JP7441944B2 - プラズマ対向センサを有するプロセスセンサ及び光学壁 - Google Patents

プラズマ対向センサを有するプロセスセンサ及び光学壁 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１９年１１月１３日出願の米国特許非仮出願第１６／６８２，６１６号の優先権を主張し、その全内容は参照によって本明細書に組み込まれる。
実施形態は、半導体製造の分野に関し、具体的には、チャンバ表面状態及びチャンバ処理パラメータを監視するためのインシトゥ光学センサを提供するためのシステム及び方法に関する。
関連技術の記載
チャンバの表面の変化は、様々な処理パラメータに影響を及ぼす。例えば、エッチング副生成物のチャンバ壁への再堆積は、所与のプロセスのエッチング速度を変更し得る。したがって、基板がチャンバ内で処理されると、エッチング速度（又は他のプロセスパラメータ）が変化し、基板間の不均一な処理をもたらし得る。
処理条件の変化を説明するために、発光分光法（ＯＥＳ）が処理チャンバに実装されている。ＯＥＳは、チャンバの中のプラズマの発光スペクトルを監視することを伴う。窓がチャンバ壁に沿って配置され、発光スペクトルは、窓を通ってチャンバの外側のセンサに至る光路に沿って通過し得る。プラズマのスペクトルが変化するにつれて、処理動作の定性的分析を推論することができる。特に、ＯＥＳは、処理動作の終点がいつ満たされたかを特定するのに有用である。最良の測定値を提供するために、窓は、光路に沿って堆積が生じないように設計される。更に、終点分析は可能であるが、現在、既存のＯＥＳシステムを用いて定量的分析を実装するためのプロセスは存在しない。
本明細書に開示の実施形態は、プラズマ処理ツールで使用するための光学センサシステムを含む。一実施形態では、光学センサシステムは、第１の表面と、第１の表面と反対を向いている第２の表面とを有する光学的に透明な本体を備える。一実施形態では、光学的に透明な本体は、第２の表面から奥まった第３の表面を更に含む。一実施形態では、光学センサシステムは、第３の表面の上のターゲットと、第１の表面をターゲットに光学的に結合する第１のリフレクタとを更に備える。
本明細書に開示の実施形態は、光学センサも備え得る。一実施形態では、光学センサは、光学的に透明な本体を備える。一実施形態では、光学的に透明な本体は、第１の表面、第１の表面と反対側の第２の表面、及び第２の表面の中に奥まった第３の表面を含む。一実施形態では、光学センサは、第３の表面の上のターゲットと、光学的に透明な本体に埋め込まれた第１のリフレクタと、光学的に透明な本体に埋め込まれた第２のリフレクタとを更に備える。一実施形態では、光学センサは、光学的に透明な本体に光学的に結合した光源と、光学的に透明な本体に光学的に結合した光学検出器とを更に備える。
本明細書に開示の実施形態は、プラズマ処理チャンバも備え得る。一実施形態では、プラズマ処理チャンバは、プラズマ処理チャンバの壁を通過する光学感知システムを備える。光学感知システムは、レンズと、レンズに隣接した光学的に透明な本体とを備える。一実施形態では、光学的に透明な本体は、レンズに向く第１の表面と、第１の表面と反対側の第２の表面と、第２の表面の中に奥まった第３の表面であって、処理チャンバの中央を向く、第３の表面とを備える。一実施形態では、光学感知システムは、第３の表面の上のターゲットと、光学的に透明な本体に埋め込まれた第１のリフレクタとを更に備える。
一実施形態に係る、光学センサシステムを有する処理ツールの断面図である。 一実施形態に係る、奥まったターゲット、及びリフレクタを有する光学センサシステムの断面図である。 一実施形態に係る、光路がターゲットを通過する、奥まったターゲットを有する光学センサシステムの断面図である。 一実施形態に係る、光路がターゲットの裏面に反射する、ターゲットを有する光学センサシステムの断面図である。 一実施形態に係る、反射性被覆を含む光学的に透明な本体を有する光学センサシステムの断面図である。 一実施形態に係る、レンズ表面を含む光学的に透明な本体を有する光学センサシステムの断面図である。 一実施形態に係る、ターゲットの上の被覆を有する光学センサシステムの断面図である。 一実施形態に係る、光を光学検出器に反射するためのプリズムを有する光学センサシステムの断面図である。 一実施形態に係る、フィルタを有する光学センサシステムの断面図である。 一実施形態に係る、光学センサシステムのアレイを有するチャンバの断面平面図である。 一実施形態に係る、チャンバ壁を通過する光路を有する光学センサと併せて使用され得る例示的なコンピュータシステムのブロック図である。
本明細書に記載のシステム及び方法は、チャンバ状態、及び／又はチャンバの中の処理状態をインシトゥ監視するための光学センサを含む。以下の記載においては、実施形態の網羅的な理解を提供するために多数の具体的な詳細事項が明記される。当業者には、これらの具体的な詳細がなくとも実施形態が実施され得ることが明らかとなろう。他の事例では、実施形態が不必要に不明瞭にならないように、周知の態様については詳細に記載していない。更に、添付の図に示す様々な実施形態が例示的な表現であり、必ずしも縮尺通りには描かれないことを理解されたい。
上述のように、現在利用可能な発光分光法（ＯＥＳ）システムは、終点決定などの機能を達成するための定性的測定を提供することはできるが、現在精密な定量的測定を提供することはできない。エッチング速度などの処理パラメータは、既存のＯＥＳシステムで直接測定することはできない。したがって、本明細書に開示の実施形態は、基準信号及びプラズマ発光スペクトルを測定する光学センサシステムを含む。例えば、基準信号は、光源で開始し、チャンバ壁を通過し、チャンバの中のターゲット表面から反射して、センサに向かって戻る。基準信号及び発光スペクトルは同じ光学センサシステム内を通過するので、基準信号は、チャンバを開けて動作を中断することなく、光路に起因する損失を特定するのに使用され得る。これは、発光スペクトルの正確かつ定量的な測定を可能にする。したがって、較正されたプラズマ発光スペクトルは、エッチング速度などの処理パラメータを特定するのに使用され得る。
更に、現在利用可能なＯＥＳシステムは、光路に沿った堆積を防止するように設計されるが、本明細書に開示の実施形態は、処理環境に曝露されるターゲットを含む。幾つかの実施形態では、ターゲットは、チャンバの内面に実質的に一致するように選択され得る。加えて、ターゲットは、プラズマに向くように方向付けられ得る。これは、ターゲットがチャンバ表面と実質的に同じ環境条件をもつことを確実にする。したがって、ターゲット上への堆積は、チャンバの内面上に見られる堆積と実質的に類似している。ターゲットは、ソースによって放出された光子と相互作用し、したがって、堆積された膜の特性又は壁材料の変換を特定するのに使用され得る。例えば、光子のスペクトルの部分の吸収は、膜の特定の材料組成及び／又は厚さに相関させることができる。
したがって、本明細書に開示の実施形態は、処理条件、基板条件、及び／又はチャンバ条件の定量的なインシトゥ測定を可能にする。定量的測定は、本明細書に開示の実施形態によって提供されるので、実施形態は、チャンバ一致測定（すなわち、種々のチャンバで実装される単一のプロセスの比較）を可能にし得る。幾つかの実施形態では、単一の光学センサが処理チャンバの中に含まれてもよい。他の実施形態は、処理チャンバの外周に配置された光学センサのアレイを含んでもよい。かかる実施形態は、チャンバ均一性データ（例えば、プラズマ均一性、チャンバ表面均一性、基板均一性等）が取得されることを可能にし得る。更に、かかる実施形態はまた、チャンバ異常（例えばチャンバドリフト）の兆候を提供し得る。
ここで図１を参照すると、一実施形態による、処理ツール１００の断面図が示される。一実施形態では、処理ツール１００はチャンバ１０５を備える。例えば、チャンバ１０５は、低圧処理動作に適していることがある。一実施形態では、処理動作は、チャンバ１０５の中でのプラズマ１０７の生成を含み得る。一実施形態では、基板支持体１０８がチャンバ１０５の中にある。基板支持体１０８は、チャック（例えば、静電チャック、真空チャックなど）、又は処理中に一以上の基板を載置することができる任意の他の適切な支持体であり得る。
一実施形態では、処理ツール１００は、インシトゥ光学センサ１２０を備え得る。インシトゥ光学センサ１２０は、チャンバ１０５の表面を通過することにより、光学センサ１２０の第１の部分がチャンバ１０５の内側にあり、光学センサの第２の部分がチャンバ１０５の外側にある。一実施形態では、光学センサ１２０は、チャンバ１０５の側壁を通過するものとして示される。しかし、光学センサ１２０は、チャンバ１０５の任意の表面を通して配置されてもよいことを理解されたい。
図示された実施形態では、単一の光学センサ１２０が示される。しかし、実施形態はかかる構成に限定されず、２つ以上の光学センサ１２０が処理ツール１００に含まれてもよいことを理解されたい。更に、光学センサ１２０は、チャンバ１０５を通る単一の光学的開口部（すなわち窓）のみを必要とする。より詳細に後述するように、光路は、ソース１３７からの光子を反射して同じ開口部を通って戻す光路に沿ったターゲット１２１を含む。例えば、一以上のリフレクタ１２３が光路に沿って含まれてもよい。これは、チャンバ１０５の空間を横切る光路を必要とし、チャンバを通る少なくとも２つの光学開口部を必要とする既存のシステムと対照的である。
一実施形態では、ターゲット１２１は、チャンバ１０５の内部に向くように方向付けられる。ターゲット１２１がチャンバ１０５の内部に向くように、ターゲット１２１を方向付けることにより、ターゲット１２１の表面を、処理動作中にチャンバの内面が修正されるのと実質的に同じ方法で修正することが可能になる。例えば、チャンバ１０５の内面上に堆積された副生成物は、ターゲット１２１上にも堆積され得る。更に、ターゲット１２１のかかる向きは、チャンバ１０５の内面と実質的に同じイオン及び／又は電子衝突にターゲットを曝露する。したがって、ターゲット１２１上の化学反応は、チャンバ１０５の内面上の化学反応と実質的に類似している。特定の実施形態では、ターゲット１２１は、チャンバ１０５の内面と同じ材料を含むことがある。したがって、ターゲット１２１の表面への変化は、チャンバ１０５の内面への変化に実質的に一致すると仮定することができる。このようにして、チャンバ表面監視が、光学センサ１２０によって実装され得る。
更なる実施形態では、ターゲット１２１は格子を含み得る。格子は、入射光の既知の波長依存の回折角を提供するように作製され得る。格子が変更されると（例えば、堆積、材料除去、又は材料変換によって）、ターゲットへの変化は、光学検出器で受け取られる強度の変化として検出され得、チャンバ状態を監視するための付加的な機構として役割を果たし得る。
一実施形態では、光学センサ１２０はハウジングを備える。一実施態様では、ハウジングは、第１のハウジング１２４及び第２のハウジング１２２を含み得る。一実施形態では、第１のハウジング１２４は、任意の適切なファスナで第２のハウジング１２２に締結され得る。他の実施形態では、ハウジングは単一構造であってもよい。すなわち、第１のハウジング１２４と第２のハウジング１２２とは、単一構造に結合されてもよい。更に、第１のハウジング１２４及び第２のハウジング１２２が開示されているが、ハウジングは、ひとまとめに結合された任意の数の構成要素を含み得ることを理解されたい。
一実施形態では、第１のハウジング１２４は、チャンバ１０５を通過してチャンバ１０５の内部に入る光学的に透明な本体１２６を固定し得る。一実施形態では、光学的に透明な本体１２６は、石英、サファイアなどであり得る。光学的に透明な本体１２６は、プラズマ１０７からの光子が光学センサ１２０に入ることを可能にする。加えて、ソース１３７からの光は、光学的に透明な本体１２６を通って伝搬し、リフレクタ１２３及びターゲット１２１のうちの一以上から反射し得る。
幾つかの実施形態では、レンズ１２５は、第１のハウジング１２４と第２のハウジング１２２との間に固定される。レンズ１２５は、光路に沿って通過する光子を集束させるために、ソース１３７とターゲット１２１との間の光路に沿って配置される。幾つかの実施形態では、レンズ１２５は、チャンバ１０５を通る開口部を閉鎖するシールの一部であり得る。例えば、Оリングなど（図示せず）は、チャンバ１０５の方に向くレンズ１２５の表面に載せられてもよい。
一実施形態では、光学センサ１２０は、ソース１３７及び光学検出器１３８を更に備え得る。ソース１３７及び光学検出器１３８は、光路に光学的に結合され得る。例えば、光ファイバケーブル１３２は、第２のハウジング１２２から延伸し得る。一実施形態では、光ファイバケーブル１３２は、光ファイバケーブル１３５からソース１３７に分岐するスプリッタ１３４と、光学検出器１３８に至る光ファイバケーブル１３６とを備え得る。
一実施形態では、ソース１３７は、光路に沿って光子を伝播するための任意の適切なソースであり得る。特に、実施形態は、高精度源１３７を含む。高精度源１３７は、光学センサ１２０で測定値を較正するための基準ベースラインとして使用され得る既知の電磁スペクトル又は特定の波長及び強度を提供する。一実施形態では、ソース１３７は、単一波長源であってもよい。例えば、ソース１３７は、レーザ又は発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。他の実施形態では、ソース１３７は、広帯域光源であってもよい。例えば、ソース１３７は、アークフラッシュランプ（例えば、キセノンフラッシュランプ）であってもよい。
一実施形態では、光学検出器１３８は、光子を検出するための任意の適切なセンサであり得る。一実施形態では、光学検出器１３８は、分光計を含み得る。例えば、分光計は、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）アレイを有し得る。他の実施形態では、光学検出器１３８は、光子の特定の波長を受けやすいフォトダイオードを有し得る。
ここで、図２Ａを参照すると、一実施形態による、光学センサ２２０の断面図が示される。一実施形態では、光学センサ２２０は、第１のハウジング２２４及び第２のハウジング２２２を備える。第１のハウジング２２４は、チャンバ壁２０５を通過する光学的に透明な本体２２６を固定し得る。一実施形態では、光学的に透明な本体２２６は、第１の表面２５１、及び第１の表面２５１と反対側の第２の表面２５２を含む。一実施形態では、光学的に透明な本体２２６の第３の表面２５３は、第２の表面２５２から奥まっている。
一実施形態では、ターゲット２２１は、第３の表面２５３の上に配設される。幾つかの実施形態では、ターゲット２２１は、チャンバ２０５の内面と同じ材料を含み得る。一実施形態では、ターゲット２２１は、処理チャンバの内部に曝露される。
一実施形態では、第１のリフレクタ２２３Ａ及び第２のリフレクタ２２３Ｂは、光学的に透明な本体２２６に埋め込まれる。リフレクタ２２３Ａ及び２２３Ｂを光学的に透明な本体２２６に埋め込むことにより、チャンバ内の環境がリフレクタ２２３Ａ及び２２３Ｂを変更することを防止する。第１のリフレクタ２２３Ａ及び第２のリフレクタ２２３Ｂは、第２の表面２５２と第３の表面２５３との間に配置され得る。図２Ａに示される特定の実施形態では、第１のリフレクタ２２３Ａ及び第２のリフレクタ２２３Ｂは、光学的に透明な本体２２６の角に位置する。一実施形態では、リフレクタ２２３Ａ及び２２３Ｂは、任意の適切なリフレクタであり得る。例えば、リフレクタ２２３Ａ及び２２３Ｂは、表面状のミラー、格子、又は光の経路を変更するのに適した任意の他の構造であってもよい。
一実施形態では、光路は、光学センサ２２０を通過し得る。光路は、複数の光線追跡２４１～２４４で図２Ａに表される。光路は、光ケーブル２３２から第１のリフレクタ２２３Ａへの光線２４１から始まる。光路は、第１のリフレクタ２２３Ａからターゲット２２１へ反射する光線２４２で続く。すなわち、第１のリフレクタ２２３Ａは、ターゲット２２１に光学的に結合されていると言及してもよい。一実施形態では、光路は、ターゲット２２１から第２のリフレクタ２２３Ｂへ反射する光線２４３で続く。すなわち、第２のリフレクタ２２３Ｂは、ターゲット２２１に光学的に結合されていると言及してもよい。一実施形態では、光路は、第２のリフレクタ２２３Ｂから光ケーブル２３２へ反射する光線２４４で続く。
図２Ａに示されるように、光線２４２及び２４３は、光学的に透明な本体２２６の部分を通って、及びチャンバ２０５の内部の部分を通って伝搬し得る。すなわち、光線２４２は、光学的に透明な本体２２６内で始まり、（側壁を通って）光学的に透明な本体２２６から出て、その後ターゲット２２１に到達する。同様に、光線２４３は、光学的に透明な本体２２６の外側から始まり、（側壁を通って）光学的に透明な本体２２６に入り、その後第２のリフレクタ２２３Ｂに到達する。したがって、ターゲット２２１は、光学的に透明な本体２２６の外部にあってもよい。このことは、ターゲット２２１がチャンバ２０５の内面と実質的に同じ環境条件に曝露されることを可能にする。
一実施形態では、チャンバ２０５の内側の処理環境からの光子２４５は、光学的に透明な本体２２６の側壁を通って光学的に透明な本体２２６に入り得る。一実施形態では、光子２４５は、光学的に透明な本体２２６を通過し、光ケーブル２３２に入る。光子２４５の図は、いかなる反射面にも接触せず曲がって示されている。しかし、これは単なる図示のためであり、光子２４５は、光ケーブル２３２に到達する前に、任意の数の表面から反射し得ることを理解されたい。
一実施形態では、光学センサ２２０は、レンズ２２５を更に備え得る。一実施形態では、レンズは、光学センサ２２０を通過する光子（例えば、光線２４１、光線２４４、又は光線２４５）を集束させるのに使用され得る。一実施形態では、光学センサ２２０は、光学的に透明な本体２２６の第１の表面２５１に隣接し得る。図示のように、第１の表面２５１は、レンズ２２５の形状に適合する。他の実施形態では、第１の表面２５１は、実質的に平面であり得る。
ここで、図２Ｂを参照すると、更なる実施形態による、光学センサ２２０の断面図が示される。一実施形態では、図２Ｂの光学センサ２２０は、リフレクタ２２３Ａ及び２２３Ｂの配置を除いて、図２Ａの光学センサ２２０と類似し得る。更に、奥まった第３の表面２５３は、図２Ａの奥まった第３の表面２５３とは異なる構成を有し得る。
図示のように、奥まった第３の表面２５３は、光学的に透明な本体２２６の単一の突出部のみがターゲット２２１を過ぎて延在する結果となる。一実施形態では、第１のリフレクタ２２３Ａは、光学的に透明な本体２２６の突出部内に配置され得る。すなわち、第１のリフレクタ２２３Ａは、第２の表面２５２と第３の表面２５３との間に配置され得る。一実施形態では、第２のリフレクタ２２３Ｂは、第３の表面２５３と第１の表面２５１との間に配置され得る。
第２のリフレクタ２２３Ｂの位置への変化は、光学的に透明な本体２２６を通る別の光路をもたらす。図示のように、第１の光線２４１は、光学的に透明な本体２２６を通過し、第１のリフレクタ２２３Ａを横切る。次いで、反射された第２の光線２４２Ａは、光学的に透明な本体２２６の外側を通過し、ターゲット２２１を横切る。一実施形態では、光路はターゲット２２１を通って続く。すなわち、第２の光線２４２Ａの一部分は、ターゲット２２１を通過して、光学的に透明な本体２２６（すなわち、第３の光線２４２Ｂ）に戻る。第３の光線２４２Ｂは、第２のリフレクタ２２３Ｂを横切る。第２の光線２４２Ａの一部分は、ターゲット２２１（すなわち、第４の光線２４２Ｃ）から反射し得る。一実施形態では、次いで、光路は、光ケーブル２３２へと続く第５の光線２４３で続く。
かかる光路は、光路がターゲット２２１を通過するという点で図２Ａの光路とは異なる。したがって、ターゲット２２１が（例えば、材料の堆積、材料のエッチングなどによって）変化すると、光線２４２Ｂの強度及び／又は光線２４２Ｂの波長が変化する。
ここで、図２Ｃを参照すると、更なる実施形態による、光学センサ２２０の断面図が示される。図２Ｃでは、ターゲット２２１は、第２の表面２５２の上に配置される。すなわち、幾つかの実施形態では、奥まった第３の表面は存在しない。かかる実施形態では、光路は、光学的に透明な本体２２６内に残る。例えば、第１の光線２４１は、光学的に透明な本体２２６を通過し、ターゲット２２１の裏面を横切る。一部分（すなわち、光線２４２Ｂ）は、ターゲット２２１を通過し、一部分（すなわち、光線２４２Ａ）は、反射して光ケーブル２３２に戻る。図２Ｂの実施形態と同様に、ターゲット２２１が変化すると（例えば、材料の堆積、材料のエッチングなどによって）、光線２４２Ａの強度及び／又は光線２４２Ａの波長が変化する。しかし、図２Ｃの実施形態は、図２Ｂの関心のある光がターゲット２２１を通過する光であるが、図２Ｃの関心のある光がターゲット２２１から反射される光であるという点で、図２Ｂの実施形態とは異なる。
ここで、図２Ｄを参照すると、更なる実施形態による、光学センサ２２０の断面図が示される。一実施形態では、図２Ｄの光学センサ２２０は、更なるリフレクタが含まれることを除いて、図２Ａの光学センサ２２０と実質的に類似している。特に、図２Ｄに示す実施形態は、光学的に透明な本体２２６の一部分の外周を取り囲むリフレクタ２６１を更に備える。例えば、リフレクタ２６１は、チャンバ開口部内にあり、ハウジング２２４によって囲まれた光学的に透明な本体２２６の表面を覆うことができる。かかるリフレクタは、処理環境から抽出される光線２４５からの光量を増加させ得る。
ここで、図２Ｅを参照すると、更なる実施形態による、光学センサ２２０の断面図が示される。図２Ｅの光学センサ２２０は、別個のレンズ２２５が除去されることを除いて、図２Ａの光学センサ２２０と実質的に類似している。すなわち、本明細書に開示の実施形態は、集束レンズを含まない光学センサ２２０を含み得る。他の実施形態では（図２Ｅに示すように）、光学的に透明な本体２２６は、レンズを提供するように形作られた第１の表面２５１を含み得る。したがって、光学的に透明な本体２２６は、一体化されたレンズを有し得る。
ここで、図３を参照すると、一実施形態による、光学センサ３２０の使用を示す断面図が示される。一実施形態では、光学センサ３２０は、上述の光学センサ２２０のいずれかと実質的に類似であってもよい。特定の実施形態では、光学センサ３２０は、図２Ａに示される光学センサ２２０と実質的に類似している。すなわち、光学センサ３２０は、第１のハウジング３２４、第２のハウジング３２２、レンズ３２５、及び光学的に透明な本体３２６を備え得る。光学センサ３２０は、チャンバ３０５の穴を通して挿入され得る。
一実施形態では、光学的に透明な本体３２６は、第１の表面３５１、第２の表面３５２、及び奥まった第３の表面３５３を含み得る。一実施形態では、第１のリフレクタ３２３Ａ及び第２のリフレクタ３２３Ｂは、第３の表面３５３と第２の表面３５２との間に配置され得る。一実施形態では、ターゲット３２１は、第３の表面３５３の上に配設され得る。ターゲット３２１は、チャンバ３０５の内面と実質的に同じ材料を含み得る。
一実施形態では、チャンバ３０５の表面の上及びターゲット３２１の表面の上に膜３０６が配設され得る。膜３０６は、チャンバ３０５の中で実装される処理動作の副生成物であってもよい。例えば、膜３０６は、エッチングプロセスの副生成物の再堆積であってもよい。ターゲット３２１の表面がチャンバ３０５の内面と同じ材料である実施形態では、ターゲット３２１上の膜３０６は、チャンバ３０５の内面上の膜３０６を表す。特に、ターゲット３２１はチャンバ３０５の内部に向くので、ターゲット３２１は、チャンバ表面と実質的に同じ処理環境（例えば、チャンバ３０５の内面と実質的に同じイオン及び／又は電子衝突）を受ける。
一実施形態では、膜３０６の光学測定は、センサ３２０を使用して行うことができる。例えば、ソース（図示せず）からの光は、ターゲット３２１の上の膜３０６を横切る光路に沿って伝搬され、その後光学検出器（図示せず）に到達し得る。光源及び光学検出器は、光ケーブル３３２によって光学センサ３２０に光学的に結合され得る。一実施形態では、光線３４１～３４４は、図２Ａに関して上述した光路と実質的に類似した光路を示す。
ソースは、既知のスペクトル及び強度を有する光子を放出するので、膜３０６の堆積前の光学検出器による光線３４４の測定は、光路に沿った損失のベースラインを提供する。かかる測定値は、本明細書では、基準信号測定値と称され得る。したがって、ソースの既知のスペクトル及び強度に対する光線３４４の測定値（例えば、スペクトル及び強度）の間の差は、光学センサ３２０に固有の損失の測度を提供する。したがって、既知の損失を使用して、後に取得される信号を較正することができる。
光学センサ３２０は、膜３０６の一以上の特性を特定するために使用され得る。一実施形態では、反射光線３４４を測定して、基準信号測定値に対する差を見出すことができる。例えば、膜３０６が堆積された後、反射光線３４４の特定の波長の減少（基準信号測定値に対する）を使用して、膜３０６を含む材料を特定することができる。特に、特定の材料は、基準信号のスペクトルの部分を優先的に吸収する。したがって、強度が減少した反射光線３４４の部分を識別することにより、膜３０６の組成物を特定することが可能になる。加えて、膜３０６の堆積に続く反射光線３４４への変更によって、膜の厚さを識別することも可能である。
加えて、プラズマによって放出された光子は、センサによって感知され得る。例えば、プラズマ信号３４５は、光学的に透明な本体３２６の側壁を通過し、光路に沿って光学検出器（図示せず）に伝搬し得る。次いで、プラズマ信号３４５の測定値は、光学センサ３２０に固有の既知の損失を追加して戻すことによって補正され得る。したがって、プラズマによって放出された光子の定量的測定が提供され得る。
ここで、図４Ａを参照すると、更なる実施形態による、光学センサ４２０の断面図が示される。図４Ａの光学センサ４２０は、ソース４３７及び光学検出器４３８が第２のハウジング４２２に直接一体化されることを除いて、図２Ａの光学センサ２２０と実質的に類似している。例えば、光線４４１は、リフレクタ４２３Ａ及び４２３Ｂ及びターゲット４２１に向かってプリズム４３９及びレンズ４２５を通過してもよく、反射光線４４４及びプラズマ信号４４５は、プリズム４３９によって光学検出器４３８に向かって方向変更されてもよい。したがって、ソース４３７及び光学検出器４３８の光路への光結合は、光ファイバケーブルなしで実装されてもよい。かかる実施形態はまた、よりコンパクトな光学センサ４２０を提供し得る。
ここで、図４Ｂを参照すると、更なる実施形態による、光学センサ４２０の断面図が示される。図４Ｂの光学センサ４２０は、フィルタ４４７が光路に沿って配置されることを除いて、図２Ａの光学センサ２２０と実質的に類似している。一実施形態では、フィルタ４４７は、信号対雑音比を改善し、光学センサの性能を改善するために、特定の通過帯域を提供し得る。一実施形態では、フィルタ４４７は、レンズ４２５とセンサ（図示せず）との間に配置される。すなわち、フィルタ４４７は、処理環境から保護されるために、チャンバ空間の外側に配置される。
ここで、図５を参照すると、一実施形態による、処理ツール５００の断面平面図が示される。一実施形態では、処理ツール５００は、チャンバ５０５を備え得る。基板支持体５０８（例えばチャックなど）がチャンバ５０５内に位置し得る。一実施形態では、複数の光学センサ５２０Ａ～Ｅが、チャンバ５０５の外周のアレイに配列される。光学センサ５２０Ａ～Ｅは、上述した光学センサのうちの一以上に実質的に類似していることがある。図示された実施形態において、５つの光学センサ５２０Ａ～Ｅが示される。しかし、任意の数の光学センサ５２０が処理ツール５００に含まれてもよいことを理解すべきである。複数の光学センサ５２０の使用は、均一性データを取得することを可能にする。例えば、プラズマの均一性及び／又は壁の状態の均一性が取得され得る。加えて、チャンバドリフトが特定され得る。
ここで、図６を参照すると、処理ツールの例示的なコンピュータシステム６６０のブロック図が一実施形態にしたがって示される。一実施形態では、コンピュータシステム６６０が処理ツールに結合され、処理ツールでの処理を制御する。コンピュータシステム６６０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ：Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、イントラネット、エクストラネット、又はインターネットにおいて、他のマシンに接続され（例えばネットワーク化され）得る。コンピュータシステム６６０は、クライアント－サーバネットワーク環境においてはサーバ若しくはクライアントマシンの役割で、又は、ピアツーピア（又は分散）ネットワーク環境においてはピアマシンとして動作し得る。コンピュータシステム６６０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ：ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、タブレットＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ：ｓｅｔ－ｔｏｐ ｂｏｘ）、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯電話、ウェブアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチ若しくはブリッジ、又は、そのマシンによって行われる動作を特定する（連続した又は別様な）命令のセットを実行可能な任意のマシンであり得る。更に、コンピュータシステム６６０として単一のマシンのみを示しているが、「マシン」という用語は、本明細書に記載の方法のうちの任意の一以上を実行するために、命令のセット（又は複数のセット）を個々に、又は連携的に実行するマシン（例えばコンピュータ）の任意の集合体を含むとも解釈すべきである。
コンピュータシステム６６０は、命令が記憶されている非一時的機械可読媒体を有する、コンピュータプログラム製品又はソフトウェア６２２を含んでよく、命令は、実施形態によるプロセスを実行するコンピュータシステム６６０（又はその他の電子デバイス）をプログラムするために使用され得る。機械可読媒体は、マシン（例えばコンピュータ）が可読な形態で情報を記憶又は送信するための、任意の機構を含む。例えば、機械可読（例えばコンピュータ可読）媒体は、機械（例えばコンピュータ）が可読な記憶媒体（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリデバイス等）や、マシン（例えばコンピュータ）が可読な送信媒体（電気的形態、光学的形態、音響的形態、又はその他の形態の、例えば赤外信号やデジタル信号といった伝搬信号）等を、含む。
一実施形態では、コンピュータシステム６６０は、バス６３０を介して互いに通信する、システムプロセッサ６０２と、メインメモリ６０４（例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、シンクロナスＤＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）又はランバスＤＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）などのダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）等）と、スタティックメモリ６０６（例えばフラッシュメモリやスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）等）と、二次メモリ６１８（例えばデータ記憶デバイス）とを、含む。
システムプロセッサ６０２は、一以上の汎用処理デバイス（例えばマイクロシステムプロセッサや中央処理ユニットなど）を表す。より具体的には、システムプロセッサは、複合命令セット演算（ＣＩＳＣ）マイクロシステムプロセッサ、縮小命令セット演算（ＲＩＳＣ）マイクロシステムプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロシステムプロセッサ、その他の命令セットを実装するシステムプロセッサ、又は、命令セットの組み合わせを実装するシステムプロセッサであり得る。システムプロセッサ６０２は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号システムプロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークシステムプロセッサなどの、一以上の特殊用途処理デバイスでもあり得る。システムプロセッサ６０２は、本明細書に記載の動作を実行するための処理論理６２６を実行するように構成される。
コンピュータシステム６６０は、その他のデバイス又は機械と通信するためのシステムネットワークインターフェースデバイス６０８を、更に含み得る。コンピュータシステム６６０は、ビデオディスプレイユニット６１０（例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）、発光ダイオードディスプレイ（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、又は陰極線管（ＣＲＴ：ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ））、英数字入力デバイス６１２（例えばキーボード）、カーソル制御デバイス６１４（例えばマウス）、及び信号生成デバイス６１６（例えばスピーカ）も含み得る。
二次メモリ６１８は、本明細書に記載の方法又は機能のうちの一以上の任意のものを具現化する、一以上の命令セット（例えばソフトウェア６２２）が記憶されている、機械アクセス可能記憶媒体６３１（又は、より具体的には、コンピュータ可読記憶媒体）を含み得る。ソフトウェア６２２は、コンピュータシステム６６０によって実行されている間、完全に又は少なくとも部分的に、メインメモリ６０４及び／又はシステムプロセッサ６０２内に常駐していてもよく、メインメモリ６０４及びシステムプロセッサ６０２は更に、機械可読記憶媒体を構成する。ソフトウェア６２２は更に、システムネットワークインターフェースデバイス６０８を介して、ネットワーク６２０上で送信又は受信され得る。一実施形態では、ネットワークインタフェースデバイス６０８は、ＲＦ結合、光結合、音響結合、又は誘導結合を使用して動作し得る。
例示的な一実施形態では、機械アクセス可能記憶媒体６３１を単一の媒体として示しているが、「機械可読記憶媒体（ｍａｃｈｉｎｅ－ｒｅａｄａｂｌｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｍｅｄｉｕｍ）」という用語は、一以上の命令セットを記憶する単一の媒体又は複数の媒体（例えば、集中データベース若しくは分散データベース、並びに／又は、関連のキャッシュ及びサーバ）を含むと、解釈すべきである。「機械可読記憶媒体」という用語は、マシンによって実行される命令セットを記憶すること又は符号化することが可能であり、かつ、方法のうちの一以上の任意のものをマシンに実行させる、任意の媒体を含むとも、解釈すべきである。したがって、「機械可読記憶媒体」という用語は、固体状態メモリと、光媒体及び磁気媒体とを含むがそれらに限定されるわけではないと、解釈すべきである。
前述の明細書において、特定の例示的な実施形態について記載してきた。以下の特許請求の範囲から逸脱しなければ、かかる実施形態に様々な改変が加えられ得ることが、明らかになろう。したがって、本明細書及び図面は、限定を意味するのではなく、例示を意味すると見なすべきである。

Claims (20)

  1. 光学センサシステムであって、
    第１の表面と、前記第１の表面と反対を向いている第２の表面とを有する光学的に透明な本体であって、前記第２の表面から奥まった第３の表面を更に含む、光学的に透明な本体と、
    前記第３の表面の上のターゲットと、
    前記第１の表面を前記ターゲットに光学的に結合する第１のリフレクタと、
    前記第１の表面を前記ターゲットに光学的に結合する第２のリフレクタと
    を備え、
    前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタが、前記第２の表面と前記第３の表面との間にある、光学センサシステム。
  2. 光学センサシステムであって、
    第１の表面と、前記第１の表面と反対を向いている第２の表面とを有する光学的に透明な本体であって、前記第２の表面から奥まった第３の表面を更に含む、光学的に透明な本体と、
    前記第３の表面の上のターゲットと、
    前記第１の表面を前記ターゲットに光学的に結合する第１のリフレクタと、
    前記第１の表面を前記ターゲットに光学的に結合する第２のリフレクタと
    を備え、
    前記第１のリフレクタが、前記第２の表面と前記第３の表面との間にあり、前記第２のリフレクタが、前記第１の表面と前記第３の表面との間にある、光学センサシステム。
  3. 前記第１のリフレクタ及び第２のリフレクタが、前記光学的に透明な本体に埋め込まれている、請求項１又は２に記載の光学センサシステム。
  4. 光路が、前記ターゲットを通過する、請求項１又は２に記載の光学センサシステム。
  5. ハウジングと、
    前記ハウジング内のレンズであって、前記光学的に透明な本体の前記第１の表面に隣接している、レンズと
    を更に備える、請求項１又は２に記載の光学センサシステム。
  6. 前記光学的に透明な本体の前記第１の表面がレンズである、請求項１又は２に記載の光学センサシステム。
  7. 前記光学的に透明な本体に光学的に結合した光源と、
    前記光学的に透明な本体に光学的に結合した光学検出器と
    を更に備える、請求項１又は２に記載の光学センサシステム。
  8. 前記光源が、単一波長源又は広帯域光源である、請求項７に記載の光学センサシステム。
  9. 前記光学検出器が、単一波長検出器又は分光計である、請求項７に記載の光学センサシステム。
  10. 光学センサであって、
    光学的に透明な本体であって、
    第１の表面、
    前記第１の表面と反対側の第２の表面、及び
    前記第２の表面の中に奥まった第３の表面を含む、光学的に透明な本体と、
    前記第３の表面の上のターゲットと、
    前記光学的に透明な本体に埋め込まれた第１のリフレクタと、
    前記光学的に透明な本体に埋め込まれた第２のリフレクタと、
    前記光学的に透明な本体に光学的に結合した光源と、
    前記光学的に透明な本体に光学的に結合した光学検出器と
    を備え、
    前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタが、前記第２の表面と前記第３の表面との間に配置されている、光学センサ。
  11. 光学センサであって、
    光学的に透明な本体であって、
    第１の表面、
    前記第１の表面と反対側の第２の表面、及び
    前記第２の表面の中に奥まった第３の表面を含む、光学的に透明な本体と、
    前記第３の表面の上のターゲットと、
    前記光学的に透明な本体に埋め込まれた第１のリフレクタと、
    前記光学的に透明な本体に埋め込まれた第２のリフレクタと、
    前記光学的に透明な本体に光学的に結合した光源と、
    前記光学的に透明な本体に光学的に結合した光学検出器と
    を備え、
    前記第１のリフレクタが、前記第２の表面と前記第３の表面との間にあり、前記第２のリフレクタが、前記第１の表面と前記第３の表面との間にある、光学センサ。
  12. 前記光学的に透明な本体が、ガラス又はサファイアを含む、請求項１０又は１１に記載の光学センサ。
  13. 前記第１のリフレクタがミラーである、請求項１０又は１１に記載の光学センサ。
  14. 前記第１のリフレクタと前記ターゲットのうちの一方又は両方が、格子を含む、請求項１０又は１１に記載の光学センサ。
  15. プラズマ処理チャンバであって、
    前記プラズマ処理チャンバの壁を通過する光学感知システムを備え、前記光学感知システムは、
    レンズと、
    前記レンズに隣接した光学的に透明な本体であって、前記光学的に透明な本体は、
    前記レンズに向く第１の表面、
    前記第１の表面と反対側の第２の表面、及び
    前記第２の表面の中に奥まった第３の表面を含み、前記第３の表面は前記プラズマ処理チャンバの中央を向く、前記光学的に透明な本体と、
    前記第３の表面の上のターゲットと、
    前記光学的に透明な本体に埋め込まれた第１のリフレクタと、
    前記光学的に透明な本体に埋め込まれた第２のリフレクタと
    を備え、
    前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタが、前記第２の表面と前記第３の表面との間に配置されている、プラズマ処理チャンバ。
  16. プラズマ処理チャンバであって、
    前記プラズマ処理チャンバの壁を通過する光学感知システムを備え、前記光学感知システムは、
    レンズと、
    前記レンズに隣接した光学的に透明な本体であって、前記光学的に透明な本体は、
    前記レンズに向く第１の表面、
    前記第１の表面と反対側の第２の表面、及び
    前記第２の表面の中に奥まった第３の表面を含み、前記第３の表面は前記プラズマ処理チャンバの中央を向く、前記光学的に透明な本体と、
    前記第３の表面の上のターゲットと、
    前記光学的に透明な本体に埋め込まれた第１のリフレクタと、
    前記光学的に透明な本体に埋め込まれた第２のリフレクタと
    を備え、
    前記第１のリフレクタが、前記第２の表面と前記第３の表面との間にあり、前記第２のリフレクタが、前記第１の表面と前記第３の表面との間にある、プラズマ処理チャンバ。
  17. 前記光学感知システムが、プラズマの状態、壁の状態、基板の状態、又はそれらの任意の組み合わせを提供するように構成されている、請求項１５又は１６に記載のプラズマ処理チャンバ。
  18. 複数の光学感知システムを更に備える、請求項１５又は１６に記載のプラズマ処理チャンバ。
  19. 前記光学的に透明な本体に光学的に結合した光源と、
    前記光学的に透明な本体に光学的に結合した光学検出器と
    を更に備える、請求項１５又は１６に記載のプラズマ処理チャンバ。
  20. 前記ターゲットが、前記光学的に透明な本体の外側にあり、かつ、前記プラズマ処理チャンバ内にある、請求項１５又は１６に記載のプラズマ処理チャンバ。
JP2022526342A 2019-11-13 2020-10-09 プラズマ対向センサを有するプロセスセンサ及び光学壁 Active JP7441944B2 (ja)

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