JP2024012193A - 半導体プロセスのための光学機器の障害検出及び動作即応性のためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体プロセスのための光学機器の障害検出及び動作即応性のためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】本開示は、光学機器、たとえば、プロセス制御機器／センサ、で、その光学機器が適切に動作していないときに、プロセスをモニタすることよりも制御可能なプロセスのモニタリングを開始しないことの方が良いと認識する。１つの態様において、本開示は、光学機器の動作状態の評価及び検証のためのシステムを提供する。１つの実例において、システムは、（１）積分光源と、（２）積分光源から光を集めるための光学センサと、（３）積分光源及び光学センサを制御するコントローラと、（４）光から取得された収集された光信号データを処理する及び動作状態を示すメトリックを導出するためのプロセッサとを含む。【選択図】図７

Description

本出願は、本出願で一般に与えられる及び参照によりその全部が本明細書に組み込まれている、２０２２年７月１５日にＡｎｄｒｅｗ Ｗｅｅｋｓ Ｋｕｅｎｙらによって出願された、発明の名称が「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｆａｕｌｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ Ｒｅａｄｉｎｅｓｓ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ」の米国仮出願第６３／３８９，４９８号の優先権を主張するものである。

本開示は、概して光学分光システム及び使用方法に関し、より詳細には、半導体プロセスをモニタするために使用される光学機器の使用の障害検出及び即応性に関する。

半導体プロセスの光学モニタリングは、エッチング、堆積、化学機械研磨及び注入などのプロセスを制御するための確立された方法である。光学発光分光法（ＯＥＳ：ｏｐｔｉｃａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）及び干渉法エンドポイント（ＩＥＰ：ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ ｅｎｄｐｏｉｎｔ）は、データ収集の動作のモードの２つの基本タイプである。ＯＥＳ適用では、プロセスから、通常はプラズマから、放射された光は、モニタされているプロセスの状態又は前進を示す原子及び分子種の変化を識別及び追跡するために、収集及び分析される。ＩＥＰ適用では、光は、通常は、外部源、たとえば、フラッシュ・ランプ、から供給され、ワークピースに向けられる。ワークピースから反射したとき、供給される光は、ワークピースの状態を示す、ワークピースの反射率の形で、情報を運ぶ。ワークピースの反射率の抽出及びモデリングは、数ある特性の中で膜の厚さ及び形状サイズ／深度／幅の理解を可能にする。

米国特許第７，０４９，１５６号明細書

１つの態様において、本開示は、光学機器の動作状態の評価及び検証のためのシステムを提供する。１つの実例において、システムは、以下を含む：（１）積分光源と、（２）積分光源から光を集めるための光学センサと、（３）積分光源及び光学センサを制御するコントローラと、（４）光から取得された収集された光信号データを処理する及び動作状態を示すメトリックを導出するためのプロセッサ。

もう１つの態様において、本開示は、光学機器の動作状態を評価する方法を提供する。１つの実例において、評価の方法は、以下を含む：（１）光学機器の積分光源の異なる照明条件の下で微分光学スペクトルから差スペクトルを取得することと、（２）差スペクトルを分析して、動作状態を示すメトリックを導出すること。

さらに別の態様において、本開示は、動作を実行するためにそれにより開始されたときに１つ又は複数のプロセッサの動作を指示する非一時的コンピュータ可読媒体に記憶された一連の動作命令を有するコンピュータ・プログラム製品を提供する。１つの実例において、動作は、以下を含む：（１）光学機器の積分光源の異なる照明条件の下で得られた微分光学スペクトルから検査差スペクトルを取得すること、及び（２）検査差スペクトルを基準差スペクトルと比較することによって検査差スペクトルを分析すること、そこで、検査差スペクトルは、光学機器の製造の後に取得され、基準差スペクトルは、光学機器の製造中に取得される。

さらに別の態様において、本開示は、分光計を提供する。１つの実例において、分光計は、以下を含む：（１）光学センサ、（２）光学センサを照らすために置かれた積分光源、及び（３）動作を実行する１つ又は複数のプロセッサ。動作は、積分光源を操作することと積分光源がオンであること及び積分光源がオフであることに対応する微分光学スペクトル・データを処理することとによって分光計の機能評価を実行することを含む。

添付の図面と併せて、以下の記述をここで参照する。

ＯＥＳ及び／又はＩＥＰを使用して半導体プロセス・ツール内のプラズマ又は非プラズマプロセスの状態をモニタ及び／又は制御するためのシステムのブロック図を示す。 本開示による、分光計及び特定の関連システムのブロック図を示す。 本開示による、半導体プロセス中の光学機器への入射である可能性のある典型的なＯＥＳ及びＩＥＰ光学スペクトルのプロットを示す図である。 本開示による、光学機器検査のために使用され得る光源の代表的スペクトルのプロットを示す図である。 本開示による、照明を当てた及び暗い検査データの代表的スペクトルのプロットを示す図である。 本開示による、検査データの代表的差スペクトルのプロットを示す図である。 本開示による、光学機器の障害検出及び即応性検査の例示的方法の流れ図を示す。 本開示の原理による光学機器の機能健康評価を実行するように構成された計算デバイスの一実例を示す図である。

以下の記述では、その一部を形成する、及び発明が実施され得る特定の実施例が実例としてそこに示された、添付の図面が参照される。これらの実施例は、発明を当業者が実施することを可能にするために十分に詳しく説明されており、他の実施例が使用され得るということを理解されたい。構造、手続き及びシステムの変更が、本発明の真意及び範囲を逸脱せずに行われ得る、ということもまた理解されたい。したがって、以下の記述は、制限的な意味で理解されるべきではない。説明を明確にするために、添付の図面に示される類似の特徴は、類似の参照番号で指示されており、図において代替実施例で示されるような類似の特徴は、類似の参照番号で指示されている。本発明の他の特徴が、添付の図面から及び以下の詳細な記述から明らかとなろう。説明を分かりやすくするために、図中のある特定の要素は正確な縮尺率ではないことがある、ということに留意されたい。

より速いプロセス、より小さな形状サイズ、より複雑な構造、より大きなウエハ、及びより複雑なプロセス化学に向けた半導体プロセスの絶え間ない前進は、プロセス・モニタリング技術に大きな要求を突き付ける。たとえば、より高いデータ・レートは、オングストロームにおける変化（少数の原子層）がフィン電界効果トランジスタ（ＦＩＮＦＥＴ）及び３次元ＮＡＮＤ（３Ｄ ＮＡＮＤ）構造などに重要である、非常に薄い層ではるかに速いエッチング・レートを正確にモニタすることを求められる。より広い光学帯域幅及びより大きな信号対ノイズが、反射率及び光放射のいずれか／両方の小さな変化を検出するのに役立つようにＯＥＳ及びＩＥＰ方法論の両方について多くの場合に必要とされる。プロセス機器が、それ自体、より複雑で高価になるので、コスト及びパッケージ・サイズもまた、一定した圧力下にある。これらの要件のすべてが、半導体プロセスの光モニタリングの性能を高めようとする。ともかく、ＯＥＳ方法論のために又はＩＥＰ方法論のために、受信された光学データを電気的データに確実に、矛盾なく及び正確に変換する光学機器の能力は、半導体プロセスの制御及びモニタリングのための重要な態様である。

半導体プロセスの高いコスト、半導体ウエハの高い価値、及び処理の安全要件は、そのようなプロセスをモニタ及び制御するために使用される光学機器に厳しい要求を突き付ける。したがって、半導体プロセスをモニタ又は制御するための光学機器の即応性の評価及び検証は、重大な機能であり、光学機器の複数のサブシステムの詳細な評価を含み得る。分光計、モノクロメータ、及び、光の複数の波長を処理する他の光学デバイスは、半導体プロセスをモニタために使用される光学機器の実例である。本明細書で提供される様々な実例において、分光計は、光学機器の非制限的実例として使用される。

本開示は、分光計が適切に動作していないとき、プロセス制御機器／センサとして、その分光計でそのプロセスをモニタするよりも制御可能なプロセスのモニタリングを開始しないことの方がよいと認識する。したがって、本開示は、半導体プロセスをモニタするために使用される前に分光計が適切に機能していることをチェックするための新しい特徴に関する。新しい特徴は、本明細書で提供される実例で開示されるものとしての方法、システム、及び計算デバイスにおいて実装され得る。たとえば、開示される方法は、知られている光源を使用して分光計の動作機能性を決定する差分検査を含む。知られている光源は、分光計のセンサを照らすために置かれた、安定した、制御可能な光源（たとえば、オン及びオフにする並びに／又は強度を調整することが可能な）である。制御可能な光源は、センサを直接照らす又は照らさないように置かれ得る。制御可能な光源は、分光計内に挿入する（又は部分的に挿入する）或いは分光計の外に置くことができる。制御可能な光源を参照して本明細書で使用されるものとしての統合は、分光計に対して内部、外部、又は部分的に内部／外部に置かれることを含む。本明細書で積分光源とも称される、制御可能な光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、白熱光源、或いは、差動的に制御され得る（たとえば、オン及びオフにする並びに／又は強度を調整することが可能な）別のタイプの光源でもよい。緑色ＬＥＤが、本明細書で開示される様々な実例において制御可能な光源の実例として使用される。

プロセス・ツール内の半導体プロセスの状態のモニタリング及び評価に特に関して、図１は、ＯＥＳ及び／又はＩＥＰを使用して半導体プロセス・ツール１１０内のプラズマ又は非プラズマ・プロセスの状態をモニタ及び／又は制御する実例プロセス・システム１００のブロック図を示す。半導体プロセス・ツール１１０、又は単純にプロセス・ツール１１０、は、一般に、様々なプロセス・ガスを含み得る室１３５の通常は部分的に真空の体積でウエハ１２０及び場合によりプロセス・プラズマ１３０を含んでいる。プロセス・ツール１１０は、様々なロケーション及び向きにおける室１３５の観測を可能にするために、１つ又は複数の光学インターフェース、或いは単純にインターフェース、１４０、１４１及び１４２を含み得る。インターフェース１４０、１４１及び１４２は、光学フィルタ、レンズ、窓、開口部、光ファイバなどの、しかしこれらに制限されない、複数のタイプの光学要素を含み得る。

ＩＥＰ適用について、光源１５０は、直接に又は光ファイバ・ケーブル組立部品１５３を介してインターフェース１４０と接続され得る。この構成において示すように、インターフェース１４０は、ウエハ１２０の表面に垂直に向けられ、しばしばウエハ１２０に関して中心に置かれる。光源１５０からの光は、平行ビーム１５５の形で室１３５の内部体積に入り得る。ウエハ１２０から反射したビーム１５５は、インターフェース１４０によって再受信され得る。一般的適用において、インターフェース１４０は、光コリメータでもよい。インターフェース１４０による受信に続いて、光は、検出及びデジタル信号への変換のために分光計１６０に光ファイバ・ケーブル組立部品１５７を介して転送され得る。光は、供給及び検出された光を含むことができ、たとえば、深紫外線（ＤＵＶ）から近赤外線（ＮＩＲ）の波長範囲を含み得る。対象の波長が、波長範囲の任意の部分範囲から選択され得る。より大きな回路基板について、又はウエハ非均一性の理解が関心事である場合、通常はウエハ１２０と方向付けられた追加の光学インターフェース（図１に示さず）が、使用され得る。処理ツール１１０はまた、他のモニタリング・オプションのための異なるロケーションに置かれた追加の光学インターフェースを含むことができる。

ＯＥＳ適用について、インターフェース１４２は、プラズマ１３０からの光放射を集めるように方向付けられ得る。インターフェース１４２は、単純にビューポートでもよく、又はレンズ、鏡及び光学波長フィルタなどの他の光学部品を追加で含み得る。光ファイバ・ケーブル組立部品１５９は、任意の集められた光を検出及びデジタル信号への変換のために分光計１６０に向けることができる。分光計１６０は、検出及び変換のためのＣＣＤセンサ及び変換器を含むことができる。図２のセンサ２５０は、分光計１６０と使用され得るセンサの一実例を提供する。複数のインターフェースは、ＯＥＳ関連光信号を集めるために、個別に又は並行して使用され得る。たとえば、図１に示すように、インターフェース１４１は、ウエハ１２０の表面の近くからの放射を集めるように位置付けられ得、一方、インターフェース１４２は、プラズマ１３０の大部分を見るために位置付けられ得る。

多数の半導体処理適用において、ＯＥＳ及びＩＥＰ光信号の両方を集めることが一般的であり、この収集は、分光計１６０を使用するための複数の問題を与える。通常はＯＥＳ信号は、時間において連続しており、その一方で、ＩＥＰ信号は、時間において連続的又は個別のいずれか／両方でもよい。プロセス制御は、ＯＥＳ及びＩＥＰ信号の両方の小さな変化の検出をしばしば必要とし、いずれかの信号の固有の変動は、他方の信号の変化の観測を隠し得るので、これらの信号の混合は、多数の難点を引き起こす。たとえば、信号タイミング同期化、較正及びパッケージングのコスト、複雑さ、不便のため、各信号タイプの複数の分光計をサポートすることは有利ではない。

分光計１６０による受信光信号の検出及びアナログ電気信号への変換の後、アナログ電気信号は、通常は、分光計１６０のサブシステム内で増幅及びデジタル化され、信号プロセッサ１７０に渡される。信号プロセッサ１７０は、たとえば、１つ又は複数のアルゴリズムを使用して出力１８０、たとえば、特定の波長の強度又は２つの波長帯の比率を表すアナログ又はデジタル制御値など、を生み出す、産業用ＰＣ、ＰＬＣ又は他のシステムでもよい。別個のデバイスの代わりに、信号プロセッサ１７０は、別法として分光計１６０と統合され得る。信号プロセッサ１７０は、所定の波長で放射強度信号を分析する及びプロセスの状態に関連する傾向パラメータを決定するＯＥＳアルゴリズムを使用することができ、その状態、たとえば、エンドポイント検出、エッチング深度など、にアクセスするために使用され得る。ＩＥＰ適用について、信号プロセッサ１７０は、スペクトルの広帯域幅部分を分析して膜の厚さを決定するアルゴリズムを使用することができる。たとえば、参照によって本明細書に組み込まれる特許文献１を参照されたい。出力１８０は、プロセス・ツール１１０の室１３５内で生じる生産プロセスをモニタ及び／又は修正するために通信リンク１８５を介してプロセス・ツール１１０に転送され得る。

図１の図示及び記述された構成要素は、便宜上単純化されており、一般に知られている。共通の機能に加えて、分光計１６０又は信号プロセッサ１７０はまた、定常及び過渡の光及び非光信号を識別する並びに本明細書で開示される方法及び／又は特徴に従ってこれらの信号を処理するように構成され得る。そのようなものとして、分光計１６０又は信号プロセッサ１７０は、光信号及びそこから抽出された時間的傾向を識別及び処理するために、アルゴリズム、処理能力、及び／又はロジックを含み得る。アルゴリズム、処理能力、及び／又はロジックは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はその任意の組合せの形を取り得る。アルゴリズム、処理能力、及び／又はロジックは、１つの計算デバイス内にあり得る、又は複数のデバイス、たとえば、分光計１６０及び信号プロセッサ１７０、にわたって分散され得る。分光計１６０、信号プロセッサ１７０、又はその組合せはまた、本明細書で開示されるものとしての機能健康評価を開始又は制御する付加的機能を実行するように構成され得る。したがって、アルゴリズム、処理能力、及び／又はロジックは、１つの計算デバイス、たとえば分光計１６０、内にあり得る、又は、機能健康評価を実行するために、複数のデバイスに分散され得る。たとえば、方法７００のステップのうちの少なくともいくつかによる動作命令が、分光計１６０の動作状態の評価及び検証のために、１つ又は複数のデバイス、たとえば、分光計１６０と関連するメモリ、信号プロセッサ１７０と関連するメモリ、に記憶され得る、又は、それらの間で分散され得る。図２の分光計２１０は、動作命令が記憶され得るデバイスのうちの１つの一実例を提供する。そのようなものとして、プロセス・システム１００はまた、分光計１６０と統合された本明細書で開示されるものなどの制御可能な光源を含む。制御可能な光源１６１は、分光計１６０のセンサを照らす（直接又は間接的に）ためのそのような積分光源の一実例を提供する。制御可能な光源１６１は、分光計１６０内に位置する。分光計の外部に置かれた制御可能な光源の一実例は、図２に示された制御可能な光源２３１である。

図２は、本開示の原理による、分光計２１０及び特定の関連システムを含む例示的光学システム２００のブロック図である。分光計２１０は、半導体プロセスからの光信号の測定、特徴描写、分析、及び処理に有利な本明細書で開示されるシステム、特徴、及び方法を組み込むことができ、図１の分光計１６０に関連し得る。分光計２１０は、光信号を外部光学部品２３０から、たとえば、光ファイバ・ケーブル組立部品１５７又は１５９を介して、受信することができ、たとえば、動作のモードを選択すること又は本明細書で定義されるような統合タイミングを制御することによって、分光計２１０を制御するためにも使用され得る、外部システム２２０へのデータ、たとえば、図１の出力１８０、を、統合及び変換に続いて、送ることができる。外部光学部品２３０は、たとえば、制御可能な光源２３１によって表される、制御可能な光源を含むことができる。別法として、制御可能な光源２３２は、より具体的には、光学構成要素２４５に関する適切な配置によって分光計２１０と統合され得る。分光計２１０は、超小型組立部品（ＳＭＡ：ｓｕｂｍｉｎｉａｔｕｒｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）又はフェルール・コネクタ（ＦＣ：ｆｅｒｒｕｌｅ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）光ファイバコネクタ或いは他の光学機械インターフェースなどの光学インターフェース２４０を含み得る。ＣＣＤ読み取り手続きが、それぞれのチャネルを正確に隔離し得るように、光学機械インターフェースは、分光計の入力に対するファイバ・アレイの向きを制御する。スリット、レンズ、フィルタ及び格子などのさらなる光学構成要素２４５が、受信光信号を形成し、誘導し、及び色に関して分ける並びに統合及び変換のためにそれらをセンサ２５０に向かわせるように作用し得る。

センサ２５０の低レベルの機能が、ＦＰＧＡ２６０及びプロセッサ２７０などの要素によって、制御され得る。光から電気への変換に続いて、アナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器２８０に向けられ得、即座の又は後の使用及び送信、たとえば、外部システム２２０（図１の信号プロセッサ１７０を参照）への、のためにメモリ２９０に次いで記憶され得る電気デジタル信号に電気アナログ信号から変換され得る。分光計２１０はまた、通常は分光計と含まれる従来のＡＣ又はＤＣ電源になり得る、電源２９５に含まれる。

ある特定のインターフェース及び関係が、矢印で示されているが、すべての相互作用及び制御関係は、図２には示されていない。図３～図５に示されたスペクトル・データは、たとえば、図７のプロセス７００に従って、並びにメモリ／ストレージ２９０、ＦＰＧＡ２６０、プロセッサ２７０及び／又は外部システム２２０のうちの１つ又は複数の内で又はそれによって、収集、記憶、及び／又は作用され得る。メモリ／ストレージ２９０、ＦＰＧＡ２６０、プロセッサ２７０、及び／又は外部システム２２０は、本明細書で開示されるような機能健康評価を開始又は制御するためのアルゴリズムに対応する処理能力、ロジック、及び／又は動作命令が、記憶され得る、実例を提供する。分光計２１０

プロセス即応性の機能健康評価及び検証のために、光学機器の複数の機能性が、個々に又は組み合わせて検査される。これらのサブシステム及び機能性は、主電源、システムＩ／Ｏ電源、プロセッサ電源、ＦＰＧＡ電源、プロセッサブート機能性、ＦＰＧＡブート機能性、システムクロック動作、イーサネット（登録商標）又は他の接続リンク、Ａ／Ｄ電源、Ａ／Ｄデータ進路動作、ＰＰＩポートデータ機能性、基本ＣＣＤクロッキング動作、データ統合時間機能性、冷却ファン動作、動作温度検証、アクセサリ光源利用可能性及び動作状況、並びに光信号ノイズ署名を含むが、これらに制限されない。１つ又は複数の実例において、複数の機能性が、検査されなければならない。加えて、ある特定の機能性は、基準として使用され得る光信号の知識なしに評価及び検証されないことがある。基準光信号を提供し得る光信号ソースの実例としては、制御可能な光源２３１及び２３２、光源１５０、並びに／又はプラズマ１３０が挙げられる。これらのソースは、光学機器の機能評価に役立つ光信号を提供するために、個々に、順次に又は組み合わせて使用され得る。これらの機能性は、ＣＣＤ電源、クロック運転者動作、及びＣＣＤ信号チェーン構成要素の機能性を含むが、これらに制限されない。

光学機器の１つの一次機能性は、光学データを収集し、処理し、半導体制御システムに送信することなので、本開示は、適切に設計された機能検査は、可変入射光学照明のポテンシャルの下でも、前述のサブシステムの有意な部分を評価及び検証するのに十分であり得る、ということを認識する。図３は、半導体プロセス中に、光学機器、たとえば、図１又は２の分光計１６０又は２００、に入射し得る典型的なＯＥＳ（スペクトル３３０）及びＩＥＰ（スペクトル３２０）光学スペクトルのプロット３００を提供する。そのようなものとして、スペクトル３２０及びスペクトル３３０は、予期される及びモニタリング中のセンサの照明を提供する及び光学機器のプロセス即応性を決定するときに考慮される、入射光を表す。光学機器、たとえば分光計１６０、は、プラズマの作成（たとえば、スペクトル３３０をもたらす）及び／又は間接的に光源１５０の動作（たとえば、スペクトル３２０をもたらす）も制御するシステム１００と統合されるので、スペクトル３２０又はスペクトル３３０が、光学機器によって提供、作成、及び受信されていないとき、光学機器は、機能評価を実行することを決定し得る又は実行するように指示され得る。光学機器はまた、処理システムの外部の白熱、ＬＥＤ、及び蛍光照明などの１つ又は複数の他のソースからの低制御の又は制御しにくい周囲光にさらされ得る。周囲光は、たとえば、光学インターフェース１４１を介してプロセス室１３５に入ることができ、分光計１６０のセンサに入射し得る。期待される入射光、たとえば、スペクトル３２０及びスペクトル３３０、によるセンサの照明と意図的でない光、たとえば、周囲光、による照明とを区別することは、有益になり得る。

光学機器との安定した及び制御可能な光源の統合は、可変照明の問題を避ける及び前述のサブシステムのうちのすべてではないが少なくとも複数の評価を支える、微分光学スペクトルの収集を支える。微分光学スペクトルは、１）制御可能な光源がオンであるとき及び２）制御可能な光源がオフであるときなどの異なる照明条件の下で取得される光学スペクトルである。微分光学スペクトルは、差スペクトルを得るために、処理される。処理は、本明細書で論じられるような様々なスペクトルの単純な差を計算することを含むことができる。結果として得られる差スペクトルは、そのとき、制御された光源への並びに制御されていない周囲及び外部光源を条件としない光学機器の応答を表す。製造の時間に収集及び記憶された基準差スペクトルと任意のその後に収集された差スペクトルとの間の変化は、光学機器のプロセス即応性の状態又は程度の指示を提供することができる。本明細書で使用される検査差スペクトルは、製造後に集められる差スペクトルの一実例である。別法として又は基準差スペクトルとの比較に加えて、比較が、複数のその後に集められた異なるスペクトルの間で行われ得る。たとえば、光学機器の初期セットアップにおいて得られた差スペクトルは、初期セットアップの後にモニタされるプロセスのある特定の時間量又はプロセスの数において得られた差スペクトルと比較される。そのような製造後の差スペクトル及び比較は、光学機器の動作変動及び動向に関する様々な指示を提供し得る。

図３のプロット３００は、波長単位におけるｘ軸と信号カウント単位のｙ軸とを有する。図４、５、及び６もまた、波長単位におけるｘ軸と信号カウント単位のｙ軸とを有する。図４は、光学機器検査のために使用され得る光源の代表的スペクトルを示す。図５は、差スペクトルを決定するために処理され得る光学スペクトル５２０及び５３０の実例を提供し、図６は、差スペクトル６２０及び６３０の実例を提供する。

図４は、光学機器検査のために使用され得る、光源の代表的スペクトル、トレース４２０及びトレース４３０を含む、プロット４００を示す。トレース４２０は、それが光学センサ、たとえば、ＣＣＤ、を直接に照らすように、光学機器内に位置付けられた光源、たとえばＬＥＤ、のスペクトルを表す。したがって、直接照明のため、特定のスペクトル情報は、入手不可能である。トレース４３０は、ソースのスペクトル特徴が明白であるように光学機器内に位置付けられることを除いて、同じＬＥＤ、たとえば緑色又は赤色ＬＥＤ、の別のスペクトルを表す。ＬＥＤは、光の色彩の分離が、たとえば格子又はプリズムより前に、生じるように、機器の光学進路内に位置付けられ得る。たとえば、センサを直接照らすように置かれるのではなくて、スペクトル特質が決定され得る場所に光源を置くことの１つの可能な利益は、光学スペクトル波長較正がより容易に評価され得るということである。それが色に関して特徴付けられ得る、狭帯域光源を提供することの付加的利益は、結果として得られるスペクトルが、光が存在するか排除されるかを前もって決定されることになる特定の波長領域（光学センサの特定の物理領域に関連する）（すなわち、図２のセンサ２５０又は図１のセンサ１６０などのセンサの照らされた及び暗い領域）を含む、ということである。

図５は、ＣＣＤを直接照らす積分光源で集められたスペクトル５２０とＣＣＤを照らさない積分光源で集められたスペクトル５３０とのプロット５００を示す。スペクトル５２０及び５３０の両方において、周囲蛍光性光が、存在する。スペクトル５２０及び５３０は、製造中に集められ得、後で参照（たとえば、比較）するために記憶され得る、又は後のいつかに集められ得る。スペクトル５３０は、スペクトル６２０及び６３０又は図６などの差スペクトルを提供するために、スペクトル５２０から差し引かれ得る。

図６は、基準差スペクトル６２０及び製造後のいつかに集められた検査差スペクトル６３０のプロット６００を示す。差スペクトル６２０及び６３０の両方が、一般に、周囲光信号を排除するということと、差スペクトルが時間とともに小さな差のみを示すということとが理解され得る。基準差スペクトル６２０は、製造中に決定され得（たとえば、スペクトル５２０及び５３０などから）、製造後に後で参照（たとえば、比較）するために記憶され得る。差スペクトル６３０は、即応性チェックの一部として規則的間隔などの任意の都合の良い時間に集められ得る。

図７は、光学機器の障害検出及び即応性検査の使用の方法７００の流れ図である。方法７００のステップのうちの少なくともいくつかは、１つ又は複数のプロセッサ、たとえば、本明細書で開示されるような計算デバイス、によって実施され得る。方法７００は、所定の光信号収集パラメータの選択を含み得る、任意の準備アクションが取られ得る、準備ステップ７１０で開始する。

ステップ７２０において、電力が、光学機器に印加され得る。同様に、機器のウォーム又はコールド・ブートが、同等の初期条件を達成し得る。ステップ７３０の後で、本明細書に記載の機能性のうちの１つ又は複数が、評価され得る。たとえば、ブート機能性は、光学機器が通信していることを示す「準備完了」メッセージを期待する接続された外部システムと連携して評価及び検証され得る。内部で、光学機器は、他の機能性の期待される動作を評価及び検証し、内部でその情報をアーカイブに入れる、又は図１の半導体プロセス・ツール１１０などの外部に接続されたシステムにそれを送信することができる。任意の個々の又はグループの機能性が、評価及び検証され得、重大性、たとえば、警報、エラー及び障害、が、個々の又はグループ評価の結果に基づいて定義され得る。たとえば、非動作ファンの指示は、動作温度の範囲内指示でグループ化され得、光学機器は、逆の指示が提示されるが、「準備完了」として分類され得る。評価及び検証は、たとえば、図２の分光計２１０の、１つ又は複数のサブシステム内で記憶された及び作動するハードウェアにおいて及び／又はソフトウェアにおいて実行され得る。

機能評価及び検証は、積分光源が、光学機器内の光学センサを照らすように構成された、ステップ７４０で開始するプロセス７００の一部として実行され得る。光信号を提供する積分光源で、１つ又は複数のスペクトル（微分光信号の第１の部分）が、集められ、使用のために記憶され得る。統合時間、サンプリング・レート、及びサンプルの数などの収集パラメータは、ノイズ特質及び信号レベルなどの評価されるべき機能性に一致して、前もって決められ得る。ステップ７５０で、微分光信号データの第２の部分は、光信号を提供しない積分光源で集められ得る。ステップ７４０及び７５０は、任意の順番で実行され得る。ステップ７６０で、ステップ７４０及び７５０の間に集められたスペクトル・データは、差スペクトルを定義するために処理され得、１つ又は複数の即応性メトリックを抽出するために追加で処理され得る。即応性メトリック、又は単純にメトリックは、光学機器の初期製作又は製造時に記憶された基準差スペクトル（たとえば、６２０）と現在集められている差スペクトル（たとえば、６３０）の比較を含み得る。スペクトル・データ比較は、現在のスペクトルと基準スペクトルとの差の閾値化、現在のスペクトルと基準スペクトルとの比率の平均値の範囲検証、を含み得る（たとえば、平均比率は、理想的には１．０であるが、０．９～１．１の所定の範囲を有する範囲内でもよい）。スペクトル比較はまた、現在のスペクトルと基準スペクトルとの間の相関係数の計算を含み得る。現在の及び基準スペクトルが、図４のトレース４３０のように波長情報を提供するように構成されるとき、自己相関パラメータが、即応性メトリックとして任意の波長較正シフトを決定するために、現在のスペクトルと基準スペクトルとの間で計算され得る。加えて、トレース４３０などのトレースによって提供される情報は、即応性メトリックとして迷光及び背景信号動向について分析され得る。ノイズ又は信号対ノイズ評価が、即応性メトリックとして実行及び提供されることになっている場合、スペクトル・データが、複数の統合時間又は光信号レベルにおいて集められ得る。ステップ７７０で、即応性又は非即応性状態が、１つ又は複数の実行された評価及び検証から決定され得、そのような状況は、外部システム、たとえば、処理ツール（たとえば、１１０）又は外部システム２２０のうちの１つ、に送信され得る。即応性が、検証されない場合、半導体プロセスは、光学機器の動作即応性が検証され得るまで、開始を禁止され得る。任意の即応性メトリック又はその組合せが、即応性を検証するために使用され得る。前述のように、１つ又は複数の即応性メトリックが、異なるやり方で導出され得る。たとえば、即応性メトリックは、光学機器について即応的か否かを決定するために、所定の閾値と比較され得る。具体的には、スペクトル比較相関関係即応性メトリックは、スペクトル強度動向における制限された変化を示す、０．９より大きいが１．１未満であることが必要とされ得る。さらに、スペクトル較正即応性メトリックは、較正動向の制限された変化を示すために、０．２ｎｍの絶対値未満であることが必要とされ得る。方法７００は、ステップ７８０で終了する。

積分光源は、制御され得、図２のＦＰＧＡ２６０又はプロセッサ２７０などの統合された処理又は制御構成要素によるスペクトル・データ収集と同期され得る。ＦＰＧＡ２６０、プロセッサ２７０、及びメモリ２９０は、本明細書で開示されるプロセス、たとえば、積分光源からの光信号データを含むスペクトル・データ及び処理信号を集めること、のためにも使用することができる合成計算デバイスとして使用され得る。計算デバイスはまた、分光計２１０の他の要素を含み得、分散型計算システム内の外部システム２２０を含み得る。計算デバイスは、少なくとも１つのインターフェース（図２に矢印で示されたような）、１つ又は複数のメモリ（たとえば、図２のメモリ２９０によって表された）及び１つ又は複数のプロセッサ（たとえば、図２のＦＰＧＡ２６０又はプロセッサ２７０によって表された）を含み得る。図８は、少なくとも１つのインターフェース８１０、１つ又は複数のメモリ、及び１つ又は複数のプロセッサを含む、計算デバイス８００の一実例を示す。メモリ８２０は、１つ又は複数のメモリを表し、プロセッサ８３０は、１つ又は複数のプロセッサを表す。インターフェース８１０は、たとえば、未加工のスペクトル・データを受信するために及び、たとえば、処理されたスペクトル・データを送信するために、必要なハードウェア、ソフトウェア、又はその組合せを含む。インターフェース８１０はまた、光信号データを積分光源から受信し、積分光源からの光信号データに基づく機能評価の結果を送信することができる。プロセッサ８３０は、そこから光信号データが生成される積分光源を操作するように構成され得る。プロセッサ８３０は、未加工のスペクトル・データが処理のために受信されていないときに、積分光源を操作することができる。インターフェース８１０の一部はまた、アナログ又はデジタル電気信号を通信するための必要なハードウェア、ソフトウェア、又はその組合せを含むことができる。インターフェース８１０は、プロトコル、たとえば、標準プロトコル又は専用プロトコル、に従って、様々な通信システム、接続、バスなどを介して通信する従来のインターフェースであり得る（たとえば、インターフェースは、Ｉ２Ｃ、ＵＳＢ、ＲＳ２３２、ＳＰＩ、又はＭＯＤＢＵＳをサポートし得る）。メモリ８２０は、計算デバイスに関連する様々なソフトウェア及びデジタル・データ態様を記憶するように構成される。加えて、メモリ８２０は、たとえば、スペクトル・データにおいて異常信号を識別する及び識別された異常信号を処理するように開始されたときにプロセッサ８３０の動作を指示する１つ又は複数のアルゴリズムに対応する一連の動作命令を記憶するように構成される。処理は、信号データ又は異なるアクションを取り除くこと又は修正することを含み得る。たとえば、一連の動作命令は、分光計の健康状態を決定するために微分機能検査を制御又は指示するようにプロセッサ８３０（又はプロセッサ）に指示することができる。プロセス７００及びその変更形態は、分光計などの光学機器の健康を検証するために使用されるアルゴリズムの実例を表す。メモリ８２０は、非一時的コンピュータ可読媒体（たとえば、フラッシュ・メモリ及び／又は他の媒体）であり得る。

プロセッサ８３０は、計算デバイス８００の動作を指示するように構成される。そのようなものとして、プロセッサ８３０は、インターフェース８１０及びメモリ８２０と通信する及び健康評価のための本明細書に記載の機能を実行するための並びにスペクトル・データにおける異常信号を識別及び処理するための必要なロジックを含む。たとえば、プロセッサ８３０は、即応性メトリックを生成し、配信のためにインターフェース８１０にメトリックを提供することができ、そこで、即応性メトリックは、光学機器の機能評価を表すことができる。前述の装置、システム又は方法の一部は、様々な、たとえば、従来の、デジタル・データ・プロセッサ又はコンピュータにおいて実施する又はそれらによって実行することができ、そこで、コンピュータは、方法のステップのうちの１つ又は複数を実行するために、プログラムされる又はソフトウェア命令のシーケンスの実行可能なプログラムを記憶する。そのようなプログラム又はコードのソフトウェア命令は、アルゴリズムを表し得、前述の方法、或いは本明細書に記載の機能、システム又は装置のうちの１つ又は複数のステップのうちの１つ、複数、又はすべてを様々なタイプのデジタル・データ・プロセッサ又はコンピュータが実行することを可能にするために、非一時的デジタル・データ記憶媒体、たとえば、磁気又は光学ディスク、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、及び／或いはリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、において機械実行可能な形でエンコードされ得る。

開示される実施例の部分は、装置、デバイスの一部を実施する又は本明細書に記載の方法のステップを実施する様々なコンピュータ実施動作を実行するためにプログラム・コードをそこに有する非一時的コンピュータ可読媒体を有するコンピュータ・ストレージ製品に関し得る。本明細書では、非一時的は、一時的な、伝搬する信号を除く、すべてのコンピュータ可読媒体を参照する。非一時的コンピュータ可読媒体の実例は、以下を含むが、これらに制限されない：ハード・ディスク、フロッピ・ディスク、及び磁気テープなどの磁気媒体と、ＣＤ－ＲＯＭディスクなどの光学媒体と、フロプティカル・ディスクなどの磁気光学媒体と、プログラム・コードを記憶及び実行するように特別に構成されたハードウェア・デバイス、たとえば、ＲＯＭ及びＲＡＭデバイス。プログラム・コードの実例は、両方の機械コード、たとえばコンパイラによって製作された、と、インタープリタを使用するコンピュータによって実行され得るより高いレベルのコードを含むファイルとを含む。構成されるとは、たとえば、１つ又は複数のタスクを実行するための必要なロジック、アルゴリズム、処理命令、及び／又は特徴を有して、設計、構築、又はプログラムされることを意味する。

前述の、及び他の変更が、本明細書に記載の光学測定システム及びサブシステムにおいて、その範囲を逸脱せずに、行われ得る。たとえば、ある特定の実例が、半導体ウエハ処理機器に関連して説明されているが、本明細書に記載の光学測定システムは、ロール・ツー・ロール薄膜処理、太陽電池製作、又は、高精度の光学測定が必要とされ得る任意の適用などの他のタイプの処理機器に適応され得る、ということが理解され得る。さらに、本明細書で論じられるある特定の実施例は、一般的光分析デバイス、たとえば、画像化スペクトルグラフ、の使用を記述するが、知られている相対感度を有する複数の光分析デバイスが使用され得る、ということを理解されたい。さらに、「ウエハ」という用語が、本発明の態様を説明するときに、本明細書で使用されてあるが、水晶版、位相シフト・マスク、ＬＥＤ回路基板及び他の非半導体処理関連回路基板などの他のタイプのワークピースと、固体、気体及び液体ワークピースを含むワークピースとが、使用され得る、ということを理解されたい。

本明細に記載の実施例は、発明の原理及び実際の適用例を最もよく説明するために、並びに、企図された特定の使用に適したものとしての様々な修正形態を有する様々な実施例について本発明を他の当業者が理解することを可能にするために、選択され、記述された。本明細に記載の特定の実施例は、発明の範囲及び意図を逸脱せずに様々な変更形態及び環境において実施され得るので、本発明の範囲をいかなる方法でも制限するものではない。したがって、本発明は、示された実施例に制限されることは意図されておらず、本明細書に記載の原理及び特徴と合致する最も広い範囲を受けることになっている。

図中の流れ図及びブロック図は、本発明の様々な実施例によるシステム、方法及びコンピュータ・プログラム製品の可能な実装形態のアーキテクチャ、機能性、及び動作を示す。この関連で、流れ図又はブロック図内の各ブロックは、指定された論理機能を実装するための１つ又は複数の実行可能な命令を含む、コードのモジュール、セグメント、又は部分を表し得る。いくつかの代替実装形態において、ブロックに示された機能は、図に示された順番以外で生じ得る、ということにも留意されたい。たとえば、連続して示された２つのブロックは、実際には、実質的に同時に実行され得、又は、ブロックは、関連する機能性に応じて、逆の順番で時には実行され得る。ブロック図及び／又は流れ図のイラストレーションの各ブロック、並びにブロック図及び／又は流れ図のイラストレーション内のブロックの組合せは、指定された機能又は行為を実行する専用ハードウェアベースのシステム、又は専用ハードウェア及びコンピュータ命令の組合せによって、実装され得る、ということにも留意されたい。

本明細書で使用される専門用語は、単に特定の実施例を説明することを目的としており、発明の制限を意図されていない。本明細書では、文脈で別段の明確な指示のない限り、単数形の一（「ａ」、「ａｎ」）及び「その」は、複数形を同様に含むよう意図されている。「含む」及び／又は「備える」という用語は、本明細書では、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／或いはそのグループの存在又は追加を排除しない、ということが理解されよう。

本発明は、方法、システム、又はコンピュータ・プログラム製品として実施され得る、ということが当業者には理解されよう。したがって、本発明は、完全にハードウェア実施例、完全にソフトウェア実施例（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）、或いは、「回路」又は「モジュール」と本明細書ですべて一般に称される、ソフトウェア及びハードウェア態様を結合する実施例の形を取り得る。さらに、本発明は、媒体において実施されたコンピュータ使用可能プログラム・コードを有するコンピュータ使用可能記憶媒体に関してコンピュータ・プログラム製品の形を取り得る。

本開示の様々な態様が、本明細書で開示される装置、システム、及び方法を含んで、請求され得る。本明細書で開示される及び発明の概要において言及された態様は、以下を含む：

Ａ．以下を含む、光学機器の動作状態の評価及び検証のためのシステム：（１）積分光源と、（２）積分光源から光を集めるための光学センサと、（３）積分光源及び光学センサを制御するコントローラと、（４）光から取得された収集された光信号データを処理する及び動作状態を示すメトリックを導出するためのプロセッサ。

Ｂ．以下を含む、光学機器の動作状態を評価する方法：（１）光学機器の積分光源の異なる照明条件の下で微分光学スペクトルから差スペクトルを取得することと、（２）差スペクトルを分析して動作状態を示すメトリックを導出すること。

Ｃ．動作を実行するようにそれにより開始されたとき１つ又は複数のプロセッサの動作を指示する非一時的コンピュータ可読媒体に記憶された一連の動作命令を有するコンピュータ・プログラム製品であり、動作は、以下を含む：（１）光学機器の積分光源の異なる照明条件の下で得られた微分光学スペクトルから検査差スペクトルを取得することと、（２）検査差スペクトルを基準差スペクトルと比較することによって検査差スペクトルを分析すること、そこで、検査差スペクトルは、光学機器の製造の後に取得され、基準差スペクトルは、光学機器の製造中に取得される。

Ｄ．以下を含む、分光計：（１）光学センサと、（２）光学センサを照らすために置かれた積分光源と、（３）動作を実行する１つ又は複数のプロセッサ。動作は、積分光源を操作することと積分光源がオンであること及び積分光源がオフであることに対応する微分光学スペクトル・データを処理することとによって分光計の機能評価を実行することを含む。

態様Ａ、Ｂ、Ｃ、及びＤのそれぞれは、組み合わせて以下の追加の要素のうちの１つ又は複数を有し得る：要素１：そこで、積分光源は、オン及びオフにされ得る制御可能な光源である。要素２：そこで、積分光源が、少なくとも部分的に光学機器内に位置付けられる。要素３：そこで、集められた光信号データが、積分光源がオンであるとき及び積分光源がオフであるときに集められたデータを含む。要素４：そこで、処理が、光学センサが積分光源によって生成された光に応答していることを検証することを含む。要素５：そこで、処理が、検査差スペクトルを集められた光から生成することと、検査差スペクトルを基準である異なるスペクトルと比較することとを含み、そこで、検査差スペクトルが、光学機器の製造の後に取得され、基準差スペクトルが、製造中に取得される。要素６：そこで、積分光源が、ＬＥＤである。要素７：そこで、プロセッサはさらに、光学機器の１つ又は複数のサブシステムの機能検査を実行又は指示するように構成される。要素８：そこで、光学機器は、分光計である。要素９：そこで、差スペクトルが、製造後に取得された検査差スペクトルであり、分析することが、検査差スペクトルを製造中に取得された基準差スペクトルと比較することを含む。要素１０：そこで、比較することが、検査差スペクトルと基準差スペクトルとの差の閾値化を含む。要素１１：そこで、比較することが、検査差スペクトルと基準差スペクトルとの比率の平均値の範囲を検証することを含む。要素１２：そこで、比較することが、検査差スペクトルと基準差スペクトルとの間の相関係数を計算することを含む。要素１３：そこで、検査差スペクトルと基準差スペクトルとの両方が、波長情報を提供し、比較することが、検査差スペクトルと基準差スペクトルとの間の自己相関パラメータを計算することによってそれらの間の波長較正シフトを決定することを含む。要素１４：光学機器の特定のサブサブシステムを対象とする１つ又は複数の個々の機能検査を実施することをさらに含む。要素１５：１つ又は複数の個々の機能検査のうちの１つを分析することに基づいて光学機器の即応性又は非即応性状態を生成及び送信することをさらに含む。要素１６：そこで、光学機器は、分光計である。

Claims (20)

1. 光学機器の動作状態の評価及び検証のためのシステムであって、
   積分光源と、
   前記積分光源から光を集めるための光学センサと、
   前記積分光源及び前記光学センサを制御するコントローラと、
   前記光から取得された収集された光信号データを処理する及び前記動作状態を示すメトリックを導出するためのプロセッサと
   を備える、システム。
2. 前記積分光源が、オン及びオフにされ得る制御可能な光源である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記積分光源が、少なくとも部分的に前記光学機器内に位置する、請求項１に記載のシステム。
4. 前記集められた光信号データが、前記積分光源がオンであるとき及び前記積分光源がオフであるときに集められたデータを含む、請求項１に記載のシステム。
5. 前記処理が、前記光学センサが前記積分光源によって生成された光に応答しているということを検証することを含む、請求項１に記載のシステム。
6. 前記処理が、検査差スペクトルを前記集められた光から生成することと、前記検査差スペクトルを基準である異なるスペクトルと比較することとを含み、前記検査差スペクトルが、前記光学機器の製造の後に取得され、前記基準差スペクトルが、製造中に取得される、請求項１に記載のシステム。
7. 前記積分光源が、ＬＥＤである、請求項１に記載のシステム。
8. 前記プロセッサがさらに、前記光学機器の１つ又は複数のサブシステムの機能検査を実行又は指示するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
9. 前記光学機器が、分光計である、請求項１に記載のシステム。
10. 前記光学機器の前記動作状態を評価する方法であって、
    前記光学機器の積分光源の異なる照明条件の下で取得された微分光学スペクトルから差スペクトルを取得するステップと、
    前記差スペクトルを分析して、前記動作状態を示すメトリックを導出するステップと
    を含む、方法。
11. 前記差スペクトルが、製造後に取得された検査差スペクトルであり、前記分析するステップが、前記検査差スペクトルを製造中に取得された基準差スペクトルと比較するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記比較するステップが、前記検査差スペクトルと前記基準差スペクトルとの差の閾値化を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記比較するステップが、前記検査差スペクトルと前記基準差スペクトルとの比率の平均値の範囲を検証するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
14. 前記比較するステップが、前記検査差スペクトルと前記基準差スペクトルとの間の相関係数を計算するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記検査差スペクトルと前記基準差スペクトルとの両方が、波長情報を提供し、前記比較するステップが、前記検査差スペクトルと前記基準差スペクトルとの間の自己相関パラメータを計算することによってそれらの間の波長較正シフトを決定するステップを含む、請求項１１に記載の方法。
16. 前記光学機器の特定のサブサブシステムを対象とする１つ又は複数の個々の機能検査を実施するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
17. 前記１つ又は複数の個々の機能検査のうちの１つを分析することに基づいて前記光学機器の即応性又は非即応性状態を生成及び送信するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
18. 前記光学機器が、分光計である、請求項１０に記載の方法。
19. 非一時的コンピュータ可読媒体に記憶された一連の動作命令を有するコンピュータ・プログラム製品であって、前記動作命令が、１つ又は複数のプロセッサの動作を、前記１つ又は複数のプロセッサにより開始されて動作を実行するときに指示し、前記動作が、
    光学機器の積分光源の異なる照明条件の下で得られた微分光学スペクトルから検査差スペクトルを取得し、
    前記検査差スペクトルを基準差スペクトルと比較することによって前記検査差スペクトルを分析する
    ことを含み、前記検査差スペクトルが、前記光学機器の製造の後に取得され、前記基準差スペクトルが、前記光学機器の製造中に取得される、コンピュータ・プログラム製品。
20. 光学センサと、
    前記光学センサを照らすために置かれた積分光源と、
    動作を実行する１つ又は複数のプロセッサと
    を備える分光計であって、前記動作が、
    前記積分光源を操作し、且つ前記積分光源がオンであること及び前記積分光源がオフであることに対応する微分光学スペクトル・データを処理することによって、前記分光計の機能評価を実行する
    ことを含む、分光計。