JP7266575B2 - Spatially resolved optical emission spectroscopy (OES) in plasma processing - Google Patents
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関連出願の相互参照
本出願は、2017年7月12日に出願された、「SPATIALLY RESOLVED OPTICAL EMISSION SPECTROSCOPY (OES) IN PLASMA PROCESSING(プラズマ処理における空間分解発光分光法(OES))」と題する米国特許出願第15/648,035号(整理番号TTI-247)に基づく優先権を主張し、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれる。さらに、本出願は、2014年10月31日に出願された「SPATIALLY RESOLVED OPTICAL EMISSION SPECTROSCOPY (OES) IN PLASMA PROCESSING(プラズマ処理における空間分解発光分光法(OES))」(整理番号TTI-242)と題する米国特許出願第14/530,164号(整理番号TTI-242)を参照により組み込むものであり、その内容全体は参照により本明細書に組み込まれ、2013年11月1日に出願された「SPATIALLY RESOLVED OPTICAL EMISSION SPECTROSCOPY (OES) IN PLASMA ETCHING(プラズマエッチングにおける空間分解発光分光法(OES))」(整理番号TTI-242PROV)と題する、米国仮特許出願第61/898,975号の利益及び優先権を主張する。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a U.S. patent entitled "SPATIALLY RESOLVED OPTICAL EMISSION SPECTROSCOPY (OES) IN PLASMA PROCESSING," filed Jul. 12, 2017. Priority is claimed to Application Serial No. 15/648,035 (Docket No. TTI-247), the entire contents of which are incorporated herein by reference. Further, the present application is entitled "SPATIALLY RESOLVED OPTICAL EMISSION SPECTROSCOPY (OES) IN PLASMA PROCESSING" filed on October 31, 2014 (Docket No. TTI-242). US patent application Ser. No. 14/530,164 (Docket No. TTI-242) entitled " benefit of and priority to U.S. Provisional Patent Application No. 61/898,975, entitled SPATIALLY RESOLVED OPTICAL EMISSION SPECTROSCOPY (OES) IN PLASMA ETCHING, Docket No. TTI-242PROV. claim rights.
技術分野
本発明は、プラズマ発光分光法(OES)を用いて半導体プラズマ処理における化学種の濃度を測定する方法、コンピュータ方法、システム、及び装置に関する。特に、これは、化学種濃度の二次元分布を特定することができるプラズマ発光の二次元分布を特定することに関する。
TECHNICAL FIELD This invention relates to methods, computer methods, systems, and apparatus for measuring the concentration of chemical species in semiconductor plasma processing using plasma optical emission spectroscopy (OES). In particular, this relates to identifying a two-dimensional distribution of plasma emission that can identify a two-dimensional distribution of species concentrations.
半導体デバイス、ディスプレイ、光電装置(photovoltaics)の製造は、一連のステップで進められ、各ステップは、最大のデバイス収率のために最適化されたパラメータを有する。プラズマ処理において、収率に強く影響する制御されたパラメータには、プラズマ化学、特に局所的プラズマ化学、即ち、処理される基板の近位にあるプラズマ環境中の種々の化学種の局所濃度がある。特定の化学種、特にラジカル等の過渡的な化学種は、プラズマ処理の結果に大きな影響を及ぼし、これらの化学種の局所的な濃度の上昇は、処理がより速い領域を生じさせ、これが処理ステップにおいて、最終的には製造されるデバイスにおいて不均一性をもたらすことが知られている。 The fabrication of semiconductor devices, displays and photovoltaics proceeds in a series of steps, each step having parameters optimized for maximum device yield. In plasma processing, controlled parameters that strongly influence yield are the plasma chemistry, particularly the local plasma chemistry, i.e., the local concentration of various chemical species in the plasma environment in the vicinity of the substrate being processed. . Certain chemical species, especially transient chemical species such as radicals, have a significant effect on the results of plasma processing, and local increases in the concentration of these chemical species create areas of faster processing, which can lead to faster processing. The steps are known to eventually lead to non-uniformity in the manufactured device.
プラズマプロセスの化学的性質は、プラズマを励起するために供給される1つ以上のRF又はマイクロ波パワー、プラズマ処理チャンバに供給されるガス流量及びガスの種類、プラズマ処理チャンバ内の圧力、処理中の基板の種類、プラズマ処理チャンバに届けられるポンピング速度等の多数のプロセス変数を制御することによって直接又は間接的に制御される。発光分光法(OES)は、プラズマ処理における、プロセス開発及び監視(process development and monitoring)のための有用なツールであることが証明されている。発光分光法では、ラジカル等の、特に関心のある特定の化学種の存在及び濃度は、取得されたプラズマの発光(即ち、光)スペクトルから推定され、特定のスペクトル線の強度及びその比率は、化学種の濃度に相関する。この技術の詳細な説明は、例えば、G.Selwyn,”Optical Diagnostic Techniques for Plasma Processing”(プラズマ処理の光学診断技術),AVS Press,1993に見出すことができ、ここでは簡潔にするために繰り返さない。 The plasma process chemistry includes one or more RF or microwave powers supplied to excite the plasma, gas flow rates and types supplied to the plasma processing chamber, pressure within the plasma processing chamber, is controlled directly or indirectly by controlling a number of process variables such as the type of substrate in the plasma, the pumping speed delivered to the plasma processing chamber, and the like. Optical emission spectroscopy (OES) has proven to be a useful tool for process development and monitoring in plasma processing. In emission spectroscopy, the presence and concentration of particular chemical species of particular interest, such as radicals, are estimated from the acquired emission (i.e., light) spectrum of the plasma, and the intensities of particular spectral lines and their ratios are Correlative to chemical species concentration. A detailed description of this technique can be found, for example, in G.J. Selwyn, "Optical Diagnostic Techniques for Plasma Processing", AVS Press, 1993 and will not be repeated here for the sake of brevity.
特にプラズマプロセス開発における発光分光法の使用が比較的一般的になってきたが、それは、通常、プラズマ処理チャンバの内側のプラズマ内の単一の細長い容積からの発光スペクトルを取得することによって行われる。この容積の正確な形状及びサイズは、プラズマからの発光を収集するために用いられる光学系によって特定される。かかる発光信号の収集は本質的に、光線として知られる、細長い容積の長さに沿ったプラズマ発光スペクトルの平均化をもたらし、したがってプラズマ発光の局所的変化についての全ての情報、及び、したがって化学種濃度の局所的変化も、一般的に失われる。 The use of optical emission spectroscopy has become relatively common, especially in plasma process development, and it is usually done by acquiring an emission spectrum from a single elongated volume within the plasma inside the plasma processing chamber. . The exact shape and size of this volume is determined by the optics used to collect the emission from the plasma. Collection of such emission signals essentially results in the averaging of the plasma emission spectrum along the length of the elongated volume, known as the ray, thus providing all information about the local variation of the plasma emission and thus the chemical species. Local variations in concentration are also generally lost.
プラズマプロセスの開発において、また、実際には、新規な改良されたプラズマ処理システムの開発においてさえ、処理中の基板の上の関心のある化学種の二次元分布を知ることは有用であり、したがって、例えば、システム設計及び/又は処理パラメータの変更は、基板全体にわたる処理結果の変動を最小限にするために行われることができる。プラズマ発光分光技術のさらなる応用は、例えばエッチング処理中にエッチングされたものとは異なる化学組成の基板層に到達するエッチングステップに関連する、プラズマ中に存在する化学種の進展及び急激な変化(the evolution of and abrupt change)を監視することによって、プラズマ処理ステップの終点を特定することである。基板の全表面にわたるプラズマ処理ステップの終点を特定する能力は、デバイス収率の増加に寄与する。プラズマ処理ステップの早過ぎる終了が行われなくなるからである。 In the development of plasma processes, and indeed even in the development of new and improved plasma processing systems, it is useful to know the two-dimensional distribution of chemical species of interest on the substrate being processed, thus For example, changes in system design and/or processing parameters can be made to minimize variations in processing results across substrates. A further application of plasma emission spectroscopy techniques is the evolution and abrupt changes (the to identify the endpoint of the plasma processing step by monitoring the evolution of and abrupt change. The ability to identify the endpoint of a plasma processing step across the entire surface of a substrate contributes to increased device yield. This is because premature termination of the plasma processing step is avoided.
関心領域を横断する多重光線に沿った、既知の積分測定から可変の空間分布を特定するために、例えばX線トモグラフィー等の他の技術分野で広く使用されている1つの技術は、アベル変換又はラドン変換を用いた断層反転である。しかしながら、効果的であるためには、この技術は、大量の取得データ、即ち大量の光線を必要とし、これは、プラズマ処理チャンバの壁に内蔵された1つ又は少数のウインドウ又は光学ポートを介したプラズマへの制限された光学アクセスしか有さない半導体処理ツールにおいては実用的ではない。断層撮影技術は一般に計算処理上も非常に集中的である。また、化学種濃度の局所的な変化は、半径方向、さらには円周方向(即ち、方位角方向)の両方に急激な勾配がなく、概して平滑な性質のものであることも分かっている。したがって、OES測定への断層撮影アプローチに伴うオーバーヘッドなしに、プラズマ発光スペクトルの二次元分布を取得することができる、簡単で、高速で、比較的低コストのプラズマ発光分光技術及びシステムを有することが有利であろう。 One technique widely used in other technical fields, such as X-ray tomography, for identifying variable spatial distributions from known integral measurements along multiple rays traversing a region of interest is the Abel transform or This is fault reversal using the Radon transform. However, to be effective, this technique requires a large amount of acquired data, i.e., a large amount of light, which is transmitted through one or a few windows or optical ports built into the wall of the plasma processing chamber. is impractical in semiconductor processing tools that have limited optical access to the plasma. Tomography techniques are generally also very computationally intensive. It has also been found that local variations in species concentration are generally smooth in nature, with no sharp gradients in both radial and even circumferential (ie, azimuthal) directions. Therefore, it would be desirable to have a simple, fast, relatively low-cost plasma emission spectroscopy technique and system capable of acquiring two-dimensional distributions of plasma emission spectra without the overhead associated with tomography approaches to OES measurements. would be advantageous.
最も注目すべきは、円周方向の変動は小さいかもしれないが、いくつかの先行技術が想定しているように、それらは存在しないわけではなく、理想的な技術とシステムは依然としてこれらの変動を確実に捕捉できなければならないであろう。 Most notably, although the circumferential variations may be small, they are not non-existent, as some prior art assumes, and ideal techniques and systems are still susceptible to these variations. would have to be able to reliably capture
本発明の態様は、発光測定のための装置であって、プラズマ処理チャンバの壁に配置される光学ウインドウを介してプラズマ発光スペクトルを収集するための収集システムを有する装置を含む。光学系は、プラズマ処理チャンバにわたって複数の不一致光線(non-coincident rays)を走査するように構成されたミラーと、プラズマから光信号を収集し、プラズマ光学放出スペクトルを測定するための分光器へ光信号を方向づけるためのテレセントリック結合器と、を有する。 Aspects of the invention include an apparatus for emission measurements having a collection system for collecting the plasma emission spectrum through an optical window located in the wall of a plasma processing chamber. The optics include a mirror configured to scan a plurality of non-coincident rays across the plasma processing chamber and a spectroscope for collecting optical signals from the plasma and measuring the plasma optical emission spectrum. and a telecentric coupler for directing the signal.
代替的実施形態は、プラズマ発光測定システムであって、プラズマ処理チャンバと、プラズマ処理チャンバの壁に配置される光学ウインドウと、光学ウインドウを介してプラズマ発光スペクトルを収集する収集システムと、プラズマ発光スペクトルを測定するために収集システムに結合される分光器と、を有するプラズマ光学放出測定システムを含む。収集システムは、プラズマ処理チャンバにわたって複数の不一致光線を走査するように構成されたミラーと、プラズマからの光信号を収集し、光信号を分光器へ方向づけるためのテレセントリック結合器と、を有する。 An alternative embodiment is a plasma emission measurement system comprising a plasma processing chamber, an optical window located in a wall of the plasma processing chamber, a collection system collecting the plasma emission spectrum through the optical window, and a plasma emission spectrum a spectrometer coupled to the collection system for measuring the plasma optical emission measurement system. The collection system has a mirror configured to scan the plurality of mismatched beams across the plasma processing chamber and a telecentric coupler for collecting optical signals from the plasma and directing the optical signals to the spectrograph.
さらに、本発明の他の一実施形態は、発光測定のための方法であって、プラズマ処理チャンバの壁に光学ウインドウを配置するステップと、光学ウインドウを介してプラズマ光学放出スペクトルを収集する収集システムを提供するステップであって、収集システムはミラーとテレセントリック結合器とを有する、ステップと、ミラーを用いてプラズマ処理チャンバにわたって複数の不一致光線を走査するステップと、テレセントリック結合器を介してプラズマから光学信号を収集するステップと、プラズマ発光スペクトルを測定するための分光器に光信号を方向づけるステップと、を含む。 Yet another embodiment of the present invention is a method for optical emission measurements comprising the steps of placing an optical window in a wall of a plasma processing chamber and a collection system collecting the plasma optical emission spectrum through the optical window. wherein the collection system has a mirror and a telecentric coupler; scanning a plurality of mismatched beams across the plasma processing chamber using the mirror; Collecting the signal and directing the optical signal to a spectroscope for measuring the plasma emission spectrum.
本発明及びそれに伴う利点のより完全な理解は、添付の図面と併せて考慮される以下の詳細な説明を参照することによって直ちに明らかになるであろう。
以下の説明では、本発明の完全な理解を容易にするために、プラズマ発光分光分析システムの特定の幾何学的形状、及び、種々の構成要素及びプロセスの説明のような特定の詳細が、説明の目的で、制限の目的ではなく、説明される。しかしながら、これらの具体的な詳細から逸脱する他の実施形態において、本発明が実施されることができることを理解されたい。 In the following description, in order to facilitate a thorough understanding of the present invention, specific details such as specific geometries of plasma optical emission spectroscopy systems and descriptions of various components and processes are set forth. described for the purposes of and not for the purposes of limitation. However, it should be understood that the invention may be practiced in other embodiments that depart from these specific details.
以下の説明において、処理中のワークピースを表す基板という用語は、半導体ウエハ、液晶表示パネル(LCD)、発光ダイオード(LED)、光電(PV)デバイスパネル等の用語と互換的に使用することができ、それらの全ての処理は特許請求の範囲内に入るものである。 In the following description, the term substrate, which represents a workpiece during processing, may be used interchangeably with terms such as semiconductor wafer, liquid crystal display panel (LCD), light emitting diode (LED), photovoltaic (PV) device panel, and the like. and all such treatments are within the scope of the claims.
本明細書を通じて、「一実施形態」又は「実施形態」は、実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、材料又は特性が、本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味するが、あらゆる実施形態にそれらが存在することを意図するものではない。したがって、本明細書全体を通して、様々な箇所における「一実施形態において」又は「実施形態において」という表現の出現は、必ずしも本発明の同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、複数の、特定の特徴、構造、材料又は特性は、1つ以上の実施形態において、任意の適切な方法で組み合わせることができる Throughout this specification, references to "an embodiment" or "embodiment" indicate that the particular feature, structure, material or property described in connection with the embodiment is included in at least one embodiment of the invention. implied, but not intended to be present in every embodiment. Thus, the appearances of the phrases "in one embodiment" or "in an embodiment" in various places throughout this specification are not necessarily all referring to the same embodiment of the invention. Moreover, any of the specified features, structures, materials or properties may be combined in any suitable manner in one or more embodiments.
様々な動作は、本発明の理解に最も役立つ方法で、複数の個別の動作として説明される。しかしながら、説明の順序は、これらの動作が必然的に順序に依存することを意味すると解釈されるべきではない。特に、これらの動作は、提示順に実行される必要はない。説明された動作は、説明された実施形態とは異なる順序で実行されてもよい。様々な追加の動作が実行されてもよく、及び/又は、説明された動作が追加の実施形態において省略されてもよい。 Various operations are described as multiple discrete operations in a manner that is most helpful for understanding the present invention. However, the order of description should not be construed to imply that these operations are necessarily order dependent. In particular, these actions need not be performed in order of presentation. Operations described may be performed in a different order than the described embodiment. Various additional operations may be performed and/or described operations may be omitted in additional embodiments.
図1は、プラズマ発光分光法(OES)システム15を備えるプラズマ処理システム10の実施態様を示す。プラズマ処理システム10は、プラズマ処理チャンバ20を備えており、このプラズマ処理チャンバ20の内部には、静電チャック等の、処理されるべき基板40を受け入れるための基板ホルダ30が配置されている。高周波(RF)及び/又はマイクロ波電力はプラズマ処理チャンバ20に供給され(図示せず)、基板40の近位でプラズマ50を点火し、維持する。ここで、プラズマ50からのエネルギー化学種は、基板40上でのプラズマ処理ステップを実行するために使用される。処理ガスはプラズマ処理チャンバ20に流入し(図示せず)、ポンプシステム(図示せず)が設けられ、所望のプロセス圧力でプラズマ処理チャンバ20内の真空を維持することができる。プラズマ処理ステップの例には、プラズマエッチング、プラズマ強化化学気相堆積(PECVD)、プラズマ強化原子層堆積(PEALD)などが含まれる。本明細書に記載されるシステム及び方法は、任意の種類のプラズマ処理に適用可能である。
FIG. 1 shows an embodiment of
プラズマ発光分光(OES)システム15は、少なくとも1つの光学検出器60を介してプラズマ発光スペクトルを取得するために使用され、光学検出器60は、取得されるプラズマ発光スペクトルをコントローラ80に通信し、コントローラ80によって制御される。コントローラ80は、汎用コンピュータであってもよく、プラズマ処理システム10の近位に配置されてもよく、又は遠隔に配置されて、イントラネット又はインターネット接続を介して光検出器60に接続されてもよい。
the plasma emission spectroscopy (OES)
光検出器60は、プラズマ50内の細長い略鉛筆状の空間容積65からのプラズマ発光を収集するように構成された光学系を有する。プラズマ処理チャンバへの光学的アクセスは、光学ウインドウ70によって提供される。光学ウインドウ70は、用途及びプラズマ50の化学的性質がどの程度攻撃的であるかに応じて、ガラス、石英、溶融シリカ、又はサファイア等の材料を含むことができる。容積65、以下「光線」65と称する、は、プラズマ発光スペクトルが収集される空間の部分を画定し、収集されるスペクトルは、光線65に沿って及び光線65内に位置する全ての点から収集されるプラズマ発光スペクトルへの寄与の積分を表す。光検出器60の幾何学的形状及び構成に依存して、光線65内の各点の寄与は等しくなく、光効率によって重み付けされ、支配されることに留意されたい(以下でより詳細に述べられる)。典型的な構成では、光線65は、基板表面からの光学干渉を低減するように、基板40の表面と実質的に平行に配向され、基板40の表面から小さい距離に維持され、さらに、基板表面の近位のプラズマ化学をサンプリングするために基板40に十分接近して保たれている。
コントローラ80は、前述のように、プラズマ発光分光システム15を制御し、空間位置及び波長の関数として(1)プラズマ光学強度分布を計算し、計算されたプラズマ光学強度分布から(2)対象化学種の空間分布を計算するために使用される。この情報は、その後、プロセス開発、プラズマ処理ツール開発、その場プラズマプロセス監視、プラズマプロセス故障検出、プラズマプロセス終点検出等に使用され得る。
The
図1は、処理中の基板40の近位の、プラズマ処理チャンバ20内に位置するプラズマ50を横断する1つの光線65を示している。本発明の一実施形態では、図2に示すように、プラズマ発光スペクトルをサンプリングするために複数の光線100が用いられることができ、例えば、図1のプラズマ処理システム10を概略的に示す上面図である。図2の例示的な実施形態では、2つの光検出器60が使用され、それぞれ7本の光線の100から、プラズマ光発光スペクトルを収集することができる。光線100は、最大量の空間情報が基板40上のプラズマ50から取得されるように、不一致である必要がある。光検出器60当たりの光線100の数は、2~9本、及びそれ以上に変化することができる。また、単一の光学ウインドウ70のみによってプラズマ処理チャンバ20への光学的アクセスが提供される別の実施形態では、単一の光学検出器60は、それに関連する光線の扇100と共に使用されることができる。あるいは、各々が関連付けられた光線の扇を有する第3の又はそれ以上の光検出器が使用されてもよい。各光線100の角度は、その光学検出器60の中心線に対して、θiとして画定される。図2に示されるように、プラズマ処理チャンバ内のすべての点がその極座標、即ち(r,θ)によって画定されることができる。
FIG. 1 shows a
後に詳細に説明するように、光検出器60の構成に応じて、関連する光線100の扇からの全てのプラズマ発光スペクトルを同時に収集することができる。これは、複数の光学系及びチャネルを有する光学検出器60の実施形態に適しており、全ての光線100からの同時収集を可能にする。あるいは、プラズマ発光スペクトルは、光学検出器60に関連する光線100に沿って連続的に取得することができる。後者は、光線100が角度θから別の角度へ走査されるにつれてプラズマ発光スペクトルが収集される走査実施形態に適している。当然のことながら、この走査及び収集は、プラズマ化学の急速な変化が基板全体にわたって検出され得るように、十分に速く行われる必要がある。
Depending on the configuration of the
図3は、1つの光検出器60を用いて、1つの光線100から、角度θで取得されるプラズマ発光スペクトルの例を示す。スペクトルでは、典型的には約200nm~約800nmの範囲の波長Mの強度が収集される。発光分光に使用される典型的な分光器のCCDは、波長範囲にまたがる4096ピクセルを有するが、ピクセルの数は、収集されるスペクトルの用途及び要求される分解能に応じて、256ピクセルから65536ピクセルまで変化し得る。
FIG. 3 shows an example of a plasma emission spectrum acquired at an angle θ from one
関連する光線100の扇から光検出器60によって収集されるプラズマ発光スペクトルは、コントローラ80に通信され、コントローラ80は、通信されたデータをさらに処理するために使用され、プラズマ発光の空間分布を計算し、そこから化学種濃度の空間分布を計算し得る。本発明の一態様は、各波長に対するプラズマ発光の空間分布の高速計算のためのアルゴリズムであり、これは、終点検出、故障検出等のための、プラズマプロセスのその場監視を可能にする。
The plasma emission spectrum collected by
図4は、光検出器60の実施形態を示し、ここでは、単一のマルチチャネル分光器310が、光線305A~Eからのプラズマ発光スペクトルを同時に収集するために使用される。本明細書に示される例示的な実施形態は、明瞭化のために、5本の光線305A~Eを有するが、その数は、2~9本及び9本よりもさらに多い数であってもよい。光検出器60は、各光線305A~300Eのための光学系300A~300Eを備えており、全てが、プラズマ処理チャンバ20の壁に取り付けられた光学ウインドウ70の近位に配置されている。光線305A~Eは、基板40(図示せず)の関連部分をカバーするように、発散的に配置される。収集されたプラズマ発光スペクトルは、それぞれの光ファイバ320A~Eを介して、光学系300A~Eからマルチチャネル分光器310に供給される。光学系300A~300Eについては、後述する。図4の実施形態は、プラズマ光発光スペクトルを同時に収集する能力があるため、高速診断に適している。
FIG. 4 shows an embodiment of
図5は、後により詳細に述べられる、代替的実施形態を示し、ここでは、単一チャネル分光器310が使用され、光線305A~305Eが走査ミラー400によって形成され、この走査ミラー400は、制御可能に走査されて光線305A~305Eを掃引し、その間に、プラズマ発光スペクトルは、単一光学系300を介して分光器310によって取得される。この実施形態は、プラズマ発光スペクトルの連続的収集に適しており、したがって、よりゆっくりと進展するプラズマプロセスの診断により適している。走査ミラー400は、ガルバノメータステージ410に取り付けられ、ガルバノメータステージ410によって作動され得る。あるいは、走査ミラー400は、ステッピングモータ(a stepper motor)410上に取り付けられ、これによって走査されてもよい。ここでは光線305A~Eの数は、5本として示されているが、実際には、ガルバノメータステージ又はステッピングモータ410を制御するためのコントローラソフトウェアの設定によって決定される。
FIG. 5 shows an alternative embodiment, described in more detail below, in which a
空間の正確な容積がサンプリングされることを確実にするために、図4の光学系300A~300E及び図5の光学系300は、光線305A~305Eが、光学系の所与のターゲットコストに対して到達できるように、可能な限り小さい発散角で、コリメートされるように構成される必要がある。
To ensure that the correct volume of space is sampled,
光学系300A~300E及び300の例示的実施形態を図6に示す。テレセントリック結合器としても知られる光学系300A~Eは、光線305A~Eによって画定されるプラズマ50内の空間の容積からプラズマ発光スペクトルを収集し、収集したプラズマ発光スペクトルを、光ファイバ320A~E又は320の端部390に方向づけるタスクを有し、したがって、図4又は図5の実施形態の分光器310に伝達され得る。光線305A~305Eの直径は、プレート内に形成される任意の開口350によって規定される。代替的実施形態では、レンズ等の他の光学構成要素を使用して、光線305A~305Eの直径を画定することができる。例示的な光線の直径は4.5mmであるが、用途に応じて約1mmから20mmまで変化し得る。収集された光線305A~Eは、任意の開口と組み合わせて光線305A~Eを画定する収集レンズ360A及び360Bの組み合わせを通過する。収集系及び光線305A~Eの開口数は、概して非常に低く、例えば、約0.005であり、結果として得られる光線305A~Eは、最小発散角を有し、実質的にコリメートされる。光学系300A~E又は300の他端には、別の一対のレンズ、すなわち、結合レンズ370A及び370Bがあり、これらは、集められた発光スペクトルを光ファイバ320A~E又は320の端部390上に集束させるのに役立つ。系で使用される全てのレンズは、好ましくは、より要求の厳しい用途のためにアクロマティック又はアポクロマチックでさえあり、このことは、光学系300A~E又は300が、典型的には200nmから800nmの広範囲の波長にわたって、場合によっては150nmまで低くなっても、満足に動作するように、各レンズの焦点距離が波長にともなって変化しないことを保証する。スペクトルの紫外(UV)部分、すなわち350nm以下の部分の性能を向上させるために、UVグレードの材料を全ての光学部品に使用する。
An exemplary embodiment of
全ての光学ハードウェア構成について、そこからプラズマ発光スペクトルが取得される光線305A~E内のすべての点に適用される重み付け係数である光学効率wを知ることが重要である。光学効率wは、光学設計ソフトウェアを用いるシミュレーションによって、又は、較正された光源を用い、それらを光線305A~Eを横切ってかつ光線305A~Eに沿って移動させ、光線305A~E内の所与の位置から光ファイバ端部390への光の結合の効率を特定する実験によって、特定することができる。光学効率wは、プラズマ発光の空間分布を特定するためのアルゴリズムにおいて使用される。
For all optical hardware configurations, it is important to know the optical efficiency w, which is a weighting factor applied to all points within the
前述したように、プラズマ発光分光(OES)システム15のタスクは、M個の測定波長λのそれぞれについて、プラズマ発光の二次元強度分布を特定することである。
As previously mentioned, the task of the plasma optical emission spectroscopy (OES)
指数iで数学的に示されている図2の各光線100について、収集される光検出器出力Diは次のように定義できる。
For each
N個の光検出器及び光線、あるいは光線100のN個の走査位置を有するプラズマ発光分光システム15においては、M個の測定波長λの各々についてN個の収集された強度が存在する。したがって、ある波長λでのプラズマ発光の空間分布を再構成するためには、N個のパラメータを有する関数形を仮定しなければならない。パラメータの数が制限されているため、プラズマ発光の分布のための基底関数の妥当な選択がなされる必要がある。選択される基底関数は、基板40にわたるプラズマ発光の円周方向の変動を十分に再現できるように、半径座標rと円周座標θの両方で変化する必要がある。
In a plasma optical
このタスクに特に適した基底関数のクラスの1つは、ゼルニケ多項式 One class of basis functions particularly suited to this task are the Zernike polynomials
ゼルニケ多項式は、半径座標rに依存する項と円周座標θに依存する項の積として定義される。即ち、
A Zernike polynomial is defined as the product of a term dependent on the radial coordinate r and a term dependent on the circumferential coordinate θ. Namely
表1に、最初の18次のゼルニケ多項式を示す。ここでは、一般的に使用される数学表記法 Table 1 shows the first 18th order Zernike polynomials. Here, the commonly used mathematical notation
一般に、この適用では、ゼルニケ多項式の場合と同様に、それらが直交であり、導関数が単位円上で連続している限り、他の基底関数を選択できる。ただし、この適用では、ゼルニケ多項式が好適である。比較的少数の項を使用して、半径方向と円周方向の両方の極座標での関数の非常に複雑な変化を記述することができるという性質のためである。 In general, for this application other basis functions can be chosen as long as they are orthogonal and the derivatives are continuous on the unit circle, as in the case of the Zernike polynomials. However, for this application, the Zernike polynomials are preferred. This is due to the property that a relatively small number of terms can be used to describe very complex variations of functions in both radial and circumferential polar coordinates.
ゼルニケ多項式 Zernike polynomial
ここで、apは、各基底関数に関連するフィッティングパラメータ、すなわち、ゼルニケ多項式次数である。
where a p is the fitting parameter associated with each basis function, ie the Zernike polynomial order.
収集される検出器出力Diが、選択される基底関数、フィッティングパラメータ、及び光学効率に関して定義されるので、Diのフィッティングパラメータapを特定する問題は、以下の式を最小化すること、つまり最小二乗問題を解くことになる。 Since the collected detector outputs D i are defined in terms of selected basis functions, fitting parameters, and optical efficiencies, the problem of specifying the fitting parameters a p for D i is to minimize the following equation: That is, it solves the least-squares problem.
図7は、本発明の一実施形態による方法で特定された、かかるプラズマ発光強度分布の一例を示す。図示された分布は、比較的少ない数の項、即ち、N=18にもかかわらず、プラズマ発光強度の半径方向及び円周方向の変化の両方が良好に捕捉されることを明らかに示す。 FIG. 7 shows an example of such a plasma emission intensity distribution determined by a method according to an embodiment of the invention. The illustrated distribution clearly shows that both radial and circumferential variations in plasma emission intensity are well captured despite the relatively small number of terms, ie, N=18.
図8は、単一チャネル分光器310が使用される代替的実施形態を示す。光線305A~Eは、走査ミラー400と、ミラー系800とによって形成され、ミラー系800は、図8に点Cによって示されるように、走査ミラー400に関連するステッピングモータ410の位置から光学ウインドウ70へ又は光学ウインドウ70の実質的に近傍へ光線305A~Eの回転中心を移動する(即ち、点Cは回転中心を表す)。光学ウインドウ70は、典型的に小さく(即ち直径1インチ)、したがって、プラズマ50にわたって光線305A~Eを掃引するために(例えば、プラズマ処理チャンバ20の中心軸の角度θmax=25°)、光線305A~Eは、光学ウインドウ70において最小の可動域を有する。したがって、光線305A~Eの回転中心は、光学ウインドウ70の実質的に近傍又は光学ウインドウ70において構成される。ここに記載される構成を使用することにより、68.5mm×8mm以上の寸法を有するウインドウを使用することが可能である。ウインドウ寸法(即ち、上限)は、汚染、チャンバのUV及びRFリーク、及びプラズマ処理チャンバ20の壁における利用可能な空間等の要因によって制限される。一実施形態では、ウインドウは、ビームの走査平面に対応する平面内に大きな寸法を有する矩形の形状を有してもよい。これは、リークと空間の要件を満足しながらウインドウのサイズを最小化するという利点を有する。
FIG. 8 shows an alternative embodiment in which a
走査ミラー400は、ステッピングモータ410を使用して光線305A~Eを掃引するように制御可能に走査され、一方、プラズマ発光スペクトルは、単一の光学系300を介して分光器310によって取得される。
ミラーシステム800は、転送ミラー802と、折り返しミラー804とを含むことができる。各収集される光線305A~E又は65(即ち、収集される光線305を有するプラズマからの光信号)は、収集される光線305を反射して収集される光線305を折り返しミラー804に伝達する転送ミラー802によって伝達される。折り返しミラー804は、収集される光線305を水平(方位角)から垂直同心へ反射し、収集される光線305を光学系300へ反射する走査ミラー400へ伝達する。ミラー系800及び光学系300は、静止している。ミラー系800、走査ミラー400、光学系300、及び分光器310は、プラズマ処理チャンバ20の近位に取り付けられてもよい。
走査ミラー400が掃引されると、化学種濃度の空間分布の高い空間分解能が得られる。例えば、走査ミラー400は、プラズマ発光スペクトルが取得される間、ゆっくりと掃引され得る。取得されるプラズマ発光スペクトルは、-θmax°、+θmax°の間の任意の位置に関連する。したがって、本明細書に記載される走査設定を使用して、非常に正確な空間分解能が得られ得る。
As
図9は、一実施形態による、図8の光学システム300の実施形態を拡大して模式的に示す図である。光学系300は、本明細書中で前述するように、収集される光線305によって画定されるプラズマ50内の空間の容積からのプラズマ発光スペクトルを収集し、収集されるプラズマ発光スペクトルを光ファイバ320の端部390へ方向づけるタスクを有し、したがって、それを分光器310に伝達することができる。光学系300は、小さなNAを有するテレセントリック結合器を含む。収集される走査光線のサイズは、収集経路に沿って直径を約3~5mmの範囲で変化することができる。
FIG. 9 is an enlarged schematic diagram of an embodiment of the
収集される光線305(即ち、走査ミラー400から反射される光線)は、第1収集レンズ902を通過する。その後、光線は、例えば600μmの直径を有するテレセントリック開口908を通過することができる。その後、2つの結合レンズ904及び906は、収集される光発光スペクトルを光ファイバ320の端部390上に集束させるように機能する。一例では、光ファイバ320は、600μmの直径を有する。収集システム300はまた、2つの結合レンズ904と906との間に配置される任意のフィルタを含むこともできる。
Collected light rays 305 (ie, light rays reflected from scanning mirror 400 ) pass through first collecting
収集システム300の開口数は非常に低く、例えば0.005である。レンズ902、904、906は、有効焦点距離がそれぞれ30mm、12.5mm、12.5mm、直径がそれぞれ12.5mm、6.25mm、6.25mmのアクロマティックレンズである。
The numerical aperture of
再び図8を参照すると、走査ミラー400は、少なくとも10mm×10mmの寸法を有することができる。転送ミラー802は、球状ミラーであってもよい。走査ミラー400及び転送ミラー802は、特定の波長領域(例えばUV)での反射を増加させるための、アルミニウムの頂部の誘電体の多層フィルム、アルミニウムコーティング、又は一酸化ケイ素(SiO)オーバーコートを有することができる。転送ミラーの802の半径は、100mm~120mmであってもよい。一実施形態では、転送ミラーの802半径は109.411mmである。転送ミラー802は、光学ウインドウ70の外縁から68.4mmの距離に配置されてもよい。折り返しミラー804は、走査ミラー400の平面から71.5mmの距離に配置されてもよい。
Referring again to FIG. 8,
分光器310は、0.4nmのスペクトル分解能を有し、200nm~1000nmの波長範囲を有する超広帯域(UBB)高分解能分光器であってもよい。
図10は、図8の光学系を備えるプラズマ処理システムを模式的に示す上面図である。プラズマ処理チャンバ20は、図8の2つの光学系を備えることができる。光学系は、走査モジュールと称される。各走査モジュールは、XからYまでの光線位置のデータを収集するように構成されることができる。一実施形態では、各走査モジュールは、5~50個の光線位置のデータを収集するように構成されることができ、より良好な精度を提供し、高い空間分解能で事象を検出することができる。図10において、光線305の1つの位置が示されている。本明細書中に前述したように、光線305の走査角度は、-θmax°、+θmax°(例えば、θmax=25°又は30°)から変化してもよい。分光器310からのデータは、本明細書で前述したように処理され、二次元(2D)OES強度分布を得ることができる。各モジュールは、単一チャネル分光器310を含むことができ、あるいは、2つのチャネルを有する単一の分光器が2つの走査モジュールに使用されることができる。より高い空間分解能を提供するために、さらなる走査モジュールを使用することもできる。光学ウインドウ70(すなわち、各走査モジュールの光学ウインドウ70)は、プラズマ処理チャンバ20の側壁上に互いに垂直又は実質的に垂直に配置されてもよい。プラズマ処理チャンバ20の構成によって、光学ウインドウ70は、用途及びプラズマの化学的性質がどの程度攻撃的であるかに応じて、石英、溶融シリカ、又はサファイアであり得る。
10 is a top view schematically showing a plasma processing system having the optical system of FIG. 8. FIG.
図11は、図5又は図8の光学系300の実施形態を拡大して模式的に示す図である。光学系300は、反射され収集されるプラズマ発光スペクトルを走査ミラー400から光ファイバ320の端部390へと方向付けるタスクを有し、従って、本明細書中で前述したように、分光器310に伝達することができる。収集される光線305は、例えば40mmの有効焦点距離を有する、トリプレットレンズ1102であり得る収集レンズを通過する。収集される光線305は、例えば直径7mmの任意のマスク開口1108を通過することができる。マスク開口1108は、走査ミラー400とトリプレットレンズ1102との間に配置されてもよい。その後、収集される光線305は、例えば1.20mmの直径を有する、任意のテレセントリック開口1110を通過することができる。別の実施形態では、レンズ等の他の光学コンポーネントが、光線305の直径を画定するために用いられることができる。
FIG. 11 is an enlarged schematic diagram of an embodiment of the
2つの結合トリプレットレンズ1104及び1106は、収集される発光スペクトルを光ファイバ320の端部390上に集束させるように機能する。一実施形態では、結合トリプレットレンズ1104及び1106は、15mmの有効焦点距離を有するトリプレットレンズであってもよい。結合トリプレットレンズ1104及び1106の有効焦点距離は、光ファイバ320のタイプ及び直径の関数である。
Two
システムで使用される全てのレンズは、好ましくは、より要求の厳しい用途のためにアクロマティック又はアポクロマチックでさえあり、このことは、光学システム300A~E又は300が典型的には200nmから1000nmの広範囲の波長にわたって、場合によっては150nmまで低くなっても、満足に動作するように、各レンズの焦点距離が波長にともなって変化しないことを保証する。スペクトルのUV部分、すなわち350nm以下における性能を向上させるために、石英、溶融シリカ、フッ化カルシウム(CaF下2)等のUVグレードの材料が、全ての光学部品に使用されている。
All lenses used in the system are preferably achromatic or even apochromatic for more demanding applications, which means that the
図12は、単一チャネル分光器310が使用される代替的実施形態を模式的に示す図である。プラズマ発光スペクトルは、1つ又は2つのモジュールを用いて順次取得することができる。各モジュールは、線形アークステージ1204を含むことができる。分光器310、光学系300、及び折り返しミラー1202は、線形アークステージ1204上に取り付けられる。折り返しミラー1202は、プラズマ処理チャンバ20から収集される光線305を受光し、収集される光線305を光学システム300へ反射するように配置される。線形アークステージ1204は、収集される光線305を掃引するために制御可能に走査され、一方、プラズマ発光スペクトルは、単一の光学系300を介して分光器310によって取得される。線形アークステージ1204は、コントローラ80を介して制御することができる。図12の点Cは、線形アークステージ1204の回転中心を示す。単一の光学系300は、図9又は図11に示され、説明されるものであり得る。一実施例では、線形アークステージ1204は、85°の走査角度及び163.2mmの長さを有することができる。線形走査速度は、0.35m/sから2.2m/sまで変化し得る。したがって、走査速度は、プラズマ発光分光システム15の適用に応じて、空間分解能と速度との間のトレードオフを最適化するように調整することができる。
Figure 12 schematically illustrates an alternative embodiment in which a
図6、9及び11の光学系300のさらなる実施形態において、収集した光線305を操作するために、他の光学コンポーネント、例えばミラー、プリズム、レンズ、空間光変調器、デジタルミラー装置等が用いられることができる。図4~6及び図8~12の光学系300の構成及びコンポーネントレイアウトは、必ずしも図4~6及び図8~12に示す通りである必要はないが、収集される光線305は、追加の光学コンポーネントを用いて折り返され、操作されることができ、プラズマ発光分光システム15を、プラズマ処理チャンバ20の壁に取り付けるのに適したコンパクトパッケージにパッケージングするのを容易にすることができる。
In further embodiments of the
本発明者らは、光発光分布のパターンを再構成し、再構成されたパターンをエッチングパターンと比較する、いくつかの実験を行った。 The inventors performed several experiments to reconstruct the pattern of light emission distribution and compare the reconstructed pattern with the etched pattern.
図13は、再構成された発光強度のパターンの例示的な結果を模式的に示す。発光線(an emission line)の強度(すなわち、塩化ケイ素については522.45nm)は、基板40上の局所エッチングの強度に関連する塩化ケイ素(SiCl)の濃度を示す。図13は、522.5nmでの、本明細書に記載されるプラズマOESシステム15によって収集された発光の実際の分布と、実際のエッチングレートとの間の比較を示す。プロット1302、1304、及び1306は、種々のプラズマ処理条件における種々の試料の実際のエッチング速度を示す。プロット1308、1310、及び1312は、それぞれ、プロット1302、1304、及び1306に関連する試料に対する再構成された発光分布を示す。
FIG. 13 schematically shows exemplary results of reconstructed emission intensity patterns. The intensity of an emission line (ie, 522.45 nm for silicon chloride) indicates the concentration of silicon chloride (SiCl) in relation to the intensity of local etching on
本明細書に記載の装置及び方法を用いて、エッチングの均一性を監視することができる。
例えば、この装置は、基板を別の装置に移送することなく、種々のプラズマ処理条件についてエッチング均一性を監視するために、プロセス開発中又はプロセス展開中に(during process development)使用されることができ、種々の処理をより高速にすることができる。
Etch uniformity can be monitored using the apparatus and methods described herein.
For example, the apparatus can be used during process development to monitor etch uniformity for various plasma processing conditions without transferring the substrate to another apparatus. and can make various processes faster.
結果は、エッチングの厚さと、反応物と生成物の両方を含むプラズマエッチングに関する種によって与えられる再構成されたOES分布との強い相関関係を示す。OES分布及び酸化物エッチングプロファイルの均一性は、同じ傾向、例えば、プロット1308と比較したプロット1302に従う。より良好なエッチング均一性を有する基板は、OES分布とのより低い相関を示す(例えば、プロット1302と比較してプロット1306)。
The results show a strong correlation between etch thickness and the reconstructed OES distribution given by species for plasma etching, including both reactants and products. OES distribution and oxide etch profile uniformity follow the same trend, eg,
図14は、一実施例による発光測定方法1400を示すフローチャートである。1402において、光学ウインドウは、プラズマ処理チャンバ(例えば、プラズマ処理チャンバ20)の壁に配置される。1404において、収集システムは、光学ウインドウを介してプラズマ発光スペクトルを収集するために提供される。収集システムはミラーとテレセントリック結合器とを有する。テレセントリック結合器は、少なくとも1つの収集レンズ(例えば、収集レンズ360A及び360B)と、少なくとも1つの結合レンズ(例えば、図9の結合レンズ904及び906)と、を含むことができる。1406において、複数の不一致光線は、ミラーを用いてプラズマ処理チャンバにわたって走査される。
走査は、コントローラ80によって制御することができる。1408において、光信号は、テレセントリック結合器を介してプラズマから収集される。ステップ1410において、光信号は、プラズマ発光スペクトルを測定するための分光器に方向付けられる。
FIG. 14 is a flowchart illustrating a
Scanning can be controlled by
当業者は、上記教示に照らして多くの改変及び変形が可能であることを理解することができる。当業者は、図面に示された様々な構成要素の様々な均等な組み合わせ及び置換を認識するであろう。したがって、本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、添付の特許請求の範囲によって限定されることが意図される。 Persons skilled in the relevant art can appreciate that many modifications and variations are possible in light of the above teachings. Those skilled in the art will recognize various equivalent combinations and permutations of the various components shown in the drawings. It is therefore intended that the scope of the invention be limited not by this detailed description, but rather by the claims appended hereto.
上記の開示は、下記の実施態様も含む。 The above disclosure also includes the following embodiments.
(1) 発光測定のための方法であって、プラズマ処理チャンバの壁に光学ウインドウを配置するステップと、光学ウインドウを介してプラズマ発光スペクトルを収集する収集システムを提供するステップであって、収集システムはミラーとテレセントリック結合器とを有する、ステップと、ミラーを用いてプラズマ処理チャンバにわたって複数の不一致光線を走査するステップと、テレセントリック結合器を介してプラズマから光信号を収集するステップと、プラズマ発光スペクトルを測定するための分光器に光信号を方向づけるステップと、を含む。 (1) A method for emission measurement comprising the steps of placing an optical window in the wall of a plasma processing chamber and providing a collection system for collecting the plasma emission spectrum through the optical window, comprising: has a mirror and a telecentric coupler; scanning a plurality of mismatched beams across the plasma processing chamber with the mirror; collecting optical signals from the plasma through the telecentric coupler; plasma emission spectrum and directing the optical signal to a spectrometer for measuring the .
(2) 特徴(1)の方法であって、テレセントリック結合器は、少なくとも1つの収集レンズと、少なくとも1つの結合レンズと、を有する。 (2) The method of feature (1), wherein the telecentric combiner has at least one collecting lens and at least one combining lens.
(3) 特徴(2)の方法であって、少なくとも1つの収集レンズ又は少なくとも1つの結合レンズはアクロマティックレンズである。 (3) The method of feature (2), wherein at least one collecting lens or at least one combining lens is an achromatic lens.
(4) 特徴(2)の方法であって、テレセントリック結合器は、さらに、複数の不一致光線の直径を画定するために、少なくとも1つの収集レンズと少なくとも1つの結合レンズとの間に配置される開口を有する。 (4) The method of feature (2), wherein the telecentric combiner is further positioned between the at least one collecting lens and the at least one combining lens to define diameters of the plurality of mismatched rays. have an opening.
(5) 特徴(1)乃至(4)のうちのいずれかの方法であって、ミラーは走査ミラーである。 (5) The method of any of features (1)-(4), wherein the mirror is a scanning mirror.
(6) 特徴(5)の方法であって、走査ミラーは、ガルバノメータ走査ステージ上に取り付けられ、ガルバノ走査ステージによって走査される。 (6) The method of feature (5), wherein the scanning mirror is mounted on a galvanometer scanning stage and scanned by the galvanometer scanning stage.
(7) 特徴(5)の方法であって、走査ミラーは、ステッピングモータ上に取り付けられ、ステッピングモータによって走査される。 (7) The method of feature (5), wherein the scanning mirror is mounted on a stepping motor and scanned by the stepping motor.
(8) 特徴(5)の方法であって、収集システムは、さらに、複数の不一致光線の回転の中心を光学ウインドウへ又は光学ウインドウの近傍へシフトするためのミラーシステム、を有する。 (8) The method of feature (5), wherein the collection system further comprises a mirror system for shifting the center of rotation of the plurality of mismatched rays to or near the optical window.
(9) 特徴(8)の方法であって、ミラーシステムは、転送ミラーと、折り返しミラーと、を有し、転送ミラーは、収集した光信号を前記折り返しミラーに転送するように構成されており、折り返しミラーは、収集した光信号を前記ミラーに転送するように構成されている。 (9) The method of feature (8), wherein the mirror system includes a transfer mirror and a fold mirror, the transfer mirror configured to transfer the collected optical signal to the fold mirror. , the folding mirror is configured to transfer the collected optical signal to said mirror.
(10) 特徴(1)の方法であって、テレセントリック結合器は、ミラーからの光信号を収集するように構成された収集トリプレットレンズと、収集される光信号を、分光器に結合される光学ファイバの端部に集束するように構成された2つの結合トリプレットレンズと、を有する。 (10) The method of feature (1), wherein the telecentric coupler comprises a collecting triplet lens configured to collect the optical signal from the mirror, and an optical coupling of the collected optical signal to the spectroscope. and two coupling triplet lenses configured to focus at the ends of the fibers.
(11) 特徴(1)の方法であって、方法はさらに、第2収集システムを用いるプラズマ処理チャンバの壁に配置される第2光学ウインドウを介してプラズマ発光スペクトルを収集するステップを含む。第2光学ウインドウの中心軸は、光学ウインドウの中心軸と直角をなす。 (11) The method of feature (1), further comprising collecting the plasma emission spectrum through a second optical window located in the wall of the plasma processing chamber using the second collection system. The central axis of the second optical window forms a right angle with the central axis of the optical window.
(12) 特徴(1)の方法であって、収集システムは、さらに、ミラーと、テレセントリック結合器と、分光器とを保持する線形アークステージを有し、線形アークステージは、光学ウインドウの中心軸に関して半径方向に移動し、複数の不一致光線をプラズマ処理チャンバにわたって走査させるように構成されている。 (12) The method of feature (1), wherein the collection system further comprises a linear arc stage holding the mirror, the telecentric coupler, and the spectroscope, the linear arc stage being the central axis of the optical window. and configured to scan the plurality of mismatched beams across the plasma processing chamber.
(13) 特徴(12)の方法であって、ミラーは折り返しミラーである。 (13) The method of feature (12), wherein the mirror is a folding mirror.
(14) 特徴(1)乃至(13)のうちのいずれかの方法であって、複数の不一致光線は、前記プラズマ処理チャンバにわたって光学ウインドウの中心軸の25°走査される。 (14) The method of any of features (1)-(13), wherein the plurality of mismatched beams are scanned 25° of the central axis of the optical window across the plasma processing chamber.
(15) 特徴(1)乃至(14)のうちのいずれかの方法であって、分光器は、超広帯域高解像度分光器である。 (15) The method of any of features (1)-(14), wherein the spectrometer is an ultra-wideband high-resolution spectrometer.
(16) 特徴(1)乃至(15)のうちのいずれかの方法であって、収集システムは、低開口数を有する。 (16) The method of any of features (1)-(15), wherein the collection system has a low numerical aperture.
(17) 特徴(1)乃至(14)のうちのいずれかの方法であって、光信号は、21本の不一致光線から収集される。 (17) The method of any of features (1)-(14), wherein the optical signals are collected from the 21 unmatched rays.
Claims (19)
プラズマ処理チャンバの壁に配置される光学ウインドウを介してプラズマ発光スペクトルを収集するための収集システムを備え、
その光学系は、
前記プラズマ処理チャンバにわたって複数の不一致光線を走査するように構成されたミラーと、
プラズマから光信号を収集し、前記プラズマ発光スペクトルを測定するための分光器へ前記光信号を方向づけるためのテレセントリック結合器と、を有し、
前記ミラーは回転して前記複数の不一致光線を掃引する走査ミラーであり、
前記収集システムは、さらに、前記走査ミラーによる前記複数の不一致光線の回転の中心を、前記走査ミラーから前記光学ウインドウへ又は前記光学ウインドウの近傍へシフトさせるためのミラーシステム、を有し、
前記ミラーシステムは、前記走査ミラーと前記光学ウインドウとの間に配置された、転送ミラーと、折り返しミラーと、を有し、
前記転送ミラーは、収集した前記光信号を前記折り返しミラーに転送するように構成されており、
前記折り返しミラーは、収集した前記光信号を前記走査ミラーに転送するように構成されている、装置。 A device for luminescence measurements, said device comprising:
a collection system for collecting the plasma emission spectrum through an optical window located in the wall of the plasma processing chamber;
The optical system is
a mirror configured to scan a plurality of mismatched beams across the plasma processing chamber;
a telecentric coupler for collecting an optical signal from a plasma and directing the optical signal to a spectroscope for measuring the plasma emission spectrum;
said mirror is a scanning mirror that rotates to sweep said plurality of mismatched beams ;
The collection system further comprises a mirror system for shifting the center of rotation of the plurality of mismatched rays by the scanning mirror from the scanning mirror to or near the optical window;
the mirror system comprises a transfer mirror and a fold mirror positioned between the scanning mirror and the optical window ;
the transfer mirror is configured to transfer the collected optical signal to the fold mirror;
The apparatus of claim 1, wherein the folding mirror is configured to transfer the collected optical signal to the scanning mirror.
プラズマ処理チャンバの壁に配置される光学ウインドウを介してプラズマ発光スペクトルを収集するための収集システムを備え、
その光学系は、
前記プラズマ処理チャンバにわたって複数の不一致光線を走査するように構成されたミラーと、
プラズマから光信号を収集し、前記プラズマ発光スペクトルを測定するための分光器へ前記光信号を方向づけるためのテレセントリック結合器と、を有し、
前記収集システムは、さらに、前記ミラーと、前記テレセントリック結合器と、前記分光器とを保持する線形アークステージを有し、
前記線形アークステージは、
走査角度及び線形走査長さを有し、
前記ミラー、前記テレセントリック結合器、及び前記分光器を回転中心周りのアーク状経路に沿って、移動させ、前記プラズマ処理チャンバにわたって前記複数の不一致光線を走査させる、ように構成されており、前記回転中心は前記光学ウインドウに又は前記光学ウインドウの近傍に位置するとともに前記光学ウインドウの中心軸に沿っている、
装置。 A device for luminescence measurements, said device comprising:
a collection system for collecting the plasma emission spectrum through an optical window located in the wall of the plasma processing chamber;
The optical system is
a mirror configured to scan a plurality of mismatched beams across the plasma processing chamber;
a telecentric coupler for collecting an optical signal from a plasma and directing the optical signal to a spectroscope for measuring the plasma emission spectrum;
the collection system further comprises a linear arc stage holding the mirror, the telecentric coupler, and the spectrograph;
The linear arc stage is
having a scan angle and a linear scan length,
configured to move the mirror, the telecentric coupler, and the spectrograph along an arcuate path about a center of rotation to scan the plurality of mismatched beams across the plasma processing chamber; the center is located at or near the optical window and along the central axis of the optical window ;
Device.
請求項1又は2記載の装置。 the telecentric combiner has at least one collecting lens and at least one coupling lens;
3. Apparatus according to claim 1 or 2.
請求項3記載の装置。 said at least one collecting lens or said at least one combining lens is an achromatic lens;
4. Apparatus according to claim 3.
請求項3記載の装置。 the telecentric combiner further having an aperture positioned between the at least one collecting lens and the at least one combining lens for defining diameters of the plurality of mismatched rays;
4. Apparatus according to claim 3.
請求項1記載の装置。 said mirror is a scanning mirror,
Apparatus according to claim 1 .
請求項6記載の装置。 the scanning mirror is mounted on and scanned by the galvanometer scanning stage;
7. Apparatus according to claim 6.
請求項6記載の装置。 the scanning mirror is mounted on a stepping motor and scanned by the stepping motor;
7. Apparatus according to claim 6 .
前記ミラーからの前記光信号を収集するように構成された収集トリプレットレンズと、
収集される前記光信号を、前記分光器に結合される光学ファイバの端部に集束するように構成された2つの結合トリプレットレンズと、を有する、
請求項1又は2記載の装置。 The telecentric coupler is
a collecting triplet lens configured to collect the optical signal from the mirror;
and two coupling triplet lenses configured to focus the collected optical signal onto the end of an optical fiber coupled to the spectrograph.
3. Apparatus according to claim 1 or 2.
前記第2光学ウインドウは、前記光学ウインドウの中心軸に対して垂直な中心軸を有する、
請求項1又は2記載の装置。 the apparatus further comprises a second collection system for collecting the plasma emission spectrum through a second optical window located in the wall of the plasma processing chamber;
the second optical window has a central axis perpendicular to the central axis of the optical window;
3. Apparatus according to claim 1 or 2.
請求項1又は2記載の装置。 the plurality of mismatched beams are scanned 25° of the central axis of the optical window across the plasma processing chamber;
3. Apparatus according to claim 1 or 2.
請求項1又は2記載の装置。 The spectroscope is an ultra-broadband high-resolution spectroscope,
3. Apparatus according to claim 1 or 2.
請求項1又は2記載の装置。 the collection system has a low numerical aperture,
3. Apparatus according to claim 1 or 2.
請求項1又は2記載の装置。 the optical signal is collected from 21 mismatched rays;
3. Apparatus according to claim 1 or 2.
プラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバの壁に配置される光学ウインドウと、
前記光学ウインドウを介してプラズマ発光スペクトルを収集する収集システムと、
前記プラズマ発光スペクトルを測定するために前記収集システムに結合される分光器と、
を備え、
前記収集システムは、
前記プラズマ処理チャンバにわたって複数の不一致光線を走査するように構成されたミラーと、
プラズマからの光信号を収集し、前記光信号を前記分光器へ方向づけるためのテレセントリック結合器と、
を有し、
前記ミラーは回転して前記複数の不一致光線を掃引する走査ミラーであり、
前記収集システムは、さらに、前記走査ミラーによる前記複数の不一致光線の回転の中心を、前記走査ミラーから前記光学ウインドウへ又は前記光学ウインドウの近傍へシフトさせるためのミラーシステム、を有し、
前記ミラーシステムは、前記走査ミラーと前記光学ウインドウとの間に配置された、転送ミラーと、折り返しミラーと、を有し、
前記転送ミラーは、収集した前記光信号を前記折り返しミラーに転送するように構成されており、
前記折り返しミラーは、収集した前記光信号を前記走査ミラーに転送するように構成されている、
システム。 A plasma processing system comprising:
a plasma processing chamber;
an optical window positioned in a wall of the plasma processing chamber;
a collection system for collecting the plasma emission spectrum through the optical window;
a spectrometer coupled to the collection system for measuring the plasma emission spectrum;
with
The collection system includes:
a mirror configured to scan a plurality of mismatched beams across the plasma processing chamber;
a telecentric coupler for collecting an optical signal from the plasma and directing said optical signal to said spectrograph;
has
said mirror is a scanning mirror that rotates to sweep said plurality of mismatched beams ;
The collection system further comprises a mirror system for shifting the center of rotation of the plurality of mismatched rays by the scanning mirror from the scanning mirror to or near the optical window;
the mirror system comprises a transfer mirror and a fold mirror positioned between the scanning mirror and the optical window ;
the transfer mirror is configured to transfer the collected optical signal to the fold mirror;
the folding mirror is configured to transfer the collected optical signal to the scanning mirror;
system.
プラズマ処理チャンバと、
前記プラズマ処理チャンバの壁に配置される光学ウインドウと、
前記光学ウインドウを介してプラズマ発光スペクトルを収集する収集システムと、
前記プラズマ発光スペクトルを測定するために前記収集システムに結合される分光器と、
を備え、
前記収集システムは、
前記プラズマ処理チャンバにわたって複数の不一致光線を走査するように構成されたミラーと、
プラズマからの光信号を収集し、前記光信号を前記分光器へ方向づけるためのテレセントリック結合器と、
を有し、
前記収集システムは、さらに、前記ミラーと、前記テレセントリック結合器と、前記分光器とを保持する線形アークステージを有し、
前記線形アークステージは、
走査角度及び線形走査長さを有し、
前記ミラー、前記テレセントリック結合器、及び前記分光器を、回転中心周りのアーク状経路に沿って移動させ、前記プラズマ処理チャンバにわたって前記複数の不一致光線を走査させる、ように構成されており、前記回転中心は前記光学ウインドウに又は前記光学ウインドウの近傍に位置するとともに前記光学ウインドウの中心軸に沿っている、
システム。 A plasma processing system comprising:
a plasma processing chamber;
an optical window positioned in a wall of the plasma processing chamber;
a collection system for collecting the plasma emission spectrum through the optical window;
a spectrometer coupled to the collection system for measuring the plasma emission spectrum;
with
The collection system includes:
a mirror configured to scan a plurality of mismatched beams across the plasma processing chamber;
a telecentric coupler for collecting an optical signal from the plasma and directing said optical signal to said spectrograph;
has
the collection system further comprises a linear arc stage holding the mirror, the telecentric coupler, and the spectrograph;
The linear arc stage is
having a scan angle and a linear scan length,
configured to move the mirror, the telecentric coupler, and the spectrograph along an arcuate path about a center of rotation to scan the plurality of mismatched beams across the plasma processing chamber ; the center is located at or near the optical window and along the central axis of the optical window ;
system .
プラズマ処理チャンバの壁に光学ウインドウを配置するステップと、
前記光学ウインドウを介してプラズマ発光スペクトルを収集する収集システムを提供するステップであって、前記収集システムはミラーとテレセントリック結合器とを有する、ステップと、
前記ミラーを用いて前記プラズマ処理チャンバにわたって複数の不一致光線を走査させるステップと、
前記テレセントリック結合器を介してプラズマから光信号を収集するステップと、
前記プラズマ発光スペクトルを測定するための分光器に光信号を方向づけるステップと、
を含み、
前記ミラーは回転して前記複数の不一致光線を掃引する走査ミラーであり、
前記収集システムは、さらに、前記走査ミラーによる前記複数の不一致光線の回転の中心を、前記走査ミラーから前記光学ウインドウへ又は前記光学ウインドウの近傍へシフトさせるためのミラーシステム、を有し、
前記ミラーシステムは、前記走査ミラーと前記光学ウインドウとの間に配置された、転送ミラーと、折り返しミラーと、を有し、
前記転送ミラーは、収集した前記光信号を前記折り返しミラーに転送するように構成されており、
前記折り返しミラーは、収集した前記光信号を前記走査ミラーに転送するように構成されている、方法。 A method for luminescence measurements, comprising:
placing an optical window in the wall of the plasma processing chamber;
providing a collection system for collecting the plasma emission spectrum through the optical window, the collection system comprising a mirror and a telecentric coupler;
scanning a plurality of mismatched beams across the plasma processing chamber using the mirror;
collecting an optical signal from the plasma through the telecentric coupler;
directing an optical signal to a spectrometer for measuring the plasma emission spectrum;
including
said mirror is a scanning mirror that rotates to sweep said plurality of mismatched beams ;
The collection system further comprises a mirror system for shifting the center of rotation of the plurality of mismatched rays by the scanning mirror from the scanning mirror to or near the optical window;
the mirror system comprises a transfer mirror and a fold mirror positioned between the scanning mirror and the optical window ;
the transfer mirror is configured to transfer the collected optical signal to the fold mirror;
The method, wherein the folding mirror is configured to transfer the collected optical signal to the scanning mirror.
プラズマ処理チャンバの壁に光学ウインドウを配置するステップと、
前記光学ウインドウを介してプラズマ発光スペクトルを収集する収集システムを提供するステップであって、前記収集システムはミラーとテレセントリック結合器とを有する、ステップと、
前記ミラーを用いて前記プラズマ処理チャンバにわたって複数の不一致光線を走査させるステップと、
前記テレセントリック結合器を介してプラズマから光信号を収集するステップと、
前記プラズマ発光スペクトルを測定するための分光器に光信号を方向づけるステップと、
を含み、
前記収集システムは、さらに、前記ミラーと、前記テレセントリック結合器と、前記分光器とを保持する線形アークステージを有し、
前記線形アークステージは、
走査角度及び線形走査長さを有し、
前記ミラー、前記テレセントリック結合器、及び前記分光器を、回転中心周りのアーク状経路に沿って移動させ、前記プラズマ処理チャンバにわたって前記複数の不一致光線を走査させる、ように構成されており、前記回転中心は前記光学ウインドウに又は前記光学ウインドウの近傍に位置するとともに前記光学ウインドウの中心軸に沿っている、
方法。 A method for luminescence measurements, comprising:
placing an optical window in the wall of the plasma processing chamber;
providing a collection system for collecting the plasma emission spectrum through the optical window, the collection system comprising a mirror and a telecentric coupler;
scanning a plurality of mismatched beams across the plasma processing chamber using the mirror;
collecting an optical signal from the plasma through the telecentric coupler;
directing an optical signal to a spectrometer for measuring the plasma emission spectrum;
including
the collection system further comprises a linear arc stage holding the mirror, the telecentric coupler, and the spectrograph;
The linear arc stage is
having a scan angle and a linear scan length,
configured to move the mirror, the telecentric coupler, and the spectrograph along an arcuate path about a center of rotation to scan the plurality of mismatched beams across the plasma processing chamber ; the center is located at or near the optical window and along the central axis of the optical window ;
Method.
複数の不一致光線の回転中心を前記光学ウインドウに又は前記光学ウインドウの近傍にミラーシステムを用いてシフトさせるステップであって、前記ミラーシステムは少なくとも転送ミラー及び折り返しミラーを有する、ステップを含む、
請求項17又は18記載の方法。 The method further comprises:
shifting the center of rotation of a plurality of mismatched rays to or near the optical window using a mirror system, the mirror system comprising at least a transfer mirror and a fold mirror;
19. A method according to claim 17 or 18 .
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