TW202419844A - 用於半導體製程之光學儀器之故障檢測與操作就緒情況之系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明認識到，當一光學儀器未正常操作時，與其用該光學儀器作為一製程控制儀器/感測器來監測一可控制程，不如不開始監測該製程。因此，本發明係關於用於在一光譜儀等一光學儀器用於監測一半導體製程之前檢查該光學儀器是否正常工作的新穎特徵。在一個態樣中，本發明提供一種用於評估及驗證一光學儀器之一操作狀態的系統。在一個實例中，該系統包括：(1)一整合光源；(2)一光學感測器，用於收集來自該整合光源之光；(3)一控制器，其控制該整合光源及該光學感測器；及(4)一處理器，用於處理自該光獲得之收集到的光學信號資料且導出指示該操作狀態之一量度。

Description

用於半導體製程之光學儀器之故障檢測與操作就緒情況之系統及方法

本發明大體上係關於光譜系統及使用方法，且更具體言之，係關於用於監測半導體製程之光學儀器之故障檢測及使用就緒情況。

半導體製程之光學監測為用於控制例如蝕刻、沈積、化學機械拋光及注入等製程之行之有效的方法。光學發射光譜(OES)及干涉量測終點(IEP)為兩種基本類型之資料收集操作模式。在OES應用中，收集及分析自製程(通常係自電漿)發射之光，以識別及追蹤原子及分子物質之變化，該等變化指示被監測製程之狀態或進展。在IEP應用中，通常自外部源(例如閃光燈)供應光，且將光引導至工件上。在自工件反射之後，發出之光承載呈工件之反射率形式之資訊，該資訊指示工件之狀態。工件反射率之提取及建模能實現對膜厚度及特徵大小/深度/寬度及其他特性之瞭解。

在一個態樣中，本發明提供一種用於評估及驗證光學儀器之操作狀態之系統。在一個實例中，該系統包括：(1)整合光源；(2)光學感測器，其用於收集來自該整合光源之光；(3)控制器，其控制該整合光源及該光學感測器；及(4)處理器，其用於處理自該光獲得之收集到之光學信號資料且導出指示該操作狀態之量度。

在另一態樣中，本發明提供一種評估光學儀器之操作狀態之方法。在一個實例中，該評估方法包括：(1)自在該光學儀器之整合光源之不同照射條件下獲得之差分光學光譜獲得差示光譜；及(2)分析該差示光譜以導出指示該操作狀態之量度。

在又一態樣中，本發明提供一種電腦程式產品，其具有儲存在非暫時性電腦可讀媒體上之一系列操作指令，該非暫時性電腦可讀媒體在起始時指導一或多個處理器之操作，由此執行操作。在一個實例中，該等操作包括：(1)自在光學儀器之整合光源之不同照射條件下獲得之差分光學光譜獲得測試差示光譜；及(2)藉由將該測試差示光譜與參考差示光譜進行比較來分析該測試差示光譜，其中在製造該光學儀器之後獲得該測試差示光譜，在製造該光學儀器期間獲得該參考差示光譜。

在再一態樣中，本發明提供一種光譜儀。在一個實例中，該光譜儀包括：(1)光學感測器；(2)整合光源，其經定位以照射該光學感測器；及(3)執行操作之一或多個處理器，該等操作包括藉由操作該整合光源並處理對應於該整合光源打開及該整合光源關閉之差分光學光譜資料來執行對該光譜儀之功能評估。

相關申請案之交叉引用本申請案主張Andrew Weeks Kueny等人在2022年7月15日提交之標題為「System and Method for Fault Detection and Operational Readiness for Optical Instruments for Semiconductor Processes」之美國臨時申請案第63/389,498號的權益，該美國臨時申請案係與本申請案共同轉讓，且係以全文引用的方式併入本文中。

在以下描述中，參考了形成本發明之一部分之附圖，且在附圖中以說明方式展示其中可實踐本發明之具體實施例。足夠詳細地描述此等實施例以使得熟習此項技術者能夠實踐本發明，且應理解，可利用其他實施例。亦應理解，在不脫離本發明之精神及範圍之情況下，可進行結構、程式及系統改變。因此以下描述並非以限制性意義作出。為了解釋清楚起見，附圖中展示之相似特徵以相似參考編號指示，且圖式中在替代實施例中展示之類似特徵以類似參考編號指示。本發明之其他特徵將自附圖及以下詳細描述中顯而易見。應注意，出於說明清晰之目的，圖式中之特定元件可能並未按比例繪製。

半導體製程持續地前進至更快製程、更小特徵大小、更複雜結構、更大晶圓及更複雜製程化學物質對製程監測技術提出極大要求。例如，需要更高之資料速率來在非常薄之層上準確監測快得多之蝕刻速率，其中以埃(幾個原子層)計之變化例如對於鰭式場效應電晶體(FINFET)及三維NAND (3D NAND)結構而言至關重要。在許多情況下，OES及IEP方法均需要更寬之光學頻寬及更大之信噪比，以幫助檢測反射率及/或光學發射之小變化。隨著製程設備本身變得更加複雜且昂貴，成本及包裝大小亦面臨著持續之壓力。所有此等要求都尋求提高半導體製程之光學監測效能。無論如何，對於OES或IEP方法而言，光學儀器可靠、一致且準確地將接收到之光學資料轉換為電學資料之能力為控制及監測半導體製程之一個重要方面。

半導體製程之高成本、半導體晶圓之高價值及加工之安全要求對用於監測及控制此類製程之光學儀器提出了嚴格要求。因此，對光學儀器監測或控制半導體製程之就緒情況之評估及驗證為一項至關重要之功能，並且可包括對光學儀器之多個子系統之詳細評估。光譜儀、單色儀及其他處理多個波長之光之光學裝置為用於監測半導體製程之光學儀器之實例。在本文所提供之各種實例中，光譜儀用作光學儀器之非限制性實例。

本發明認識到，當光譜儀未正常操作時，與其用光譜儀作為製程控制儀器/感測器來監測可控制程，不如不開始監測該製程。因此，本發明係關於用於在光譜儀用於監測半導體製程之前檢查該光譜儀是否正常工作之新穎特徵。該新穎特徵可在本文所提供之實例中揭示之方法、系統及計算裝置中實施。例如，所揭示之方法包括差分測試，該差分測試使用已知光源來判定光譜儀之工作功能性。已知光源為穩定可控之光源(例如，可打開及關閉及/或調節強度)，用於照射光譜儀之感測器。可控光源可用於直接照射感測器或不照射感測器。可控光源可插入(或部分插入)在光譜儀內或定位在光譜儀外部。本文所使用之指代可控光源之整合光源包括相對於光譜儀定位成在內部、在外部或部分在內部/外部。可控光源，在本文中亦被稱為整合光源，可為發光二極體(LED)、白熾光源、或可被差分控制(例如，可打開及關閉及/或調節強度)之另一類型之光源。在本文所揭示之各種實例中，綠色LED用作可控光源之實例。

具體關於監測及評估處理工具內之半導體製程之狀態， 圖 1繪示利用OES及/或IEP來監測及/或控制半導體處理工具110內之電漿或非電漿製程之狀態之實例處理系統100之方塊圖。半導體處理工具110，或簡單言之，處理工具110通常將晶圓120及可能之處理電漿130圍封在室135之通常部分抽空之容積中，該室可包括各種製程氣體。處理工具110可包括一或多個光學介面或簡單言之介面140、141及142以准許在各種位置及定向對室135內進行觀測。介面140、141及142可包括多種類型之光學元件，例如但不限於濾光器、透鏡、窗口、孔隙、光纖等。

對於IEP應用，光源150可係直接或經由光纖線纜總成153與介面140連接。如此種組態所示，介面140係垂直於晶圓120之表面定向，且通常係相對於該晶圓居中。來自光源150之光可以準直光束155之形式進入室135之內部容積。光束155自晶圓120反射後可再次被介面140接收。在常見應用中，介面140可為光學準直器。在由介面140接收之後，光可經由光纖線纜總成157被傳送至光譜儀160用於檢測及轉換成數位信號。光可包括發射之光及檢測到之光，且可包括(例如)自深紫外線(DUV)至近紅外線(NIR)之波長範圍。可自波長範圍之任何子範圍中選擇受關注的波長。對於較大之基板或者在需要理解晶圓不均勻性的情況下，可使用關於晶圓120垂直定向之額外光學介面( 圖 1中未示)。處理工具110亦可包括經定位在不同位置以用於其他監測選項之額外光學介面。

對於OES應用，介面142可經定向以收集來自電漿130之光發射。介面142可簡單地為視埠，或可另外包括其他光學件，例如透鏡、反射鏡及光學波長濾波器。光纖線纜總成159可將任何收集到之光引導至光譜儀160用於檢測及轉換為數位信號。光譜儀160可包括用於檢測及轉換之CCD感測器及轉換器。 圖 2之感測器250提供可與光譜儀160一起使用之感測器的實例。可單獨地或平行地使用多個介面來收集OES相關的光學信號。例如，介面141可經定位以收集來自晶圓120表面附近之發射光，而介面142可經定位以觀察電漿130之主體，如 圖 1中所示。

在許多半導體處理應用中，常見對OES及IEP光學信號進行收集，且此種收集給使用光譜儀160帶來了多個問題。通常，OES信號在時間上係連續的，而IEP信號可能在時間上係連續或離散的。此等信號之混合造成了許多困難，因為製程控制通常需要檢測OES及IEP信號中的微小變化，且任一信號中之固有變化可掩蓋對另一信號中變化的觀測。由於(例如)信號定時同步、校準及封裝之成本、複雜性、不便性，因此支援用於每種信號類型之多個光譜儀係不利的。

在光譜儀160檢測且將接收到之光學信號轉換為類比電學信號之後，類比電學信號通常在光譜儀160之子系統內被放大及數位化，且傳送至信號處理器170。信號處理器170可為例如工業PC、PLC或其他系統，其採用一或多個演算法來產生輸出180，例如，表示特定波長之強度或兩個波長帶之比率之類比或數位控制值。代替單獨裝置，信號處理器170可替代地與光譜儀160整合。信號處理器170可採用OES演算法，該OES演算法分析預定波長之發射強度信號且判定與製程狀態相關之趨勢參數，且可用於訪問該狀態，例如端點檢測、蝕刻深度等。對於IEP應用，信號處理器170可採用分析光譜之寬頻帶頻寬部分以判定膜厚度之演算法。例如，參見以引用之方式併入本文中之標題為「System and Method for In-situ Monitor and Control of Film Thickness and Trench Depth」之美國專利第7,049,156號。輸出180可經由通信連結185傳送至處理工具110，以用於監測及/或修改處理工具110之室135內發生之生產程序。

為了方便起見， 圖 1中所展示及描述之組件被簡化，且眾所周知。除了常見功能之外，光譜儀160或信號處理器170亦可經組態以識別平穩及瞬變之光學及非光學信號，且根據本文所揭示之方法及/或特徵來處理此等信號。因此，光譜儀160或信號處理器170可包括演算法、處理能力及/或邏輯以識別及處理光學信號及自該光學信號提取之時間趨勢。演算法、處理能力及/或邏輯可呈硬體、軟體、韌體或其任何組合之形式。演算法、處理能力及/或邏輯可在一個計算裝置內，或者亦可分佈在例如光譜儀160及信號處理器170等多個裝置之間。光譜儀160、信號處理器170或其組合亦可經組態以執行發起或控制如本文所揭示之功能運行狀況評估之額外功能。因此，演算法、處理能力及/或邏輯可在一個計算裝置(例如，光譜儀160)內，或者亦可分佈在多個裝置之間，以用於執行功能運行狀況評估。例如，根據方法700中之至少一些步驟之操作指令可儲存在一或多個裝置上，例如與光譜儀160相關聯之記憶體、與信號處理器170相關聯之記憶體，或者分佈在一或多個裝置之間，以用於評估及驗證光譜儀160之操作狀態。 圖 2之光譜儀210提供其中可儲存操作指令之裝置中之一者之實例。因此，處理系統100亦包括可控光源，例如本文中所揭示之與光譜儀160整合之光源。可控光源161提供此種整合光源之實例以(直接或間接)照射光譜儀160之感測器。可控光源161定位在光譜儀160內。定位在光譜儀外部之可控光源之實例為 圖 2中所示之可控光源231。

圖 2為根據本發明原理之包括光譜儀210及特定相關系統的實例光學系統200之方塊圖。光譜儀210可結合本文所揭示之系統、特徵及方法以便於量測、表徵、分析及處理來自半導體製程之光學信號，並且可與 圖 1之光譜儀160相關聯。光譜儀210可例如經由光纖線纜總成157或159自外部光學件230接收光學信號，且可在積分及轉換之後將資料發送至外部系統220，例如 圖 1之輸出180，該外部系統亦可用於藉由例如選擇如本文所限定之操作模式或控制積分定時來控制光譜儀210。外部光學件230可包括可控光源，例如由可控光源231表示。替代地，可控光源232可更具體言之藉由相對於光學組件245之適當置放來與光譜儀210整合。光譜儀210可包括光學介面240，例如微型總成(SMA)或套管連接器(FC)光纖連接器或其他光學-機械介面。光學-機械介面控制光纖陣列相對於光譜儀之輸入之定向，使得CCD讀取程式可準確地使相應通道隔離。例如狹縫、透鏡、濾光器及光柵等其他光學組件245可用於形成、引導及色度分離接收到之光學信號，且將它們引導至感測器250以進行積分及轉換。

感測器250之低級別功能可由例如FPGA 260及處理器270等元件來控制。在光學至電學轉換之後，類比信號可被引導至A/D轉換器280且自電學類比信號轉換為電學數位信號，該等電學數位信號接著可儲存在記憶體290中以用於立即或稍後使用及傳輸，例如傳輸至外部系統220 (參看， 圖 1之信號處理器170)。光譜儀210亦包括電源供應器295，其可為通常與光譜儀包括之習知AC或DC電源供應器。

儘管某些介面及關係由箭頭指示，但並非所有交互及控制關係都在 圖 2中指展示。 圖 3- 5中所示之光譜資料可例如根據 圖 7之程序700收集、儲存及/或作用，並且在記憶體/儲存器290、FPGA 260、處理器270及/或外部系統220中之一或多個內或由其收集、儲存及/或作用。記憶體/儲存器290、FPGA 260、處理器270及/或外部系統220提供了其中可儲存處理能力、邏輯及/或與用於起始或控制如本文所揭示之功能運行狀況評估之演算法相對應之操作指令之實例。

針對製程就緒情況之功能運行狀況評估及驗證，單獨或組合地測試光學儀器之多個功能性。此等子系統及功能性包括但不限於主電源供應器、系統I/O電源供應器、處理器電源供應器、FPGA電源供應器、處理器啟動功能性、FPGA啟動功能性、系統時脈操作、以太網或其他連接連結、A/D電源供應器、A/D資料路徑操作、PPI埠資料功能性、基本CCD定時操作、資料整合時間功能性、冷卻風扇操作、操作溫度驗證、附件光源可用性及操作狀態及光學信號雜訊特徵。在一或多個實例中，必須測試多個功能性。另外，在不瞭解可用作參考之光學信號之情況下，可不評估及驗證某些功能性。可提供參考光學信號之光學信號源之實例包括可控光源231及232、光源150及/或電漿130。此等源可個別地、依序地或組合地使用，以提供可用於光學儀器之功能評估之光學信號。此等功能性包括但不限於CCD電源供應器、時脈驅動器操作及CCD信號鏈組件之功能性。

由於光學儀器之一個主要功能性為收集、處理光學資料並將其傳輸至半導體控制系統，因此本發明認識到，即使可能存在可變入射光學照射，適當設計之功能測試亦足以評估及驗證上述子系統之相當大部分。 圖 3提供了典型之OES光學光譜(光譜330)及IEP光學光譜(光譜320)之曲線圖300，此等光學光譜可在半導體製程期間入射至光學儀器上，例如 圖 1或 2之光譜儀160或200。因此，光譜320及光譜330表示入射光，該入射光係期望的，在監測期間提供對感測器之照射，並且在判定光學儀器之製程就緒情況時被納入考慮範圍。由於例如光譜儀160等光學儀器與系統100整合，該系統亦控制電漿之創建(產生例如光譜330)及/或光源150之間接操作(產生例如光譜320)；因此當光譜320或光譜330沒有被光學儀器提供、創建及接收時，光學儀器可判定執行或經指導執行功能評估。光學儀器亦可能受到來自處理系統外部之一或多個其他源(例如白熾燈、LED及螢光燈)之不太受控或不太可控之環境光之影響。環境光可例如經由光學介面141進入處理室135，併入射至光譜儀160之感測器上。區分期望之入射光(例如光譜320及光譜330)對感測器之照射及非期望光(例如環境光)引起之照射可能係有益的。

穩定及可控之光源與光學儀器之整合支援對差分光學光譜之收集，此避免了可變照射之問題，並支援對至少多個上述子系統(若非全部子系統)之評估。差分光學光譜係在不同照射條件下獲得之光學光譜，該照射條件例如1)可控光源打開時及2)可控光源關閉時。處理差分光學光譜以獲得差示光譜。處理可包括計算如本文所論述之各種光譜之間的簡單差異。所得之差示光譜接著表示光學儀器對受控光源之回應，而不受不受控之環境及外部光源之影響。在製造時收集到及儲存之參考差示光譜與任何隨後收集到之差示光譜之間的變化可提供光學儀器之製程就緒狀態或程度之指示。本文所用之測試差示光譜為在製造後收集到之差示光譜之實例。代替或附加於與參考差示光譜之比較，可在兩個或更多個隨後收集到之不同光譜之間進行比較。例如，在光學儀器之初始設置時獲得之差示光譜與在初始設置之後監測一定時間量或一定數目的程序所獲得之差示光譜進行比較。此種製造後差示光譜及比較可提供關於光學儀器之操作變化及漂移之各種指示。

圖 3之曲線圖300具有以波長為單位之x軸及以信號計數為單位之y軸。 圖 4、 5及 6亦具有以波長為單位之x軸及以信號計數為單位之y軸。 圖 4繪示可用於光學儀器測試之光源之代表性光譜。 圖 5提供了可經處理以判定差示光譜之光學光譜520及530之實例，而 圖 6提供了差示光譜620及630之實例。

圖 4展示包括光源之代表性光譜，跡線420及跡線430之曲線圖400，該代表性光譜可用於光學儀器測試。跡線420表示光源(例如LED)之光譜，該光源位於光學儀器內，因此直接照射光學感測器(例如CCD)。因此，由於直接照明，特定之光譜資訊係不可用的。跡線430表示同一LED (例如綠色或紅色LED)之另一光譜，但該LED不位於光學儀器內，因此光源之光譜特性顯而易見。LED可位於儀器之光學路徑內，使得(例如)在光柵或稜鏡之前發生光之色度分離。將光源定位成可判定光譜特性(例如，不定位成直接照射感測器)之一個可能的益處是可更容易地評估光學光譜波長校準。提供可進行色度表徵之窄帶光源的另一個益處是所得之光譜包括特定波長區域(與光學感測器之特定實體區域有關)，在該特定波長區域中，光將被預先判定為存在或被排除( 即，存在例如圖2之感測器250或圖1之感測器160等感測器之經照射區域及暗區域)。

圖 5展示用直接照射CCD之整合光源收集到的光譜520及用不照射CCD之整合光源收集到的光譜530的曲線圖500。光譜520及530中均存在環境螢光。光譜520及530可係在製造期間收集到並經儲存以供以後參考(例如，比較)，或者可在隨後之某個時間被收集到。光譜530可與光譜520相減，以提供例如圖6之光譜620及630的差示光譜。

圖 6展示在製造之後的某個時間收集到之參考差示光譜620及測試差示光譜630的曲線圖600。可看出，差示光譜620及630兩者通常都不包括環境光信號，並且差示光譜僅指示隨時間變化之微小差異。參考差示光譜620可係在製造期間判定(例如，自光譜520及530判定)，並在製造之後經儲存以供以後參考(例如，比較)。差示光譜630可係在任何方便的時間收集，例如以規律之時間間隔收集，作為就緒情況檢查的一部分。

圖 7為使用光學儀器之故障檢測及就緒情況測試之方法700的流程圖。可由一或多個處理器(例如本文所揭示之計算裝置)實行方法700中的至少一些步驟。方法700自準備步驟710開始，其中可採取任何準備動作，該動作可包括選擇預定之光學信號收集參數。

在步驟720中，可將電力施加至光學儀器。類似地，儀器之熱或冷啟動可實現等效之初始條件。在步驟730之後，可評估本文所述之一或多個功能性。例如，可與連接之外部系統合作評估及驗證啟動功能性，該外部系統期望表示光學儀器正在通信之「就緒」訊息。在內部，光學儀器可評估及驗證其他功能性之期望操作，並在內部歸檔該資訊或將其傳輸至外部連接之系統，例如 圖 1之半導體處理工具110。可評估及驗證任何單個或成組之功能性，並且可基於單個或成組之評估之結果來定義嚴重程度，例如警告、錯誤及故障。例如，不操作風扇之指示可與操作溫度之範圍內指示分為一組，並且光學儀器可被分類為「就緒」，儘管存在不利指示。可在例如 圖 2之光譜儀210之一或多個子系統內儲存及作用之硬體及/或軟體中執行評估及驗證。

功能評估及驗證可作為自步驟740開始之程序700之一部分來執行，其中整合光源經組態以照射光學儀器內之光學感測器。在整合光源提供光學信號之情況下，可收集及儲存一或多個光譜(差分光學信號之第一部分)以供使用。可根據例如雜訊特性及信號位準等待評估功能性來預先判定例如積分時間、取樣速率及樣本數目等收集參數。在步驟750中，可利用不提供光學信號之整合光源來收集差分光學信號資料之第二部分。可按任何次序執行步驟740及750。在步驟760中，可處理在步驟740及750期間收集到之光譜資料以定義差示光譜，並對該光譜資料進行額外處理以提取一或多個就緒情況量度。就緒情況量度，或簡單言之量度可包括當前收集到之差示光譜(例如，630)與在光學儀器之初始製備或製造後儲存之參考差示光譜(例如，620)之比較。光譜資料比較可包括對當前及參考光譜之間的差異設定臨限值，對當前及參考光譜之比率之平均值進行範圍驗證(例如，平均比率理想情況下為1.0，但可能在0.9-1.1之預定範圍內)。光譜比較亦可包括計算當前及參考光譜之間的相關係數。在當前及參考光譜經組態以如 圖 4之跡線430那樣提供波長資訊時，可在當前及參考光譜之間計算自相關參數，以將任何波長校準偏移判定作為就緒情況量度。另外，可針對雜散光及背景信號漂移將由例如跡線430等跡線提供之資訊分析作為就緒情況量度。若要執行雜訊或信噪比評估並將其提供作為就緒情況量度，則可在多個積分時間或光學信號位準收集光譜資料。在步驟770中，可根據一或多個執行之評估及驗證來判定就緒或未就緒狀態，並且可將此種狀態傳輸至外部系統，例如處理工具(例如，110)或外部系統220中之一者。若未驗證就緒情況，則可能禁止開始半導體製程，直至可驗證光學儀器之操作就緒情況。任何就緒情況量度或其組合可用於驗證就緒情況。如上文所提及，可不同方式導出一或多個就緒情況量度。例如，可將就緒情況量度與預定臨限值進行比較，以判定光學儀器是否準備就緒。具體地，可能要求光譜比較相關性就緒情況量度大於0.9但小於1.1，此指示光譜強度漂移之變化有限。此外，可能需要光譜校準就緒情況量度小於0.2 nm之絕對值，以指示校準漂移之變化有限。方法700以步驟780結束。

整合光源可由整合處理或控制組件(例如 圖 2之FPGA 260或處理器270)控制並與光譜資料收集同步。FPGA 260、處理器270及記憶體290可用作混合計算裝置，該混合計算裝置亦可用於本文所揭示之程序，例如收集光譜資料及處理包括來自整合光源之光學信號資料之信號。計算裝置亦可包括光譜儀210之其他元件，並且可包括分佈式計算系統中之外部系統220。計算裝置可包括至少一個介面(如圖2中之箭頭所示)、一個或多個記憶體(如圖2之記憶體290所示)及一或多個處理器(例如 圖 2之FPGA 260或處理器270所表示)。 圖 8繪示包括至少一個介面810、一或多個記憶體及一或多個處理器之計算裝置800之實例。記憶體820表示一或多個記憶體，處理器830表示一或多個處理器。介面810包括必要硬體、軟體或其組合以接收例如原始光譜資料且傳輸例如經處理光譜資料。介面810亦可接收來自整合光源之光學信號資料，並基於來自整合光源之光學信號資料傳輸功能評估之結果。處理器830可經組態以操作產生光學信號資料之整合光源。當未接收到原始光譜資料以供處理時，處理器830可操作整合光源。介面810之一部分亦可包括用於傳送類比或數位電學信號之必要硬體、軟體或其組合。介面810可為根據標準協定或專用協定(例如，介面可支援I2C、USB、RS232、SPI或MODBUS)等協定經由各種通信系統、連接、匯流排等通信之習知介面。記憶體820經組態以儲存與計算裝置相關之各種軟體及數位資料態樣。另外，記憶體820經組態以儲存對應於一或多個演算法之一系列操作指令，該演算法在起始時指導處理器830之操作以例如識別光譜資料中之異常信號且處理經識別異常信號。處理可包括刪除或修改信號資料或不同動作。例如，一系列操作指令可指導(一或多個)處理器830控制或指導差分功能測試以判定光譜儀之運行狀況。程序700及其變型為用於驗證例如光譜儀等光學儀器之運行狀況之演算法之代表性實例。記憶體820可為非暫時性電腦可讀媒體(例如，快閃記憶體及/或其他媒體)。

處理器830經組態以指導計算裝置800之操作。因此，處理器830包括必要之邏輯以與介面810及記憶體820通信，且執行本文針對運行狀況評估所述之功能以識別及處理光譜資料中之異常信號。例如，處理器830可產生就緒情況量度並將量度提供至介面810以供遞送，其中就緒情況量度可表示對光學儀器之功能評估。上述設備、系統或方法之一部分可體現在各種例如習知之數位資料處理器或電腦中或由其執行，其中電腦經程式化或儲存軟體指令序列之可執行程式，以執行方法之一或多個步驟。此類程式或程式碼之軟體指令可表示演算法，且以機器可執行形式編碼在非暫時性數位資料儲存媒體上，例如磁碟或光碟、隨機存取記憶體(RAM)、磁硬碟、快閃記憶體及/或唯讀記憶體(ROM)，以使各種類型之數位資料處理器或電腦能夠執行本文所述之一或多個上述方法之步驟、功能、系統或設備中之一者、多者或全部。

所揭示之實施例之部分可係關於具有非暫時性電腦可讀媒體之電腦儲存產品，該非暫時性電腦可讀媒體上具有用於執行各種電腦實施之操作之程式碼，此等操作體現了本文中所闡述之設備、裝置之一部分或執行本文中所闡述之方法之步驟。本文所使用之非暫時性係指除了暫時之傳播信號之外的所有電腦可讀媒體。非暫時性電腦可讀媒體之實例包括但不限於：磁性媒體，例如硬碟、軟盤及磁帶；光學媒體，例如CD-ROM盤；磁性-光學媒體，例如光磁碟；及專門經組態以儲存及執行程式碼之硬體裝置，例如ROM及RAM裝置。程式碼之實例包括例如由編譯器產生之機器程式碼及含有電腦可使用解譯器執行之更高級別程式碼之檔案兩者。組態係指例如利用必要邏輯、演算法、處理指令及/或特徵設計、構建或程式化以執行一或多個任務。

在不脫離本發明之範圍之情況下，可在本文所描述之光學量測系統及子系統中進行上文所述之變化等。例如，儘管結合半導體晶圓處理設備描述了某些實例，但可理解，本文所述之光學量測系統可適於其他類型之處理設備，例如卷對卷薄膜處理、太陽能電池製備，或可能需要高精度光學量測之任何應用。此外，儘管本文所論述之某些實施例描述了例如成像攝譜儀等普通光分析裝置之用途，但應理解，可利用具有已知相對靈敏度之多個光分析裝置。此外，儘管在描述本發明之各態樣時在本文中使用了術語「晶圓」，但應理解，可使用其他類型之工件，例如石英板、相移掩模、LED基板及其他非半導體處理相關之基板及工件，包括固體、氣體及液體工件。

選擇及描述本文所述之實施例以便最好地解釋本發明之原理及實際應用，且使熟習此項技術者能夠理解本發明之具有適合預期之特定用途之各種修改之各種實施例。本文所述之特定實施例絕非旨在限制本發明之範圍，因為本發明可在不脫離本發明之範圍及意圖之情況下在各種變型及環境中實踐。因此，本發明並非旨在限於所示之實施例，而應被賦予與本文所述之原理及特徵相一致之最廣泛範圍。

各圖中之流程圖及方塊圖說明根據本發明之各種實施例之系統、方法及電腦程式產品之可能實施之架構、功能性及操作。就此而言，流程圖或方塊圖中之每個區塊可表示模組、區段或程式碼之部分，其包含用於實施指定邏輯功能之一或多個可執行指令。亦應注意，在一些替代實施中，區塊中提及之功能可不按各圖中所提及之次序發生。例如，根據所涉及之功能性，連續展示之兩個區塊實際上可基本上同時執行，或該區塊有時可按相反次序執行。亦應注意，方塊圖及/或流程圖說明中之每個區塊，及方塊圖及/或流程圖說明中之區塊之組合可藉由專用之基於硬體之系統(其執行指定功能或動作)或專用硬體與電腦指令之組合實施。

本文中所使用之術語僅用於描述特定實施例之目的，且並不旨在對本發明進行限制。如本文所使用，除非上下文另外明確指示，否則單數形式「一」、「一個」及「該」旨在亦包括複數形式。應進一步理解，術語「包含(comprise)」及/或「包含(comprising)」在用於本說明書中時指定所陳述之特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件之存在，但並不排除一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其群組之存在或添加。

如熟習此項技術者應瞭解，本發明可體現為方法、系統或電腦程式產品。因此，本發明可呈完全硬體實施例、完全軟體實施例(包括韌體、常駐軟體、微碼等)或組合軟體與硬體態樣之實施例之形式，一般通常在本文中被稱為「電路」或「模組」。此外，本發明可呈在電腦可用儲存媒體上具有電腦可用程式碼之電腦程式產品之形式，該電腦可用程式碼體現在該媒體中。

可主張本發明之各個態樣，包括如本文所揭示之設備、系統及方法。本文揭示且在發明內容中提及之各態樣包括：

A.一種用於評估及驗證光學儀器之操作狀態之系統，其包括：(1)整合光源；(2)光學感測器，其用於收集來自該整合光源之光；(3)控制器，其控制該整合光源及該光學感測器；及(4)處理器，其用於處理自該光獲得之收集到之光學信號資料且導出指示該操作狀態之量度。

B.一種評估光學儀器之操作狀態之方法，其包括：(1)自在該光學儀器之整合光源之不同照射條件下獲得之差分光學光譜獲得差示光譜；及(2)分析該差示光譜以導出指示該操作狀態之量度。

C.一種電腦程式產品，其具有儲存在非暫時性電腦可讀媒體上之一系列操作指令，該非暫時性電腦可讀媒體在起始時指導一或多個處理器之操作，由此執行操作，該等操作包括：(1)自在光學儀器之整合光源之不同照射條件下獲得之差分光學光譜獲得測試差示光譜；及(2)藉由將該測試差示光譜與參考差示光譜進行比較來分析該測試差示光譜，其中在製造該光學儀器之後獲得該測試差示光譜，在製造該光學儀器期間獲得該參考差示光譜。

D.一種光譜儀，其包括：(1)光學感測器；(2)整合光源，其經定位以照射該光學感測器；及(3)執行操作之一或多個處理器，該等操作包括藉由操作該整合光源並處理對應於該整合光源打開及該整合光源關閉之差分光學光譜資料來執行對該光譜儀之功能評估。

態樣A、B、C及D中之每一者可組合方式具有以下額外元素中之一或多個：元素1：其中整合光源為可打開及關閉之可控光源。元素2：其中整合光源至少部分地位於光學儀器內。元素3：其中收集到之光學信號資料包括在整合光源打開時及在整合光源關閉時收集到之資料。元素4：其中處理包括驗證光學感測器對整合光源產生之光作出回應。元素5：其中處理包括自收集到之光產生測試差示光譜且將測試差示光譜與參考差示光譜進行比較，其中在製造光學儀器之後獲得測試差示光譜，在製造期間獲得參考差示光譜。元素6：其中整合光源為LED。元素7：其中處理器進一步經組態以執行或指導對光學儀器之一或多個子系統之功能測試。元素8：其中光學儀器為光譜儀。元素9：其中差示光譜係在製造之後獲得之測試差示光譜，且分析包括將測試差示光譜與在製造期間獲得之參考差示光譜進行比較。元素10：其中比較包括對測試差示光譜與參考差示光譜之間的差異設定臨限值。元素11：其中比較包括驗證測試差示光譜與參考差示光譜之比率之平均值之範圍。元素12：其中比較包括計算測試差示光譜與參考差示光譜之間的相關係數。元素13：其中測試差示光譜及參考差示光譜兩者提供波長資訊，且比較包括藉由計算測試差示光譜與參考差示光譜之間的自相關參數來判定其間之波長校準偏移。元素14：其進一步包含進行針對光學儀器之特定子系統之一或多個個別功能測試。元素15：其進一步包含基於分析一或多個個別功能測試中之一者而產生並發送光學儀器之就緒或未就緒狀態。元素16：其中光學儀器為光譜儀。

100:處理系統 110:半導體處理工具 120:晶圓 130:處理電漿 135:室 140:介面 141:介面 142:介面 150:光源 153:光纖線纜總成 155:光束 157:光纖線纜總成 159:光纖線纜總成 160:光譜儀 161:可控光源 170:信號處理器 180:輸出 185:通信連結 200:光學系統 210:光譜儀 220:外部系統 230:外部光學件 231:可控光源 232:可控光源 240:光學介面 245:光學組件 250:感測器 260:FPGA 270:處理器 280:A/D轉換器 290:記憶體 295:電源供應器 300:曲線圖 320:光譜 330:光譜 400:曲線圖 420:跡線 430:跡線 500:曲線圖 520:光譜 530:光譜 600:曲線圖 620:參考差示光譜 630:測試差示光譜 700:程序 710:準備步驟 720:步驟 730:步驟 740:步驟 750:步驟 760:步驟 770:步驟 780:步驟 800:計算裝置 810:介面 820:記憶體 830:處理器

現在參考結合附圖之以下描述，在附圖中：

圖 1為用於採用OES及/或IEP監測及/或控制半導體處理工具內之電漿或非電漿製程之狀態的系統之方塊圖；

圖 2為根據本發明之光譜儀及特定相關系統之方塊圖；

圖 3為根據本發明之可在半導體製程期間入射至光學儀器上之典型OES及IEP光學光譜之曲線圖；

圖 4為根據本發明之可用於光學儀器測試之光源之代表性光譜之曲線圖；

圖 5為根據本發明之經照射及暗測試資料之代表性光譜之曲線圖；

圖 6為根據本發明之測試資料之代表性差示光譜之曲線圖；

圖 7為根據本發明之用於光學儀器之故障檢測及就緒情況測試的實例方法之流程圖；並且

圖 8繪示根據本發明原理之經組態以執行光學儀器之功能運行狀況評估之計算裝置之實例。

700:程序

710:準備步驟

720:步驟

730:步驟

740:步驟

750:步驟

760:步驟

770:步驟

780:步驟

Claims (20)

1. 一種用於評估及驗證一光學儀器之一操作狀態之系統，其包含： 一整合光源； 一光學感測器，用於收集來自該整合光源之光； 一控制器，其控制該整合光源及該光學感測器；及 一處理器，用於處理自該光獲得之收集到的光學信號資料且導出指示該操作狀態的一量度。
2. 如請求項1之系統，其中該整合光源為可打開及關閉之一可控光源。
3. 如請求項1之系統，其中該整合光源係至少部分地位於該光學儀器內。
4. 如請求項1之系統，其中該收集到之光學信號資料包括在該整合光源打開時及在該整合光源關閉時收集到的資料。
5. 如請求項1之系統，其中該處理包括驗證該光學感測器對該整合光源產生之光作出回應。
6. 如請求項1之系統，其中該處理包括自收集到之光產生一測試差示光譜，且比較該測試差示光譜與一參考差示光譜，其中在製造該光學儀器之後獲得該測試差示光譜，在製造期間獲得該參考差示光譜。
7. 如請求項1之系統，其中該整合光源為一LED。
8. 如請求項1之系統，其中該處理器進一步經組態以執行或指導對該光學儀器之一或多個子系統的功能測試。
9. 如請求項1之系統，其中該光學儀器為一光譜儀。
10. 一種評估一光學儀器之操作狀態之方法，其包含： 自在該光學儀器之一整合光源的不同照射條件下獲得的差分光學光譜獲得一差示光譜；及 分析該差示光譜以導出指示該操作狀態的一量度。
11. 如請求項10之方法，其中該差示光譜係在製造之後獲得之一測試差示光譜，且該分析包括比較該測試差示光譜與在製造期間獲得之一參考差示光譜。
12. 如請求項11之方法，其中該比較包括對該測試差示光譜與該參考差示光譜之間的差異設定臨限值。
13. 如請求項11之方法，其中該比較包括驗證該測試差示光譜與該參考差示光譜之一比率之一平均值的一範圍。
14. 如請求項11之方法，其中該比較包括計算該測試差示光譜與該參考差示光譜之間的一相關係數。
15. 如請求項11之方法，其中該測試差示光譜及該參考差示光譜兩者提供波長資訊，且該比較包括藉由計算該測試差示光譜與該參考差示光譜之間的一自相關參數來判定其間的一波長校準偏移。
16. 如請求項10之方法，進一步包含進行針對該光學儀器之特定子系統的一或多個個別功能測試。
17. 如請求項10之方法，進一步包含基於分析該一或多個個別功能測試中之一者來產生並發送該光學儀器的一就緒或未就緒狀態。
18. 如請求項10之方法，其中該光學儀器為一光譜儀。
19. 一種電腦程式產品，其具有經儲存在一非暫時性電腦可讀媒體上之一系列操作指令，該非暫時性電腦可讀媒體在被起始時指導一或多個處理器之操作，由此執行包含以下各項之操作： 自在一光學儀器之一整合光源的不同照射條件下獲得的差分光學光譜獲得一測試差示光譜；及 藉由比較該測試差示光譜與一參考差示光譜來分析該測試差示光譜，其中在製造該光學儀器之後獲得該測試差示光譜，在製造該光學儀器期間獲得該參考差示光譜。
20. 一種光譜儀，其包含： 一光學感測器； 一整合光源，其經定位以照射該光學感測器；及 執行操作之一或多個處理器，該等操作包括： 藉由操作該整合光源並處理對應於該整合光源打開及該整合光源關閉之差分光學光譜資料來執行對該光譜儀的一功能評估。