバ、ビューポートおよび光学結合システムを通る校正光の伝播とに関連する。

Ｃ．プラズマ処理チャンバを特性評価する方法であって、この方法は、（１）ビューポートをもつプラズマ処理チャンバ内に光学校正装置を配置することと、（２）光学校正装置により放射される校正光を受け取るように配置された光学結合システムをビューポートに結合することと、（３）光検出装置を、光学結合システムを介して光学校正装置に結合することと、（４）測定された光信号のデータを生成および報告するように光検出装置を校正することとを含み、このデータは、校正光と、プラズマ処理チャンバ、ビューポートおよび光学結合システムを通る校正光の伝播とに関連する。

Ｄ．プラズマ処理チャンバを特性評価する方法であって、この方法は、（１）基準プラズマチャンバの第１の基準強度比および第１の動作強度比を判断することと、（２）第２のプラズマ処理チャンバの第２の基準強度比および第２の動作強度比を判断することと、（３）第１および第２の基準強度比ならびに第１および第２の動作強度比の数学的組み合わせを使用して、基準プラズマチャンバと第２のプラズマチャンバからの放射光の特性比を判断することとを含む。

Ｅ．チャンバ特性評価装置であって、この装置は非一時的コンピュータ可読媒体を含み、この媒体は一連の命令を媒体内に格納しており、この命令は実行されると、プロセッサに、（１）基準プラズマチャンバの第１の基準強度比および第１の動作強度比を判断させ、（２）第２のプラズマ処理チャンバの第２の基準強度比および第２の動作強度比を判断させ、（３）第１および第２の基準強度比ならびに第１および第２の動作強度比の数学的組み合わせを使用して、基準プラズマチャンバと第２のプラズマチャンバからの放射光の特性比を判断させる。

態様Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥのそれぞれは、下記の追加要素の１つまたは複数を組み合わせて有してもよい。
要素１：拡散板、遮光環、レンズ、ミラー、開口、フィルタおよび窓から成るグループから光変形要素が選択される。要素２：光源がキセノンフラッシュランプである。要素３：筐体内に論理回路が置かれ、光源の動作を制御するように、かつ外部システムと通信するように構成される。要素４：校正光が、プラズマ放射を提供して光検出装置により観測されたものと少なくとも等しい波長域、空間範囲および角度範囲をもつ。要素５：光源がフラッシュランプであり、光学校正装置が論理回路と光源に結合されたトリガアセンブリをさらに含み、トリガアセンブリがフラッシュランプにトリガ信号を提供するように構成される。要素６：トリガ信号が交互に切り替わるフラッシュオン信号とフラッシュオフ信号を含む。要素７：筐体がメインボディおよび拡張ボディを含み、光変形要素の少なくとも一部分が拡張ボディ内に置かれる。要素８：動作が半導体ウェーハ処理である。要素９：光信号データが、測定された光信号データからの２つ以上のスペクトルの一部分に基づく強度比を含む。要素１０：測定された光信号のデータを分光計が生成して報告するように構成され、このデータは、プラズマ光と、プラズマ処理チャンバ、ビューポートおよび光学結合システムを通るプラズマ光の伝播とに関連する。要素１１：光学結合システムが光ファイバケーブルを含み、分光計が光ファイバケーブルを介して校正光を受け取るための光学ポートを含む。要素１２：光学校正装置が、筐体と、筐体内に置かれた光源と、筐体内に置かれた光学変形要素とを含み、光源は連続スペクトルをもつ光源光を提供するように構成され、光変形要素は、光源光を、動作中のプラズマ処理チャンバ内のプラズマ放射を近似する校正光に変形するように構成される。要素１３：光学校正装置が論理回路をさらに含み、論理回路は筐体内に置かれ、光源の動作を制御するように、かつ外部システムと通信するように構成される。要素１４：光源がフラッシュランプであり、光学校正装置が、論理回路および光源に結合されたトリガアセンブリをさらに含み、トリガアセンブリはフラッシュランプにトリガ信号を提供するように構成される。要素１５：論理回路が、光学校正装置のための基準スペクトルを格納するメモリをさらに含む。要素１６：測定された光信号のデータを生成して報告するように光検出装置を構成することをさらに含み、このデータは、プラズマ光と、プラズマ処理チャンバ、ビューポートおよび光学結合システムを通るプラズマ光の伝播とに関連する。要素１７：基準プラズマ処理チャンバおよび第２のプラズマ処理チャンバの中に光学校正装置を置き、基準および第２のプラズマ処理チャンバのそれぞれの中で光学校正装置から校正光を生成することをさらに含む。要素１８：第１の基準強度比を判断することが、基準プラズマ処理チャンバ内の校正光から少なくとも１つのスペクトルを記録し、光信号データに基づいてマッチングパラメータを計算することを含む。要素１９：第１の動作強度比を判断することが、基準プラズマ処理チャンバ内でプラズマを生成し、基準プラズマ処理チャンバ内のプラズマから放射される光から少なくとも１つのスペクトルを記録し、光信号データに基づいてマッチングパラメータを計算することを含む。要素２０：特性比を使用して第２のプラズマ処理チャンバを調整することをさらに含む。要素２１：第１の基準強度比を判断するために、基準プラズマ処理チャンバ内の校正光から少なくとも１つのスペクトルを記録してマッチングパラメータを計算する命令を実行するようにプロセッサが構成される。要素２２：動作強度比を判断するために、基準プラズマ処理チャンバ内のプラズマから少なくとも１つのスペクトルを記録してマッチングパラメータを計算する命令を実行するようにプロセッサが構成される。要素２３：基準プラズマチャンバと第２のプラズマチャンバの間での一様な処理のために、特性比を使用して第２のプラズマチャンバを調整するチャンバ調節信号を提供する命令を実行するようにプロセッサが構成される。

１ 標準光源
１００ 処理ライン
１０１、１０２、１０３、１０４ ツール
１１０、１２０、１３０、１４０ 処理モジュール
１１２、１２２、１３２、１４２ 処理チャンバ
１１３、１２３、１３３、１４３ ビューポート
１１５、１２５、１３５、１４５ 光結合システム
１１６、１２６、１３６、１４６ 光カプラ
１１７、１２７、１３７、１４７ 光ファイバ
１１９、１２９、１３９、１４９ 分光計
１５０ ローカル処理コントローラ
１８０ ツールコントローラ
１９９ ラインコントローラ
３００ 特性評価システム
３１０ 処理チャンバ
３１２ ビューポート
３２０ 光校正装置
３２１ 通信回路
３２２ 光源
３２３ メモリ
３２４ 光変形要素
３２６ 論理回路
３２７ インタフェースパネル
３２８ 筐体
３３０ 分光計
３４０ チャンバコントローラ
３５０ 光結合システム
３５２ 光カプラ
３５４ 光ファイバケーブル
３６０ ローカル処理コントローラ
４００ 光校正装置
４１０ メインボディ
４２０ 拡張部
４３０ 光指向アセンブリ
４３５ 変向ミラー
４４０ 出口ポート
４５０ 光源
４６０ ランプトリガアセンブリ
４７０ 論理回路
４８０、４８２ 遮光環
４８４ 拡散板
４９０ インタフェースパネル
４９２ テキストディスプレイ
５１０ 光校正装置
５２０ 処理チャンバ
５３０ ウェーハペデスタル
５４０ チャンバ蓋
５５０ 校正光
５６０ ビューポート
５７０ 光結合システム
５８０ 分光計
６００ 分光計
６１０ 入力ポート
６３０ 光検出装置
６４０ プロセッサ
６５０ 出力ポート
７００ チャンバ特性評価装置
７１０ パラメータ決定装置
７２０ チャンバ分析装置

Claims (19)

1. 処理チャンバに関連する光信号のチャンバ内校正のための光学校正装置であって、
   筐体と、
   前記筐体内に置かれ、連続スペクトルをもつ光源光を提供するように構成された光源と、
   前記筐体内に置かれ、前記光源光を、動作中の前記処理チャンバ内のプラズマ放射を近似する校正光へ変形するように構成された光変形要素とを備える
   光学校正装置。
2. 前記光変形要素が、拡散板、遮光環、レンズ、ミラー、開口、フィルタ、および窓から成るグループから選択される、請求項１に記載の光学校正装置。
3. 前記光源がキセノンフラッシュランプである、請求項１に記載の光学校正装置。
4. 前記校正光が、プラズマ放射を提供して光検出装置により観測されるものと少なくとも等しい波長域、空間範囲および角度範囲をもつ、請求項１に記載の光学校正装置。
5. 前記筐体内に置かれ、前記光源の動作を制御するように、かつ、外部システムと通信するように構成された論理回路をさらに備える、請求項１に記載の光学校正装置。
6. 前記光源がフラッシュランプであり、前記光学校正装置が前記論理回路および前記光源に結合されたトリガアセンブリをさらに含み、前記トリガアセンブリが前記フラッシュランプにトリガ信号を提供するように構成される、請求項５に記載の光学校正装置。
7. 前記トリガ信号が、交互に切り替わるフラッシュオン信号およびフラッシュオフ信号を含む、請求項６に記載の光学校正装置。
8. 前記筐体がメインボディおよび拡張ボディを含み、前記光変形要素の少なくとも一部分が前記拡張ボディ内に置かれる、請求項１に記載の光学校正装置。
9. 前記動作が半導体ウェーハ処理である、請求項１に記載の光学校正装置。
10. プラズマ処理チャンバのための特性評価システムであって、
    ビューポートをもつプラズマ処理チャンバ内に配置された光学校正装置と、
    前記ビューポートに結合され、前記光学校正装置により放射される校正光を受け取るように配置された光学結合システムと、
    前記光学校正装置に前記光学結合システムを介して光学的に結合されており、かつ、測定された光信号のデータを生成および報告するように構成された分光計とを備え、前記データが、前記校正光と、前記プラズマ処理チャンバ、前記ビューポート、および前記光学結合システムを通る前記校正光の伝播とに関連する、
    特性評価システム。
11. 前記光信号データが、測定された光信号データからの２つ以上のスペクトルの一部分に基づく強度比を含む、請求項１０に記載の特性評価システム。
12. 前記分光計が、測定された光信号のデータを生成および報告するように構成されており、前記データが、プラズマ光と、前記プラズマ処理チャンバ、前記ビューポートおよび前記光学結合システムを通る前記プラズマ光の伝播とに関連する、請求項１０に記載の特性評価システム。
13. 前記光学結合システムが光ファイバケーブルを含み、前記分光計が前記光ファイバケーブルを介して前記校正光を受け取るための光学ポートを含む、請求項１０に記載の特性評価システム。
14. 前記光学校正装置が、
    筐体と、
    前記筐体内に置かれ、連続スペクトルをもつ光源光を提供するように構成された光源と、
    前記筐体内に置かれ、前記光源光を、動作中の前記処理チャンバ内のプラズマ放射を近似する前記校正光へ変形するように構成された光変形要素とを含む、
    請求項１０に記載の特性評価システム。
15. 前記光源がキセノンフラッシュランプである、請求項１４に記載の特性評価システム。
16. 前記光変形要素が、拡散板、遮光環、レンズ、ミラー、開口、フィルタ、および窓から成るグループから選択される、請求項１４に記載の特性評価システム。
17. 前記光学校正装置が前記筐体内に置かれた論理回路をさらに含み、前記論理回路が、前記光源の動作を制御するように、かつ、外部システムと通信するように構成される、請求項１４に記載の特性評価システム。
18. 前記光源がフラッシュランプであり、前記光学校正装置が前記論理回路および前記光源に結合されたトリガアセンブリをさらに含み、前記トリガアセンブリが前記フラッシュランプにトリガ信号を提供するように構成された、請求項１７に記載の特性評価システム。
19. 前記論理回路が前記光学校正装置のための基準スペクトルを格納したメモリをさらに含む、請求項１７に記載の特性評価システム。