TW202314203A - 使用原位光學反射測量的經透射改正的電漿發射 - Google Patents
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Abstract
所揭露的實施方式描述了一種包括光源、光學感測器和處理設備的系統。該光源在第一時間期間，將探測光通過窗口引導到處理腔室中。該光源在第二時間期間，停止將該探測光通過該窗口引導到該處理腔室中。該光學感測器在該第一時間期間，偵測第一光的第一強度。該第一光包括該探測光的從該窗口反射的一部分和從該處理腔室的環境通過該窗口透射的光。該光學感測器在該第二時間期間，偵測第二光的第二強度。該第二光包括從該處理腔室的該環境通過該窗口透射的該光。該處理設備使用該第一強度和該第二強度，決定該窗口的透射係數。
Description
本揭示內容的實施例大致與基板製造系統中的樣品的處理相關，更具體而言，是與通過窗口進入處理設備的腔室來執行的光學測量的準確度相關。
在製造期間，晶圓、基板和其他各種樣品可能會在專門的環境（例如蝕刻製程期間的電漿環境）中進行處理。電漿可以發射可以觀察到的光，例如，通過處理裝置的牆壁中的窗口發射。觀察到的光可以使用光學方法（如光發射光譜術（OES））進行測量，以監測電漿環境和在其中執行的技術製程。
本文所述的一些實施例涵蓋了一種包括光源、光學感測器和處理設備的系統。該光源可以被配置為：在第一時間期間，將探測光通過窗口引導到處理腔室中；以及在第二時間期間，停止將該探測光通過該窗口引導到該處理腔室中。在一些實施例中，該光源可以在單獨的收集步驟期間被啟用或停用。該光學感測器可以被配置為：在該第一時間期間，偵測第一光的第一強度；以及在該第二時間期間，偵測第二光的第二強度。該第一光可以包括該探測光的從該窗口反射的一部分和從該處理腔室的環境通過該窗口透射的光，而該第二光可以包括從該處理腔室的該環境通過該窗口透射的該光。該處理設備可以與該光學感測器通訊耦合，並被配置為使用該第一強度和該第二強度來決定該窗口的透射係數。該處理設備可以被進一步配置為：使用該第二強度和該窗口的該透射係數，決定從該處理腔室的該環境入射於該窗口的光的強度。
本文所述的附加或有關的實施例涵蓋了一種包括處理腔室、光學感測器和處理設備的系統。該處理腔室可以包括窗口，以及該處理腔室的環境內的電漿氣體。該光學感測器可以偵測第一光的第一強度，該第一光包括：i)探測光的從該窗口反射的一部分和ii)從該處理腔室的該環境通過該窗口透射的光。該光學感測器可以被進一步配置為：偵測第二光的第二強度，該第二光包括從該處理腔室的該環境通過該窗口透射的該光。該處理設備可以與該光學感測器通訊耦合。該處理設備可以被配置為：使用該第一強度和該第二強度來決定該窗口的透射係數。
在附加或有關的實施例中，該處理設備可以藉由決定該第一強度與該第二強度之間的差異，決定該窗口的透射係數和/或反射係數。例如，該光源的強度可以被校準到參考強度，並且（該第一強度與該第二強度之間的）該差異與該參考強度的比率可以由該處理設備用於決定該窗口的該反射係數。在一些實施例中，該參考強度可以是預定參考強度值。隨後，該處理設備可以決定該窗口的該透射係數。
在進一步的實施例中，該處理設備可以使用該第二強度和該窗口的該透射係數，決定從該處理腔室的該環境入射於該窗口的光的強度。特別是，一旦該處理設備決定了該透射係數，入射於該窗口的光的該強度就可以被決定為該第二強度與該透射係數之間的比率。該處理腔室的該環境可以是在該處理腔室中執行的處理操作的過程中產生的，並且該處理設備可以決定該透射係數相對於該窗口的參考透射係數的變化，該變化是由該處理操作所導致的。該參考透射係數可以以與上述決定該透射係數類似的方式決定，但是該窗口的該參考透射係數可以在一個階段決定，在該階段期間，該窗口是新的並且還未經受任何處理操作。在一些實施例中，該處理腔室的該環境包括電漿。
在附加或有關的實施例中，該系統可以進一步包括：光耦合設備，用於將該探測光從該光源輸送到該窗口。在一些實施例中，該光耦合設備可以進一步將該第一光從該窗口輸送到該光學感測器。該探測光可以以與該窗口的表面大約垂直的角度入射於該窗口。在一些實施例中，該系統可以進一步包括：準直器，用於引導從該環境產生的該光，使其可以與該窗口的表面大約垂直地入射。在一個實施例中，該探測光可以是寬頻帶光可以包括光源和光學感測器以及與該光學感測器通訊耦合的處理設備。該光源可以在第一時間期間，將探測光通過該處理腔室的窗口引導到處理腔室中，並且可以在第二時間期間，停止將該探測光通過該窗口引導到該處理腔室中。在該第一時間期間，該光學感測器可以偵測第一光的第一強度。該第一光可以包括該探測光的從該窗口反射的一部分和從該處理腔室的環境通過該窗口透射的光。在該第二時間期間，該光學感測器可以偵測第二光的第二強度。該第二光可以包括從該處理腔室的該環境通過該窗口透射的該光。
依據本揭示內容的這些和其他的態樣，提供了許多其他的特徵。根據以下詳細描述、請求項和附圖，本揭示內容的其他特徵和態樣將變得更加充分明顯。
由OES測量的強度、光譜、偏振和其他資訊提供了關於製造系統環境的寶貴資料。例如，通過處理腔室的窗口透射的光的光譜組成可以表明環境是否具有適當的化學組成。OES提供的資料的準確度可能會受到各種參數的漂移（變化）的影響，這些漂移（變化）可能會使測得的訊號卷積。例如，測得的訊號可能受到短時間尺度參數漂移和長時間尺度參數漂移的影響。短時間尺度參數漂移可能是由製造製程期間在處理腔室內當前執行的處理操作導致的。例如，存在於環境中的各種顆粒可能會積聚在窗口的內表面上，並影響其透明度。這種變化可能取決於波長。較長時間尺度的參數漂移可能包括在許多製造製程中發生的對處理腔室的窗口的更永久的變化。這種變化可能包括由於微粒撞擊、外來沉積、化學蝕刻等引起的窗口內表面上的粗糙化。這兩種類型的漂移都可能使OES訊號卷積，並降低光學監測的品質。
由於缺乏原位資訊，特別是隨著處理設備的老化，可能會出現效率低下和/或不準確的情況。例如，在處理腔室中的製程偏移隨時間發生後，不準確地測得的訊號可能會導致不符標準的製造輸出，如不正確的沉積量（如沉積厚度），不正確的移除材料量（如導孔蝕刻），不正確的沉積化學組成，等等。其他處理效率低下或不準確的情況也可能發生，下文將詳細討論。
本文描述的實施例涉及使用光學反射測量和光譜測量對電漿OES進行透射改正的系統和方法。光學反射測量系統可以在原位使用，使用光學牆面製程感測器（OWPS），並且可以組合成單個硬體包。光學反射測量可以對位於處理腔室內的物體執行，那裡的條件和/或製程狀態可能隨時間而變化。一般來說，光學反射測量可能對處理腔室內的環境的條件和進入處理腔室的窗口的條件敏感。這兩種類型的條件都可能受到製程操作（如沉積、蝕刻（材料移除）、拋光等）的影響。光學反射測量可以藉由處理腔室的透明窗口執行，該窗口可以由玻璃、藍寶石、石英和其他合適的材料製成。透明窗口的透射和反射性質可能會隨著時間的推移而受到影響（例如，劣化）。
在製程操作期間，處理腔室的性質或其中的性質或位於其中的環境可能發生變化。例如，處理腔室可以包含電漿或化學氣體，其物理和/或化學性質可以在腔室中執行的晶圓、基板或樣品的一個或多個製造製程中被動改變或主動變更。這些可以被認為是短時間尺度的漂移。
這種漂移可能會影響電漿OES，如果不準確測量，可能會影響經處理的基板的效能和產率。電漿光譜和光學透射都可能作為所處理的基板數量的函數而漂移。測得的OES訊號是這些效應的卷積。由於這種卷積，理解漂移的根本原因可能很困難。這些漂移可以稱為條件漂移，因為它們可能影響各種條件，如處理腔室的窗口的內表面的粗糙度、處理腔室的環境等。
條件漂移（參數漂移）問題的傳統解決方案尋求最小化導致漂移的條件，而不是解決一旦漂移形成，光學測量準確度漂移的後果。然而，即使條件漂移可能會減少，但可能不會完全消除，因此需要有儘管存在條件漂移也能準確的測量技術。傳統上，光學感測器測量從處理腔室內透射的光。通過窗口到光學感測器的光通過處理腔室內的環境（其可以包括電漿、化學氣體等）以及通過窗口本身。當光通過環境時，由於散射、吸收、額外的電漿發射等的原因，其強度會發生變化）。當光到達窗口時，一部分的光反射，一部分的光通過窗口透射（例如，通過窗口）。因此，由光學感測器所感測或測量的光強度既取決於電漿的性質，也取決於窗口的性質。窗口的表面性質，如劣化或粗糙化，會影響透射光的強度部分。因此，電漿的影響（短時間尺度條件漂移）和窗口的表面性質的影響（長時間尺度條件漂移）可能難以區分。
本揭示內容的態樣和實施方式包括提供使用窗口性質的光學反射測量對偵測到的光訊號進行改正的系統和方法。改正訊號需要瞭解訊號漂移的原因。所揭露的系統和方法能夠將由電漿環境中的變化導致的訊號漂移與窗口性質的假影變化去卷積。
本揭示內容的態樣和實施方式更具體地能夠對緩慢和長時間尺度的參數漂移在測得的光學反射測量訊號中的貢獻進行去卷積。光學感測器可以位於帶有窗口的處理腔室外。光學感測器可以進行兩種測量：「開啟」測量和「關閉」測量。在「開啟」測量期間，光源可以將具有校準參考強度的探測光通過處理腔室的窗口引導到處理腔室中。一部分的探測光可以通過窗口透射到處理腔室中，而另一部分的探測光可以從窗口反射。位於處理腔室外的光學感測器測量反射強度。此外，光還可以從處理腔室內的電漿氣體透射，並通過窗口。因此，在「開啟」測量期間，光學感測器測量的「開啟」強度與探測光的反射部分的強度和從電漿氣體透射的光的強度之和相對應。
另一方面，在「關閉」測量期間，光源可以被關閉，而光學感測器直接偵測從電漿氣體透射的光。從電漿氣體透射的光的強度取決於從處理腔室入射於窗口的光的強度，即窗口的透射係數。
藉由使用「開啟」測量和「關閉」測量，窗口條件和電漿氣體條件對測得的OES訊號的貢獻可以被分開。特別是，藉由從「開啟」測量的測得強度減去「關閉」測量的測得強度，可以抽取出窗口的透射係數。然後，窗口的透射係數可以與「關閉」測量的測得強度一起使用，以決定從處理腔室內部入射於窗口的光強度。
此外，同樣的測量還可以在處理腔室的使用壽命期間的不同時間執行。追蹤透射係數隨時間的變化，可以允許將由腔室中發生的短標度處理導致的窗口性質變化與由多次處理操作導致的長標度窗口劣化分開。
圖1是依據一個態樣，示例處理系統100的俯視示意圖。處理系統100包括傳輸腔室機器人101和工廠介面機器人121，其各自被調適為將基板110（有時候稱為「晶圓」、「半導體晶圓」或樣品）從電子設備處理系統（如圖1所示的處理系統100）拾取或放置到該電子設備處理系統中的目的地。然而，任何類型的電子設備基板、掩模或其他含氧化矽的基板（本文一般稱為「基板」）也可以由所揭露的機器人進行輸送和傳輸。例如，基板110的目的地可以是一個或多個處理腔室103，和/或裝載閘裝置107A、107B中的一者或多者，這些處理腔室和裝載閘裝置可以圍繞傳輸腔室114分佈並與之耦合。如圖所示，例如，基板的傳輸可以通過狹縫閥111。
處理系統100可以進一步包括主機102，該主機包括傳輸腔室114和至少兩個處理腔室103。主機102的殼體包括其中的傳輸腔室114。傳輸腔室114可以包括頂壁（未示出）、底壁（地板）139和側壁，並且在一些實施例中，例如，可以被維持在真空中。在所描繪的實施例中，傳輸腔室機器人101被安裝到底壁（地板）139。然而，傳輸腔室機器人101可以安裝在其他地方，例如安裝到頂壁。
在各種實施例中，處理腔室103可以被調適為在基板110上實現任何數量的製程。這些製程可以包括沉積、氧化、硝化、蝕刻、拋光、清潔、光刻、計量等。也可以實現其他製程。例如，裝載閘裝置107A、107B可以被調適為與工廠介面117或其他系統部件介接，該工廠介面或其他系統部件可以從基板載體119（例如前開式晶圓傳送盒（FOUP））接收基板110，該等基板載體可以對接在工廠介面117的裝載端口處。工廠介面機器人121（以虛線示出）可以用於在基板載體119與每個裝載閘裝置107A、107B之間傳輸基板110。基板110的傳輸可以以任何順序或方向實現。在一些實施例中，工廠介面機器人121可以與傳輸腔室機器人101相同（或類似），但是可以進一步包括用於允許工廠介面機器人在由箭頭123所指示的任一橫向方向上橫向移動的機構。任何其他合適的機器人都可以作為工廠介面機器人121使用。
在實施例中，並藉由對任何機器人的例示解釋，傳輸腔室機器人101包括至少一個手臂113（例如機器手臂）和與手臂113耦合的至少一個末端效應器115。末端效應器115可以被傳輸腔室機器人101控制，以從裝載閘裝置107A或107B拾取基板110，藉由處理腔室103的狹縫閥111中的一者引導基板110，並準確地將基板110放置到處理腔室103的基板支撐件上。
在各種實施例中，處理腔室103中的一者或多者可以包括窗口120，該窗口的至少一部分被嵌入在處理腔室103的壁和襯墊124（例如內壁）中。窗口120可以是透明的晶體，可以由透明的陶瓷材料製成，也可以由諸如藍寶石、鑽石、石英或碳化矽之類的透明材料製成。窗口120可以由透射係數、反射係數和吸收係數來表徵，這些係數可以統稱為光學係數。光學係數可能取決於諸如窗口120的材料、窗口120的表面特性等因素。例如，全新的窗口可能有給定的透射係數（例如，參考透射係數），但隨著時間的推移，隨著窗口暴露於處理腔室的各種處理操作，其透射係數可能被改變。例如，由於各種物理和化學製劑的影響，透射係數可能會相對於參考透射係數變化，這可能會導致在OWPS上建立起塗層，從而可能隨後影響其感測器性質。此外，在一些實施例中，窗口120可以預先塗覆（例如，永久性地）第一薄膜。第一薄膜可以設置在窗口120的內表面上，並可以具有與腔室的化學性質相匹配的組成物。在腔室的操作期間，例如在執行製程操作的過程中，第二薄膜可以被沉積，隨後（例如，逐漸）隨著時間的推移被移除。因此，第二薄膜的透射係數可能會作為時間的函數而變化，這會改變從處理腔室的環境透射的測得光強度，並改變測得的電漿光譜。在這樣的實施方式中，如下面就圖3A的描述，參考測量可以在第一薄膜沉積在窗口120上之後（例如，在窗口120的製造期間）和在窗口塗上第二薄膜之前執行。
在各種實施例中，一個或多個處理腔室103的環境可以包含電漿。電漿可能受到處理腔室的處理操作的影響，這可能導致電漿的光學性質發生變化。電漿的光學變化可能會影響從處理腔室的環境入射於窗口120的光的強度。窗口120的光學性質以及處理腔室103的環境的變化可以由一個或多個光學感測器（如光學感測器125）觀察。處理腔室103的環境可以在處理腔室中可以執行的處理操作過程中產生。處理操作可能是一個導致窗口120的透射係數相對於參考透射係數變化的因素。所述的系統和方法允許對這種效應進行透射改正。
在各種實施例中，處理系統100可以包括光源（未示於圖1中）。該光源可以作為探測光使用。探測光的強度可以被校準到已知且預定的參考值。在偵測階段期間，光學感測器125偵測來自處理腔室環境的光。在測試階段期間，光源可以將探測光通過窗口120引導到處理腔室103中。因此，光學感測器125既可以收集來自處理腔室環境的光，也可以收集探測光的從窗口反射的部分。在其他實施例中，探測光可以是寬頻帶光（例如，波長的光譜範圍與中心波長同一級別，或
）。在一些實施例中，光源可以是脈衝光源，被配置為以規律的間隔關閉和開啟。在一些實施例中，光源可以被控制（例如，由控制器設備控制），以基於指令關閉和開啟。
在一些實施例中，光，如探測光和/或用於光學反射測量的光，可以通過窗口120進行準直、部分反射和部分透射，這一點將參考圖2-4更詳細地討論。在一些實施例中，處理系統100可以進一步包括光耦合設備。光耦合設備可以與光學感測器125或光源中的一者或多者耦合。光耦合設備可以使反射光聚焦到光纖纜線的開口中，該光纖纜線可以與光學感測器125耦合。光耦合設備可以被配置為將探測光從光源輸送到窗口。光耦合設備可以被進一步配置為將從窗口反射的光（在測試階段期間）和通過窗口透射的光（在偵測階段和測試階段兩者期間）從窗口輸送到光學感測器125。
控制器109（例如，工具和設備控制器）可以控制處理系統100的各個態樣，例如，處理腔室103中的氣體壓力、單獨的氣體流量、空間流量比、各種腔室部件的溫度以及處理腔室103的射頻（RF）或電氣狀態。控制器109可以從工廠介面機器人121、傳輸腔室機器人101、一個或多個感測器和/或處理系統100的其他處理部件接收訊號並向其發送命令。因此，控制器109可以控制處理的啟動和停止，可以調整沉積組成物的沉積速率、類型或混合，等等。控制器109可以進一步接收和處理來自各種感測器的感測資料。
在各種實施例中，處理設備130並與光學感測器125和/或光源（未示於圖1中）耦合。處理設備130可以被配置為接收和處理感測資料（其例如用於光學反射測量），包括在偵測和測試階段期間由光學感測器125獲得的光強度。處理設備130可以使用在測試階段和偵測階段期間偵測到的光強度之差來計算或決定窗口120的透射係數。然後，處理設備130可以使用在偵測階段偵測到的強度和所決定的窗口120的透射係數，決定從環境入射於窗口120的光的強度。
處理設備130可以是和/或可以包括諸如個人電腦、伺服器電腦、可程式化邏輯控制器（PLC）、微控制器等之類的計算設備。處理設備130可以包括（或者是）一個或多個處理設備，它可以是諸如微處理器、中央處理單元等之類的通用處理設備。更詳細而言，處理設備可以是複雜指令集計算（CISC）微處理器、精簡指令集計算（RISC）微處理器、超長指令字（VLIW）微處理器或實施其他指令集的處理器或實施指令集的組合的處理器。處理設備也可以是諸如特定應用積體電路（ASIC）、現場可程式化邏輯閘陣列（FPGA）、數位訊號處理器（DSP）、網路處理器等之類的一個或多個特殊用途處理設備。處理設備130可以包括資料儲存設備（例如一個或多個磁碟機和/或固態硬碟）、主記憶體、靜態記憶體、網路介面和/或其他部件。處理設備130可以執行指令以執行本文所述的方法學及/或實施例中的任一者或多者。指令可以儲存在電腦可讀取儲存媒體上，該電腦可讀取儲存媒體可以包括主記憶體、靜態記憶體、輔助儲存器和/或處理設備（在指令的執行期間）。
圖2說明了依據實施例，用於光學反射測量改正的系統200的簡化側視圖。系統200可以包括例如處理腔室103，它具有襯墊124，如圖1所示。處理腔室103可以包括壁222，襯墊124被附接到該壁。襯墊124可以被特別設計成對製程化學物質有很高的抗化學性，以儘量減少襯墊的物理或化學變化，從而最大限度地延長使用壽命。此外，如圖所示，窗口120的至少一部分可以嵌入壁222和襯墊124內。窗口120可以由透明的陶瓷材料製成，也可以由耐用的透明材料製成，如藍寶石、鑽石、石英、碳化矽或其組合。
在實施例中，系統200進一步包括光源201（例如，寬頻帶光源）、光耦合設備204（例如，準直器、波導、光纖、鏡子或其任何組合）、光學感測器225、控制器109和處理設備130。光源201和光學感測器225可以藉由一個或多個光纖纜線232與光耦合設備204光學耦合。
在實施例中，光源201被配置為開啟和關閉。例如，光源201可以是脈衝光源，以開啟和關閉，以選擇性地將探測光引導到處理腔室103中。在一些實施例中，光源201可以是連續光源。在一些實施例中，光源201可以是閃光燈，如脈衝氙氣源。在其他實施例中，例如，波長範圍可以進一步變化，並且可以設定在近紅外波長周圍。為具有不同能力和波長的光源201設想了附加或不同的實施例。在一些實施例中，光源201可以產生寬頻帶光。
在不同的實施例中，光耦合設備204可以被調適為沿著光路徑在兩個方向上準直或以其他方式傳輸光。第一方向可以包括來自光源201的光，該光要被準直並通過窗口120透射到處理腔室103中。第二方向可以是來自窗口120的反射光的方向，該反射光傳回光耦合設備204。反射光可以被聚焦到光纖纜線232中，從而沿著光路徑在第二方向上被引導到光學感測器225。進一步地，光纖纜線232可以耦合在光學感測器225與光源201之間，以便在光源201、窗口120和光學感測器225之間高效地傳輸光。在一些實施例中，光耦合設備204可以將探測光從光源201輸送到窗口120，並類似地將第一光和/或第二光從窗口120輸送到光學感測器225。
在一些實施例中，光學感測器可以是光譜儀、CCD攝影機等。與光源201相比，光學感測器225可能需要在相同的時間表或更長時間內進行校準。光學感測器225可以被調適為偵測從光耦合設備204接收的反射光（例如，從窗口120反射回來並被光耦合設備204聚焦到光纖纜線232中的光）以及來自腔室環境的光學發射的光譜。
在各種實施例中，控制器109包括處理設備130或與之耦合，並且包括記憶體134或其他電腦儲存器或與之耦合。處理設備130可以都與光源201、光學感測器225和處理腔室103耦合。處理設備130可以指導光源201閃亮，然後從光學感測器225接收第一光譜（例如光強度對波長的相依性
）。處理設備130也可以保持光源關閉，並在光源201關閉時從光學感測器225接收第二光譜（例如
）。第二光譜可以代表處理腔室內的電漿或化學製程的OES。處理設備130可以從第一光譜減去第二光譜，以決定某一時刻的反射測量訊號（例如，
）。然後，處理設備130可以將反射測量訊號
與一個或多個薄膜模型進行數學擬合，以決定沉積在窗口120上的製程薄膜層一個或多個光學薄膜性質。
處理設備130可以被進一步配置為決定窗口120的透射係數。處理設備130可以藉由決定跟當光源201開啟時由光學感測器225所測得的強度對應的第一光譜與跟當光源201關閉時由光學感測器225所測得的強度值對應的第二光譜之間的差異，決定透射係數。
圖3A是依據實施例，在用於電漿OES的透射改正的參考測量的初始時間的系統300的示意圖。雖然沒有顯示所有的部件，但系統300也可以與圖1的系統100和圖2的系統200相同或相似。系統300可以包括窗口320a。窗口320a可以是用於光學檢驗和反射測量的處理腔室的窗口。窗口320a可以是處理腔室的窗口，該處理腔室尚未用於任何基板、晶圓或樣品的製造，因此尚未暴露於用於處理操作（如沉積、蝕刻、拋光等）的任何材料。窗口320a可以用於獲得可能受來自OWPS的塗層影響的參考測量。
窗口320a可以永久地預塗（例如，在窗口320a的製造期間）第一薄膜，該薄膜與處理腔室的化學性質相匹配。獲得的參考測量包括窗口320a和第一薄膜兩者的光學係數。
系統300可以包括探測光301和腔室光307。探測光301可以由處理腔室外部的光源產生。探測光301可以有強度
L，該強度可以是已知的，例如經由參考校準得知。腔室光307可以是從處理腔室的環境通過窗口320a透射的光。腔室光307可以有從處理腔室的內部入射於窗口320a的強度
I
1 ，該強度可能取決於處理腔室的環境。例如，處理腔室內的電漿331的性質可能取決於是否有處理操作，處理操作的本質（例如，沉積、蝕刻、拋光等），等等。腔室光307可以通過處理腔室內的電漿331。探測光301和腔室光307都可以與窗口320a的表面正交地入射於窗口320a。
一般來說，值得注意的是，在沒有吸收的情況下（或在可以忽略吸收的情況下），反射係數和透射係數的總和是統一的：
R + T = 1。此外，透射係數和反射係數與光從窗口的哪一側入射無關。
至少兩個參考測量可以由感測器獲得，該感測器可以位於處理腔室的外部。當探測光301開啟時，可以獲得第一參考測量。測得的強度是
。當探測光301關閉時，可以獲得第二參考測量。測得的強度是
。耦合到感測器的處理設備可以藉由如下決定第一測量與第二測量之間的差異來決定窗口320a的參考透射係數
T
1 ：
因此
。
隨後，使用決定的參考透射係數
，處理設備可以能夠根據通過窗口透射的光的強度推斷出入射於窗口320a的腔室光307的強度
I
1 。更具體而言，
。
這個公式是準確的，前提是窗口的實際透射係數可以很好地近似於值
。在基板處理的過程中，窗口的實際透射係數
可能變得與
不同。
圖3B是依據實施例，用於電漿OES的透射改正的系統300的示意圖。可能有許多因素需要改正以獲得準確的電漿OES。特別是，電漿OES可以受到處理腔室環境內的電漿331b的變化以及窗口320b的表面劣化的影響。如圖3B中所描繪，窗口320b與窗口320a相同，但是窗口320b已經經受了許多處理操作，並且窗口320b的內表面被沉積、蝕刻、老化等粗糙化。窗口320b的內表面的變化可能發生在很長的時間尺度上，例如與進行許多處理操作所需的時間同一級別。窗口320b的內表面的變化可能導致表面層333的存在。表面層333可能由窗口320b的長期變化導致，其中可以包括表面粗糙度、滲透或顆粒、窗口320b表面中的裂縫，以及窗口320b的短期變化，其中可以包括短期物質沉積等。此外，如就圖3A所述，在窗口320b上可以有第二薄膜在第一薄膜上存在。第二薄膜可以具有可變的厚度，例如，第二薄膜可以藉由處理腔室內的處理操作來添加、增厚、變薄和/或移除。因為參考測量考慮了窗口和第一薄膜的光學性質，如下文所述，測量的結果可以用來補償第二薄膜的可變厚度和光學性質。
在處理操作期間，處理腔室環境內的電漿331b本身可能會發生變化。例如，樣品可能經歷各種基於電漿的處理。在某些情況下，處理腔室可能會經歷清潔製程，這也可能需要電漿製程。這些電漿效應影響了從處理腔室的環境通過窗口320b透射的光。
與圖3A的參考情況相比，窗口效應和電漿效應都會影響由感測器所接收的光。所述的系統和方法提供了一種解決方案，用於區分感測器接收的光強度變化是由入射於窗口內表面的光強度的變化引起的（例如，電漿效應），還是由窗口內表面的變化引起的（窗口效應）。
如圖3A的情況，至少兩個測量可以由感測器獲得。當探測光301開啟時，可以獲得第一測量。強度為
LT
2 的探測光301的透射部分317可以通過窗口320b透射（進入處理腔室），而強度為
LR
2 的探測光301的反射部分315可以由窗口320b反射回來並朝向感測器反射，其中
T
2 和
R
2 分別為窗口320b的透射係數和反射係數。此外，腔室光319可以從處理腔室的環境產生，並可以從處理腔室的內部以強度
I
2 入射於窗口320b。（在圖3B中入射於窗口320b的腔室光319的強度
I
2 可能不同於在圖3A中入射於窗口320a的腔室光307的強度
I
1 ，原因是電漿331b被改變或在兩種情況下不同）。在這種情況下，和以前一樣，感測器可以獲得第一測量：
以及第二測量：
處理設備可以決定窗口的新的透射係數：
。
隨後，處理設備可以使用第二測量和透射係數來決定入射於窗口320a的腔室光319的強度。更具體而言，
。
藉由比較
I
2 和
I
1 ，可以決定從處理腔室的環境入射於窗口320b的腔室光的變化，提供關於電漿331b的變化的資訊。隨後，仍未考慮到的變化可以歸因於窗口效應。一旦決定了表徵窗口當前狀態的透射係數
，所決定的透射係數就可以與參考透射係數
一起用於決定處理腔室的環境中的條件。例如，可能已經知道（例如根據經驗測試，物理和/或化學建模，或其任何組合而得知），當窗口由參考透射係數
所表徵時（在本文稱為參考窗口，它可以是新的窗口、清潔過的窗口等），如光學感測器所偵測到的那樣，特定的技術過程與產生光強度
的環境相關聯。這意味著，入射於參考窗口的光強度為
。如果在技術過程的執行期間，感測器偵測到了強度
，而脈衝反射測量偵測到當前窗口的透射係數是
，那麼處理設備可以決定從處理腔室的當前環境入射的光的強度為
。因此，處理設備可以決定入射強度不匹配參數
，
它表明環境的條件偏離目標條件的強烈程度。
同樣，在一個實施例中，在進一步的實施例中，可以在感興趣的波長範圍內執行測量，例如，使用寬頻帶光源和寬頻帶感測器來執行。例如，在測試階段期間，處理設備130可以偵測波長集合（例如波長區間
內的波長集合）中的每個波長的光強度（例如
）。在偵測階段期間，處理設備130可以類似地偵測該波長集合中的每個波長的光強度（例如
）。基於這兩個強度，處理設備130可以為每個相應的波長決定窗口的透射係數。
然後，強度不匹配參數可以作為波長的函數來決定，即強度不匹配參數
。這樣的經波長解析的不匹配參數可以用於偵測處理腔室環境的適當組成物。例如，特定波長（其例如對應於特定化學物質A的發射波長）的不匹配特別可能表明，化學物質A在處理腔室的當前環境中以過低（過高）的濃度存在。
在一些實施例中，從處理腔室內的環境入射的光可能漫射（要麼是固有地漫射，要麼是由於在環境內被氣體、電漿等散射而漫射），並且諸如準直器之類的指向性光選擇器可以用於選擇或引導與窗口的內表面實質垂直地入射的光（例如相對於窗口表面的法線，介於0度與10度之間）。在一些實施例中，第一光和第二光可以以非正交的角度入射於窗口320a。
在一些實施例中，上述的測量可以在時域中執行。例如，窗口的透射係數
可能取決於時間（例如，由於來自處理腔室的一些材料落在窗口上），導致測得的強度隨時間漂移
。藉由反覆決定窗口的當前透射係數（例如，以規律的時間間隔決定），處理設備130可以決定處理腔室內部的條件是否保持適當（例如，與其中執行的處理操作的規格一致）。
圖4是依據實施例，用於使用光學反射測量進行電漿OES的透射改正的方法400的流程圖。在一些實施例中，處理邏輯可以用於執行方法400。處理邏輯可以包括硬體、軟體，或其任何組合。方法400可以使用圖1和圖2所示的系統和部件或其某種組合來執行。在一些實施例中，方法400的一些或所有方塊可以響應於來自計算設備或微控制器的指令而執行。微控制器可以包括一個或多個處理設備，例如中央處理單元（CPU）、特定應用積體電路（ASIC）、現場可程式化邏輯閘陣列（FPGA）、數位訊號處理器（DSP）、網路處理器等。處理設備與一個或多個記憶體設備通訊耦合，例如唯讀記憶體（ROM）、快閃記憶體、靜態記憶體、動態隨機存取記憶體（DRAM）等。微控制器可以是桌上型電腦、膝上型電腦、工作站、可穿戴設備（例如平板電腦、智慧型手機等）、基於雲端的計算服務等的一部分。在一些實施例中，微控制器是更大的計算設備網路的一部分。在一些實施例中，與微控制器通訊的外部計算設備能夠重新配置（例如改變設定、更新記憶體或以其他方式重新程式化）微控制器。
方法400可以從處理邏輯偵測第一強度開始（方塊402）。第一強度可以與第一光對應，該第一光包括探測光的從處理腔室的窗口反射的一部分（例如強度為
）和從處理腔室的環境通過窗口透射的光（例如強度為
）。因此，第一光的強度可以是
。處理邏輯可以在探測光通過窗口被引導到處理腔室中時的第一時間期間偵測第一強度。處理邏輯可以偵測第二光的第二強度（方塊404）。第二光可以包括從處理腔室的環境通過窗口透射的光（例如強度為
）。處理邏輯可以在停止將探測光通過窗口引導到處理腔室中時的第二時間期間偵測第二強度。處理邏輯可以使用第一強度和第二強度來決定窗口的透射係數（方塊406）。
為了決定窗口的透射係數，處理邏輯可以決定第一強度與第二強度之間的差異（例如
）（例如
）。相應地，使用測得的差異
和探測光的已知（例如根據校準測量得知）強度
，執行方法400的處理邏輯可以決定窗口在其當前狀態下的透射係數。處理邏輯可以進一步決定從處理腔室的環境入射於窗口的光的強度。處理邏輯可以使用第二強度和窗口的透射係數來決定該強度。處理腔室的環境可以包括電漿或其他的化學氣體。
處理邏輯可以引導探測光，使得它與窗口的表面垂直地入射。進一步地，處理邏輯可以對從環境產生並與窗口的表面垂直地入射的光進行測量。
處理光可以為單一頻率或在一定的頻率範圍內，決定窗口的透射係數和/或從環境透射的光強度，從而獲得作為頻率的函數的每個值。
在進一步的實施例中，處理邏輯可以基於窗口的透射係數
T，決定處理腔室的狀態（方塊408）。例如，參考透射係數與任何給定時間的透射係數之間的巨大差異可能表明，窗口經受了表面粗糙化、顆粒撞擊、處理腔室環境的變化、老化等。此外，處理邏輯還可以基於由處理腔室的環境入射於窗口的光的強度，決定處理腔室的環境的狀態。入射於窗口的光的參考強度與任何給定時間的光的強度之間的差異可以提供關於處理操作的資訊。在這些情況中的任何一種或兩種下，處理邏輯可以基於參考值與以後時間的值之間所決定的差異來調整處理腔室的狀態（方塊410）。
圖5描繪了依據本揭示內容的一個或多個態樣操作的示例處理設備500的方塊圖。處理設備500可以是圖1的控制器109。
示例處理設備500可以與區域網路（LAN）、內部網路、外部網路和/或網際網路中的其他處理設備連接。處理設備500可以是個人電腦（PC）、機上盒（STB）、伺服器、網路路由器、交換機或橋接器，或者能夠執行指令集（依序地或以其他方式執行）的任何設備，該指令集指定要由該設備所採取的動作。進一步地，雖然僅示出單個示例處理設備，但也應將術語「處理設備」視為包括單獨地或共同地執行指令集（或多個指令集）以執行本文論述的方法中的任一者或多者的任何處理設備（例如電腦）的集合。
示例處理設備500可以包括可以經由匯流排530彼此通訊的處理器502（例如CPU）、主記憶體504（例如唯讀記憶體（ROM）、快閃記憶體、諸如同步動態隨機存取記憶體（SDRAM）之類的動態隨機存取記憶體（DRAM）等）、靜態記憶體506（例如快閃記憶體、靜態隨機存取記憶體（SRAM）等）和輔助記憶體（例如資料儲存設備518）。
處理器502代表諸如微處理器、中央處理單元等之類的一個或多個通用處理設備。更詳細而言，處理器502可以是複雜指令集計算（CISC）微處理器、精簡指令集計算（RISC）微處理器、超長指令字（VLIW）微處理器、實施其他指令集的處理器或實施指令集的組合的處理器。處理器502也可以是諸如特定應用積體電路（ASIC）、現場可程式化邏輯閘陣列（FPGA）、數位訊號處理器（DSP）、網路處理器等之類的一個或多個特殊用途處理設備。依據本揭示內容的一個或多個態樣，處理器502可以被配置為執行實施厚度變化映射的方法400的指令。
示例處理設備500可以進一步包括網路介面設備508，它可以與網路520通訊耦合。示例處理設備500可以進一步包括視訊顯示器510（例如液晶顯示器（LCD）、觸控螢幕或陰極射線管（CRT））、文數字輸入設備512（例如鍵盤）、輸入控制設備514（例如游標控制設備、觸控螢幕控制設備、滑鼠）和訊號產生設備516（例如聲學揚聲器）。
資料儲存設備518可以包括電腦可讀取儲存媒體（或更具體而言是非暫時性電腦可讀取儲存媒體）528，一組或多組可執行指令522被儲存在其上。依據本揭示內容的一個或多個態樣，可執行指令522可以包括實施厚度變化映射的方法400的可執行指令。
可執行指令522也可以在由示例處理設備500執行該等指令的期間完全地或至少部分地駐留在主記憶體504內和/或處理器502內，主記憶體504和處理器502也構成電腦可讀取儲存媒體。可執行指令522可以進一步經由網路介面設備508在網路上傳輸或接收。
雖然在圖5中將電腦可讀取儲存媒體528示為單個媒體，但也應將術語「電腦可讀取儲存媒體」視為包括儲存該一個或多個操作指令集的單個媒體或多個媒體（例如集中式或分散式資料庫和/或相關聯的快取記憶體和伺服器）。也應將用語「電腦可讀取儲存媒體」視為包括能夠對指令集進行儲存或編碼的任何媒體，該指令集用於由機器執行，使得機器執行本文所述的方法中的任一者或多者。因此，應將術語「電腦可讀取儲存媒體」視為包括（但不限於）固態記憶體以及光學和磁性媒體。
應理解，以上描述旨在是說明性的，而非限制性的。在閱讀和理解了以上描述之後，本領域的技術人員將發現許多其他實施方式的例子。儘管本揭示內容描述了具體的例子，但人們將認識到，本揭示內容的系統和方法並不限於本文所描述的例子，而是可以在所附請求項的範圍內經過修改後實行。因此，應就說明的角度而非限制的角度看待說明書和附圖。因此，應參考所附的請求項以及這樣的請求項所賦予的等效物的整個範圍來決定本揭示內容的範圍。
上面闡述的方法、硬體、軟體、韌體或代碼的實施例可以經由儲存在機器可存取、機器可讀取、電腦可存取或電腦可讀取媒體上的指令或代碼來實施，這些指令或代碼可以由處理元件執行。「記憶體」包括以電腦或電子系統等機器可讀取的形式提供（即儲存和/或傳輸）資訊的任何機構。例如，「記憶體」包括隨機存取記憶體（RAM），如靜態RAM（SRAM）或動態RAM（DRAM）；ROM；磁性或光學儲存媒體；快閃記憶體設備；電氣儲存設備；光學儲存設備；聲學儲存設備，以及適合以機器（例如，電腦）可讀取的形式儲存或傳輸電子指令或資訊的任何類型的有形機器可讀取媒體。
前述說明闡述了諸如特定的系統、部件、方法等的示例之類的許多具體細節，以便讓人們很好地瞭解本揭示內容的幾個實施例。然而，本領域的技術人員將理解，可以在沒有這些具體細節的情況下實行本揭示內容的至少一些實施例。在其他的情況下，不詳細描述眾所周知的部件或方法，或將該等部件或方法以簡單的方塊圖格式呈現，以避免不必要地使本揭示內容模糊。因此，所闡述的具體細節僅是示例性的。特定的實施方式可以不同於這些示例性的細節，並且仍然被認為是在本揭示內容的範圍之內。
整個本說明書內提到的「一個實施例」或「一實施例」意味著，與該實施例結合描述的特定特徵、結構或特性被包括在至少一個實施例中。因此，整個本說明書內的各種地方出現的語句「在一個實施例中」或「在實施例中」不一定都指相同的實施例。此外，術語「或」旨在意指包括性的「或」而不是排他性的「或」。在本文中使用術語「約」或「近似」時，此術語旨在意味著，所呈現的標稱值精確到± 10%內。
雖然本文中的方法的操作是以特定的順序示出和描述的，但也可以變更每個方法的操作順序，使得可以以相反的順序執行某些操作使得某些操作可以至少部分地與其他操作並行地執行。在另一個實施例中，相異操作的指令或子操作可以以間歇及/或交替的方式進行。
應理解，以上描述旨在是說明性的，而非限制性的。在閱讀和理解了以上描述之後，本領域的技術人員將發現許多其他的實施方式。因此，將參照隨附的請求項以及這樣的請求項所賦予的等效物的整個範圍來決定本揭示內容的範圍。
100:處理系統
101:傳輸腔室機器人
102:主機
103:處理腔室
109:控制器
110:基板
111:狹縫閥
113:手臂
114:傳輸腔室
115:末端效應器
117:工廠介面
119:基板載體
120:窗口
121:工廠介面機器人
123:箭頭
124:壁和襯墊
125:光學感測器
130:處理設備
134:記憶體
139:底壁
200:系統
201:光源
204:光耦合設備
222:壁
225:光學感測器
232:光纖纜線
300:系統
301:探測光
307:腔室光
315:反射部分
317:透射部分
319:腔室光
331:電漿
333:表面層
400:方法
402:方法
404:方塊
406:方塊
408:方塊
410:方塊
500:處理設備
502:處理器
504:主記憶體
506:靜態記憶體
508:網路介面設備
510:視訊顯示器
512:文數字輸入設備
514:輸入控制設備
516:訊號產生設備
518:資料儲存設備
520:網路
522:可執行指令
528:電腦可讀取儲存媒體
530:匯流排
107A:裝載閘裝置
107B:裝載閘裝置
320a:窗口
320b:窗口
藉由示例的方式而非限制的方式在附圖的圖式中示出本揭示內容，在該等附圖中，類似的附圖標記表示類似的元素。應注意，在本揭示內容中對於「一」或「一個」實施例的不同指稱不一定指相同的實施例，並且這種指稱是指至少一個。
圖1是依據實施例，示例處理系統的俯視示意圖。
圖2說明了依據實施例，用於光學反射測量改正的系統的簡化側視圖。
圖3A是依據實施例，在用於電漿光學發射訊號（OES）的透射改正的參考測量的初始時間的系統的示意圖。
圖3B是依據實施例，用於電漿OES的透射改正的系統的示意圖。
圖4是依據實施例，用於使用光學反射測量進行電漿OES的透射改正的方法的流程圖。在一些實施例中，處理邏輯可以用於執行該方法。
圖5描繪了依據本揭示內容的一個或多個態樣操作的示例處理設備的方塊圖。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
300:系統
301:探測光
315:反射部分
317:透射部分
319:腔室光
331:電漿
333:表面層
320b:窗口
Claims (21)
- 一種系統，包括： 一光源，被配置為： 在一第一時間期間，將一探測光通過一窗口引導到一處理腔室中；以及 在一第二時間期間，停止將該探測光通過該窗口引導到該處理腔室中； 一光學感測器，被配置為： 在該第一時間期間，偵測一第一光的一第一強度，該第一光包括該探測光的從該窗口反射的一部分和從該處理腔室的一環境通過該窗口透射的一光；以及 在該第二時間期間，偵測一第二光的一第二強度，該第二光包括從該處理腔室的該環境通過該窗口透射的該光；以及 一處理設備，與該光學感測器通訊耦合，該處理設備被配置為： 使用該第一強度和該第二強度，決定該窗口的一透射係數。
- 如請求項1所述的系統，其中為了決定該窗口的該透射係數，該處理設備用於決定該第一強度與該第二強度之間的一差異。
- 如請求項1所述的系統，其中該處理設備被進一步配置為使用該第二強度和該窗口的該透射係數，決定從該處理腔室的該環境入射於該窗口的光的一強度。
- 如請求項1所述的系統，其中該處理腔室的該環境是在該處理腔室中執行的一處理操作的一過程中產生的，並且其中該處理設備被進一步配置為： 決定該透射係數相對於該窗口的一參考透射係數的一變化，該變化是由該處理操作所導致的。
- 如請求項1所述的系統，進一步包括：一光耦合設備，用於將該探測光從該光源輸送到該窗口。
- 如請求項5所述的系統，其中該光耦合設備進一步用於將該第一光從該窗口輸送到該光學感測器。
- 如請求項5所述的系統，其中該處理腔室的該環境包括一電漿。
- 如請求項5所述的系統，進一步包括：一準直器，用於與該窗口的一表面垂直地引導從該環境透射的該光。
- 如請求項1所述的系統，其中該探測光與該窗口的一表面實質垂直地入射於該窗口。
- 如請求項1所述的系統，其中該探測光的一強度被校準到一預定參考強度值。
- 如請求項1所述的系統，其中該探測光是一寬頻帶光。
- 一種系統，包括： 一處理腔室，包括： 一窗口；以及 該處理腔室的一環境內的一電漿氣體； 一光學感測器，被配置為： 偵測一第一光的一第一強度，該第一光包括：i)一探測光的從該窗口反射的一部分和ii)從該處理腔室的該環境通過該窗口透射的一光；以及 偵測一第二光的一第二強度，該第二光包括從該處理腔室的該環境通過該窗口透射的該光；以及 一處理設備，與該光學感測器通訊耦合，該處理設備被配置為： 使用該第一強度和該第二強度來決定該窗口的一透射係數。
- 如請求項12所述的系統，進一步包括：一光源，被配置為： 在一第一時間期間，將一探測光通過該窗口引導到該處理腔室中；以及 在一第二時間期間，停止將該探測光通過該窗口引導到該處理腔室中，其中該第一光的該第一強度是在該第一時間期間偵測的，並且該第二光的該第二強度是在該第二時間期間偵測的。
- 如請求項12所述的系統，其中該處理設備被進一步配置為使用該第二強度和該窗口的該透射係數，決定從該處理腔室的該環境入射於該窗口的光的一強度。
- 如請求項12所述的系統，其中該探測光的一強度被校準到一預定參考強度值。
- 一種方法，包括以下步驟： 偵測一第一光的一第一強度，該第一光包括：i)一探測光的從一處理腔室的一窗口反射的一部分和ii)從該處理腔室的一環境通過該窗口透射的一光； 偵測一第二光的一第二強度，該第二光包括從該處理腔室的該環境通過該窗口透射的該光；以及 使用該第一強度和該第二強度來決定該窗口的一透射係數。
- 如請求項16所述的方法，進一步包括以下步驟： 在一第一時間期間，將該探測光通過該窗口引導到該處理腔室中；以及 在一第二時間期間，停止將該探測光通過該窗口引導到該處理腔室中，其中該第一光的該第一強度是在該第一時間期間偵測的，並且該第二光的該第二強度是在該第二時間期間偵測的。
- 如請求項16所述的方法，其中決定該窗口的該透射係數之步驟包括以下步驟：決定該第一強度與該第二強度之間的一差異。
- 如請求項16所述的方法，進一步包括以下步驟：使用該第二強度和該窗口的該透射係數，決定從該處理腔室的該環境入射於該窗口的光的一強度。
- 如請求項16所述的方法，其中該探測光與該窗口的一表面實質垂直地入射於該窗口，並且從該環境透射的該光由一準直器引導以與該窗口的該表面垂直地入射於該窗口。
- 如請求項16所述的方法，進一步包括以下步驟： 為每個複數個頻率偵測該第一光的該第一強度； 為每個該複數個頻率偵測該第二光的該第二強度；以及 使用為該複數個頻率中的每一者偵測到的該第一強度和該第二強度，為一相應的頻率決定該窗口的該透射係數。
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