TWI460406B - 光放射光譜標準化用之方法與設備 - Google Patents

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Description

光放射光譜標準化用之方法與設備 【優先權聲明】
根據美國法典第35條第119款第(e)項規定，本申請案係關於並主張共同讓渡之臨時專利申請案第61/042,011號(代理人案號：P1666P/LMRX-P137P1)的優先權，其發明名稱為『光放射光譜標準化用之方法與設備』，其發明人為Venugopal等人，該優先權案申請於2008年4月3號，其揭露內容將藉由參考文獻之方式合併於此。
本發明係關於光放射光譜之標準化的方法與設備。
電漿處理之發展已促進半導體產業之成長。在電漿處理期間，診斷工具可用來確保正在處理中之元件的高良率。光放射光譜(OES)通常被用來作為氣相監控蝕刻劑及被蝕刻之產品的診斷工具，以維持製程參數之緊密控制。
在電漿之光詢問(interrogation)中，會有與電漿放電有關之特徵輝光，即特定的光放射光譜。電漿放電具有一光譜定義：可為多變數之函數，變數包含但不限於組成成份、壓力、能量密度、驅動功率等等。一般可使用單一通道光譜儀觀察光譜，光譜包含但不限於從深紫外線到遠紅外線之波長。
電漿之光詢問的執行可藉由經視準儀透過電漿蝕刻腔室之石英窗來收集光放射光譜。透過收集光纖束傳送的光譜資訊可藉由光譜儀之信號通道來進行量測。利用來自光詢問的光譜資訊，組成成份上之大量資訊可被收集及分析，以在電漿處理期間提供製程監控之導引。然而，使用OES之電漿之光詢問主要被限制在定性分析。
在製造環境中，變異性特別為電漿之光詢問中阻礙OES被用於定量分析的主要限制。例如，在元件製造環境中，可由系統對 系統來觀察變異性。系統對系統之變異性可顯示各電漿處理系統之間狀態的差異。在另一例子中，可在量測系統之間觀察系統對系統之變異性，即光譜儀對光譜儀。在又另一例子中，系統對系統之變異性可於具有每個相異光譜儀之每個相異的電漿處理系統之裝置的差異中察覺。熟知本技藝者可察知，在製造環境中之處理期間的電漿之光詢問中，來自系統對系統之變異性可能會提供高度不確定性，其限制OES被用來作為電漿監視及/或控制之定量工具。
在製造環境中，限制OES被用於定量分析之變異性的另一來源可為系統內之變異性。例如，光纖束連接至電漿腔室及/或連接至光譜儀之效率可為系統內之變異性來源。
在另一例子中，電漿腔室之幾何形狀及力學結構可導致系統內之變異性，例如，電漿信號之原位量測。相對於大氣壓力，電漿處理一般使用低壓(需要真空腔室)。在真空腔室壁之窗可能需為合適的材料(例如，窗可由石英構成)俾沿著光學路徑以期望之波長相依性衰減來透射以量測電漿光譜信號。然而，在某些電漿處理系統中之壓力控制係使用限制環裝置，其可能部份阻塞電漿與光譜儀之間的光學路徑。再者，依據期望之電漿壓力，限制環可相對於詢問窗移動，且亦遭受沉積及/或蝕刻。因此，光學路徑之阻塞、沉積、及/或蝕刻會導致系統內之變異性，使得使用OES之定量分析不能實行。
因元件之退化的變異性如同一時間函數(即時間對時間之變化)，可為阻礙OES用於電漿處理之定量分析之變化的又另一來源。例如，在電漿處理期間，前述之石英窗可暴露於電漿且遭受沉積及/或蝕刻。因此隨著時間，石英窗會變模糊且會改變窗的光學特性。典型地，石英窗之模糊會導致較低的電漿信號強度(以非線性的方式)。在另一時間對時間之變異性實例中，光纖束的光傳輸效率會隨著時間而劣化，此亦導致較低的電漿信號強度(以非線性的方式)。由上述可明白，時間對時間之變異性會提供不確定性之又另一來源，其限制OES被用來作為定量工具。
一般而言，許多定義電漿之變數可能難以準確地進行原位量測。此外，電漿可能會在多重時標下具有顯著起伏，其可能導致光譜放射之變化。由於與使用OES之電漿之現行光詢問有關之變異性，定量地判定會導致放射變化之電漿變數為何之作業乃極其困難。因此，OES之使用可能會僅受限於定性應用，如終點偵測、漏電鑑定、成份鑑定等等。
可能的解決方法必須使用控制，以將OES標準化來降低製程中每個步驟的變異性。例如，可執行校正以降低系統及/或儀器間的差異，可周期性地清潔石英窗以減少混濁，可置換光纖束以得到原始的傳送效率，可使用鍵控的連接器，以相同的方式固定光耦合器來降低設定的變異性。
然而，校正及控制可能適用於實驗室之環境，但可能並非對製造環境有助益。在能以超過一百道製造步驟來製造元件之高生產率的高容量製造設備中，在每個步驟後進行校正及控制可能不能實行。未受控制之變化的校正以及與時間相關的退化可能需要專門的對策，專門的對策可能會增加極度成本競爭之製程的成本。仔細的校正及控制可能會增加處理時間的時間負荷，其增加每一被製造元件之成本並降低生產率。因此，此等控制可降低變異性，卻無法滿足定量OES量測之能力，同時因較高成本及較低生產率而不利於製程。
鑑於前述，在電漿處理期間，極需使用OES作為定量工具以供製程監視及控制之方法及設備。
在一實施例中，本發明關於一種電漿放射之原位光詢問之配置，以定量量測電漿腔室中之標準化光放射光譜。該配置包含一閃光燈及一組石英窗。該配置亦包含複數之準直光學組件，其光學地連結至該石英窗組。該配置更包含複數之光纖束，其包含至少一照明光纖束、一收集光纖束、及一參考光纖束。該配置還更包含一多通道光譜儀，其設有至少一信號通道及一參考通道。該 信號通道光學地連接至至少該閃光燈、該石英窗組、該準直光學組件組、該照明光纖束、及該收集光纖束以量測一第一信號。
上述之發明內容僅與在此揭露之發明的許多實施例之其中一者有關，且並非用來限制本發明之範疇，本發明之範疇會在申請專利範圍中提出。為了讓本發明之其他特徵及優點能更明顯易懂，以下將配合所附圖示由舉例方式詳細說明本發明。
本發明現在將參照一些較佳的實施例及舉例性附圖詳細地敘述。為了要提供本發明之全面性的了解，許多的具體的細節會在接下來的敘述中提出。然而對熟悉本技藝者，本發明在沒有這些具體細節的情況下仍可實施。在其他情況下，為了避免不必要地混淆本發明，熟知的製程步驟及/或結構並未詳細地描述。
依據本發明之實施例，提供電漿放射之原位光詢問(in-situ optical interrogation)的方法與設備，以定量量測多個腔室之標準化光放射光譜(OES,optical emission spectra)。例如，在一實施例中，可藉由使用外部光源透過正對面的觀察口即時詢問光學收集路徑(optical collection path)，來執行光學收集效率(optical collection efficiency)之原位量測。
在一實施例中，標準化之OES量測系統可裝設外部光源，例如氙閃光燈(Xenon flash lamp)。在一例子中，閃光燈可具有相當短的脈衝寬度及/或高強度信號。在一實施例中，可使用多通道光譜儀從電漿處理腔室同時量測每一脈衝之放射信號及/或閃光燈之輸出。因此，標準化之OES系統可允許光放射及/或光收集效率之量測，以獲得標準化之光放射光譜。相對地，先前技術之OES量測系統可不裝設外部光源及/或多通道光譜儀。
在一實施例中，可藉由使用離線校正量測(off-line calibration measurement)來判定固定的耦合因子。例如，在一實施例中，使用校準光源可執行校正。在另一實施例中，使用可藉由多通道光譜儀之信號通道及/或參考通道兩者來量測之標準光源可執行校正。 在OES系統出貨前，光譜儀製造商可執行一次校正以判定固定的耦合因子。因此，裝置製造商不負擔可能增加裝置製程成本之校正。
在先前技術中，使用OES之電漿之光詢問方法已被限制於定性分析(qualitative analysis)。於此揭露中，在一實施例中，詳述一種使用光譜儀之單一通道之即時標準化OES量測的方法。標準化OES量測可對付由於系統老化之偏移(drift)及由於限制環之位置的光學路徑變更。在另一實施例中，詳述一種使用具有外部校正量測之多通道光譜儀之即時標準化OES量測的方法。可利用上述之校正方法來離線校準光譜儀及光學效率因子。在一實施例中，光放射光譜可被量測及正規化以移除與量測系統之光收集效率有關的變化。由上述可明白，前述的方法可輔助不同處理腔室之即時標準化OES光譜的定量分析。
參考隨後之圖式及討論(對照發明之先前技術機構及實施例)能夠更加理解本發明之特徵及優點。
依據本發明之實施例，圖1顯示用於電漿光詢問之典型電漿處理系統中之標準化光放射光譜(OES)裝置的簡化示意圖。
在圖1之實施中，蝕刻腔室102中之電漿104之光詢問可被執行以量測光放射光譜，其獨立於與量測系統中之變化有關的光效率。在一實施例中，蝕刻腔室102可設有一選擇性的限制環組件134。再者，在一實施例中，蝕刻腔室102可設有兩正相對的石英窗，透過此石英窗可看見電漿104。在一例子中，蝕刻腔室102可於照明側設置第一石英窗118且於收集側設置第二石英窗128。
至於在此使用之術語，照明側可為裝有外部光源以透過第一石英窗118傳送光源之蝕刻腔室之側。反之，收集側可為透過第二石英窗128由光譜儀量測與電漿放電有關之光放射光譜之蝕刻腔室之側。
在一實施例中，複數之準直光學組件(例如，第一視準儀組件116及第二視準儀組件126)用來將兩石英窗連結至蝕刻腔室102。在一例子中，石英窗118可利用第一視準儀組件116而被連結至 蝕刻腔室102之照明側。同樣地，石英窗128可利用第二視準儀組件126而被連結至蝕刻腔室102之收集側。
在一實施例中，連結至各石英窗之準直光學組件可設有收斂及/或發散的光學元件(未顯示以簡化說明)，其對於光纖耦合有預定之角度範圍接受度。
例如，在一實施例中，在照明側，從外部光源(即閃光燈106)而來之光信號，可藉由第一光纖束108而被傳送至蝕刻腔室102。在這裡，第一光纖束108亦可被稱為照明光纖束108。閃光燈106可為但不限於一能夠傳送高強度、短脈衝之光束120的氙閃光燈。在一實施例中，照明光纖束108可藉由光耦合器114來連結閃光燈106(在第一端)及連結石英窗118(在第二端)。
在圖1之實施中，藉由照明光纖束108而被傳送至蝕刻腔室102之光束120透過第一視準儀組件116可為準直。在一實施例中，光束120之強度可比電漿104之強度高數個數量級，導致高信號雜訊比。在一實施例中，光束120及電漿104之光放射光譜透過第二視準儀組件126可為準直，以藉由第二光纖束112而被傳送至多通道光譜儀150之信號通道130。在這裡，第二光纖束112可被稱為收集光纖束112。
在一實施例中，在收集側，收集光纖束112可藉由光耦合器124來連結石英窗128(在第一端)及連結多通道光譜儀150上的信號通道130(在第二端)。在一實施例中，從蝕刻腔室102而來的電漿104之光放射光譜及/或光束120可藉由收集光纖束112而被收集且被傳送至多通道光譜儀150之信號通道130以供量測。在一實施例中，信號通道130可為但不限於電荷耦合元件(CCD)。因此，信號通道130可用以量測從蝕刻腔室102所傳送的信號。
在圖1之實施中，在一實施例中，從閃光燈106而來之光信號可直接藉由第三光纖束110而被收集及傳送，以在多通道光譜儀150上的參考通道132上被量測。在這裡，第三光纖束110可被稱為參考光纖束110。因此參考通道132可用來量測每一脈衝之閃光燈106之輸出。
由上述可明白，與先前技術相比，圖1之標準化OES裝置可設有外部閃光燈及多通道光譜儀以輔助如下詳述之方法，以收集並量測獨立於與量測系統有關之光收集效率的原位光放射光譜。藉由使用多通道光譜儀，從蝕刻腔室所傳送之光及/或每一脈衝之閃光燈輸出的量測可同時進行以使光放射光譜標準化。
如上所述，量測系統可包含複數之光收集效率，其可提供OES量測中之變異性。為了標準化之OES量測，光收集效率可被去耦合及量化。參考圖1，在標準化OES裝置中所關心的光耦合因子如下：CLR ：閃光燈106輸出至第三光纖束110之耦合，CLS ：閃光燈106輸出至第一光纖束108之耦合，C*FL ：第一光纖束108之光纖透射率(*-隨時間改變)，C*FR ：第三光纖束110之光纖透射率(*-隨時間改變)，C*FC ：第二光纖束112之光纖透射率(*-隨時間改變)，CR ：多通道光譜儀之參考通道132之耦合效率及偵測器靈敏度，CS ：多通道光譜儀之信號通道130之耦合效率及偵測器靈敏度，C**C ：在收集觀察埠之第二視準儀組件126、石英窗128透射率、及限制環組件134透射率之耦合效率(**-在製程期間隨時間大量改變)，及C**L ：在照明觀察埠之第一視準儀組件116、石英窗118透射率、及限制環組件134透射率之耦合效率(**-在製程期間隨時間大量改變)。
在一實施例中，可利用兩離線校正量測來判定固定耦合因子。依據本發明之實施例，圖2顯示使用校準光源之第一校正裝置200之簡化示意圖。
在圖2之實施中，在一實施例中，校正可使用校準光源206以判定耦合因子CS 及/或CFC 。在本發明之實施例中，可藉由多通道光譜儀之信號通道130來量測校準光源206。校準光源206之輸 出，IG ，可被量測作為信號通道130上之光譜LGS 。耦合因子CS 及/或CFC 可被測定如下：LGS =CFC CS IG (方程式1)，其中LGS 為被量測的光譜、IG 為校準光源之已知輸出、CS 為多通道光譜儀之信號通道之耦合效率及偵測器靈敏度、及CFC 為第二光纖束112之光纖透射率。
在圖2之實施中，在一實施例中，對於收集光纖束112之CFC 之測定可為選擇性。在一實施例中，假如校正包含CFC 之測定，收集光纖束112可與多通道光譜儀之信號通道130一起出貨，作為一佩對。
參考圖2，LGS 及IG 可為已知的值。然而，LGS 及IG 可能不需為絕對值。在一實施例中，LGS 可能與製造商所指定之黃金光譜儀(golden spectrometer)有關。IG 可能與國家標準與技術研究院(NIST)之標準有關。在一實施例中，出貨給客戶之前，製造商可離線執行一次校正以判定耦合因子CS 及/或CFC 。
至於在此使用之術語，黃金光譜儀可為光譜儀製造商所指定之特定的光譜儀，作為製造商可製造之高品質光譜儀之標稱代表。因此，隨後製造的光譜儀可對照黃金光譜儀來進行校準。
依據本發明之實施例，圖3顯示使用標準光源之第二校正裝置300之簡化示意圖。
在圖3之實施中，在一實施例中，校正可使用標準光源306以判定耦合因子CR 、CS 、CFR 、CFL 、CLR 、及/或CLS 。在本發明之實施例中，校正可使用藉由多通道光譜儀之信號通道130及參考通道132兩者所量測之標準光源306。標準光源306之輸出，IS ，可被量測作為信號通道130上之光譜LGSA 及參考通道132上之光譜LGRA 。耦合因子CR 、CS 、CFR 、CFL 、CLR 、及/或CLS 可被測定如下：LGRA =CLR CFR CR IS (方程式2)，LGSA =CLS CFL CS IS (方程式3)，其中LGRA 為參考通道132上所量測的光譜、LGSA 為信號通道 130上所量測的光譜、IS 為標準光源之輸出、CS 為多通道光譜儀之信號通道之耦合效率及偵測器靈敏度、CR 為多通道光譜儀之參考通道之耦合效率及偵測器靈敏度、CLR 為標準光源306輸出至第三光纖束110之耦合、CLS 為標準光源306輸出至第一光纖束108之耦合、CFL 為第一光纖束108之光纖透射率、及CFR 為第三光纖束110之光纖透射率。
在一實施例中，出貨給客戶之前，製造商可離線執行一次校正以判定耦合因子CR 、CS 、CFR 、CFL 、CLR 、及/或CLS 。
在圖3之實施中，在一實施例中，標準光源306之輸出，IS ，不需為校準光源。標準光源306可為閃光燈，其類似於即時OES量測中所使用之閃光燈。在一實施例中，來自標準光源306之輸出光錐可用來充滿光纖束輸入。
參考圖3，在一實施例中，參考光纖束110之耦合因子CFR 可被設成為本質上等同於照明光纖束108之耦合因子CFL 。例如，在一實施例中，參考區段之第三光纖束110可被製成具有與照明區段之第一光纖束108相同之長度。
為達到相同長度，可藉由多種方法來製造光纖束。在一例子中，光纖束可被製造成一具有緊密容限之預定長度，以獲得相同長度之光纖區段束。或者，在複數之光纖束之製造中，選取具有相同長度之一對光纖束。每對光纖束可能需有互相相同之長度以作為針對光譜儀所選取之配對。因此，為了每個OES系統而選取之光纖束對可能不需指定會增加製造成本的緊密容限。
由上述可明白，圖2及圖3顯示兩離線校正量測，在一實施例中，在校準OES系統出貨給客戶之前，兩離線校正量測可在製造商處被執行一次以判定複數個固定耦合因子。由於OES系統之校正在光譜儀製造商處被執行一次，裝置製造商不負擔可能會增加上述之經常費用至裝置製造成本的繁瑣校正。
依據本發明之實施例，圖4顯示使用信號通道之即時標準化OES量測之方法400的簡化流程圖。將詳述圖4(相對於圖1及圖2)以促進了解。
在一例子中，圖1之典型電漿處理系統中之標準化光放射光譜(OES)裝置可為電漿之光詢問所使用。
如圖4所示，在一實施例中，校正光譜L0 可被紀錄(在步驟402中)，以擷取初始時間之整體光學系統之狀態。在初始狀態下，從校正光譜L0 而來的資料可在無電漿及/或無阻塞(例如，石英限制環)的情況下被收集。
在步驟404中，未處理的基板可被載入蝕刻腔室中以進行處理。
在步驟406中，RF電源可被供應至蝕刻腔室，以與腔室中之氣體反應而觸發電漿，且可開始基板之處理。在基板之電漿處理期間，限制環可選擇性地被製程配方使用(根據要求)。由下述可明白，被量測之信號可由於因子(例如在光收集路徑上被限制環阻塞)而顯著調變。
在步驟408中，在一實施例中，可在閃光燈『開』之最小積分時間收集來自蝕刻腔室的信號以量測光譜LA1 。在一例子中，來自蝕刻腔室之信號可包含來自燈的信號、來自電漿的信號、及各種背景雜訊，例如，來自光譜儀偵測器之暗雜訊(dark noise)。
在步驟410中，在一實施例中，可在閃光燈『關』之最小積分時間收集來自蝕刻腔室的信號以量測光譜LA2 。
至於在此使用之術語，最小積分時間為收集光譜之最小時間。在一實施例中，步驟408及410可用來即時量測閃光燈之強度。在一例子中，閃光燈一般具有相當短的脈衝寬度，約為幾微秒之等級。然而，光譜儀乃受限於電子電路量測原始光譜資料的能力為毫秒之等級(由於成本考量)。雖然積分時間僅需跟閃光燈之脈衝寬度一樣長即可，但積分時間可能會長於閃光燈之脈衝寬度。因此，收集光譜之最小積分時間可為成本及/或電子電路之設計限制的結果。
在一例子中，可在閃控模式下進行即時OES量測。可在燈『開』時量測光譜LA1 ，以量測燈信號之透射率、電漿放射及背景雜訊(在一實施例)。在另一實施例中，可在燈『關』時量測光譜LA2 ，以 量測電漿放射及背景雜訊。因此。光譜LA1 與光譜LA2 之間的差異，即(LA1 -LA2 )，可正規化去掉電漿放射及背景雜訊以即時提供燈之量測光譜。
由上述可明白，積分時間可被最小化(相對於燈)以量測透過系統傳送之光譜並實質移除電漿放射及/或背景雜訊。因此，對於從燈所傳送之光相對於電漿雜訊的高信號雜訊比，可期望相對於閃光燈之脈衝寬度的最小積分時間及/或相對於電漿強度之閃光燈的高強度。
在步驟412中，在一實施例中，可在閃光燈『關』之期望的積分時間收集來自蝕刻腔室的信號以量測光譜LB 。在實質上具有與量測相關的複數之變化的先前技術中，光譜LB 典型為可被收集之光譜。
在步驟414中，使用方程式4以正規化去掉與量測系統相關的變化，在一實施例中，標準化光放射光譜LN 可被計算如下：LN =LB /((LA1 -LA2 )/L0 )1/2 (方程式4)，其中(LA1 -LA2 )/L0 為相對於無電漿及/或阻塞之校正光譜的即時標準化燈光譜。相應地，LB 可相對於((LA1 -LA2 )/L0 )1/2 而正規化以即時產生期望的LN 。
在步驟416中，在一實施例中，會評估製程終點。可藉由放射光譜LN 或其他方法(例如預設時間或偵測製程終點之其他方法)來判定製程終點。
在一實施例中，假如製程未達到終點(步驟418)則會回到步驟408繼續收集即時OES之量測結果。標準化OES量測會持續直到製程到達終點。在一實施例中，步驟408到步驟416之迴路418為即時OES量測。
在步驟420中，在一實施例中，當製程已到達終點時，會停止製程並關掉電漿。
在步驟422中，在一實施例中，被處理之晶圓會自蝕刻腔室移除。
在步驟424中，製程會繼續並回到步驟404，於步驟404中新晶圓會被載入至蝕刻腔室。即時OES之量測結果會被收集以進行另一晶圓之處理。
由上述可明白，標準化方法400僅使用光譜儀之單一通道而不用離線外部校正量測。雖然腔室間之匹配為不可能，但隨著時間之量測一致性乃相當可靠。量測能夠解決由於系統老化之偏移(drift)(即石英窗上之沉積)及由於限制環之位置的光學路徑變更。
或者及/或此外，在一實施例中，藉由系統元件仔細的製造控制可實現合理之腔室間之匹配。例如，光譜儀及光纖束之匹配、鍵控附加系統之設計、及/或具有緊密容限可產生良好的腔室對腔室(chamber-to-chamber)之成果，而不用外部校正量測。因此，可以相當低的成本實現診斷目的之標準化OES系統。
或者及/或此外，光譜儀製造商可執行一次簡單的離線校正(例如圖2之校正方法)，以減少需要做的概算。利用具有離線校正的OES系統，方法400能夠提供不同蝕刻腔室間之匹配信號。
依據本發明之實施例，圖5顯示使用多通道光譜儀之即時標準化OES量測之方法500的簡化流程圖。
考慮例如圖1之典型電漿處理系統中之標準化光放射光譜(OES)裝置可以為電漿之光詢問所使用的情況。
在步驟502中，在一實施例中，使用圖2之校正200及/或圖3之校正300可離線校準光譜儀及光學效率因子。校正200及校正300已分別在圖2及圖3中詳細討論。在系統出貨前，製造商可離線執行兩校正。
在步驟504中，在一實施例中，會執行兩校正步驟。在步驟504a中，可使用信號通道來執行校正光譜LO ，以擷取初始時間之整體光學系統之狀態。在初始狀態下，從校正光譜LO 而來的資料可在無電漿及/或無阻塞(例如，石英限制環)的情況下被收集。在步驟504b中，在一實施例中，可使用參考通道來執行校正光譜LOO 。
步驟504a及/或504b可能並非即時OES標準化製程所不可或缺。然而，LO 及LOO 對於元件(如石英窗及/或收集光纖區段)之老化效應去耦合而言乃為有用。例如，藉由追蹤LO 及LOO 作為一時間函數可判定因沉積在石英窗上之隨著時間的老化效應。
在步驟506中，未處理的基板可被載入蝕刻腔室中以進行處理。
在步驟508中，RF電源可被供應至蝕刻腔室以觸發電漿以開始進行基板之處理。在基板之電漿處理期間，限制環可選擇性地被製程配方使用(根據要求)。
在步驟510中，在一實施例中，可在燈『開』之最小積分時間收集來自蝕刻腔室的光譜，在步驟510a中，使用多通道光譜儀之信號通道來量測光譜LA1S 。
在步驟510b中，在一實施例中，可在燈『開』之最小積分時間使用多通道光譜儀之參考通道來收集光譜LA1R 。
在步驟512中，在一實施例中，可在燈『關』之最小積分時間收集來自蝕刻腔室的光譜，在步驟512a中，使用多通道光譜儀之信號通道來量測光譜LA2S 。
在步驟512b中，在一實施例中，可在燈『關』之最小積分時間使用多通道光譜儀之參考通道來收集光譜LA2R 。
如上所述，來自閃光燈之光信號(例如氙閃光燈)可為一高強度、短脈衝之光束。閃光燈之強度可比電漿放射之強度高數個數量級，導致高信號雜訊比。此外，與用以擷取光譜之電子電路之時標(即積分時間)相比，閃光燈之脈衝寬度可能相當短，例如幾微秒。電子電路可能為用以擷取光譜之積分時間的限制因子，例如幾毫秒。
在信號通道上被量測之光譜LAS 可由步驟510a及步驟512a而被測定如下：
LAS =LA1S -LA2S 　(方程式5)，
其中LAS 與耦合因子相關，如下：
LAS =CLS C*FL C**L C**C C*FC CS IA 　(方程式6)，
其中IA 為閃光燈之輸出。
在參考通道上被量測之光譜LAR 可由步驟510b及步驟512b而被測定如下：
LAR =LA1R -LA2R 　(方程式7)，
其中LAR 與耦合因子相關，如下：
LAR =CLR C*FR CR IA 　(方程式8)。
在一實施例中，方程式5到方程式7之計算考慮到將閃光燈自電漿放射及背景雜訊中去耦合。
在步驟514中，在一實施例中，可在閃光燈『關』之期望的積分時間收集來自蝕刻腔室的光譜，在步驟514a中，量測光譜LB 。在實質上具有與量測相關的複數之變化的先前技術中，光譜LB 典型為可被收集之光譜。光譜LB 可被表示如下：
LB =C**C C*FC CS IP 　(方程式9)。
由上述可明白，在一實施例中，具有『*』之耦合因子表示會隨著時間改變的數量。使用於方程式5-9之具有『*』之耦合因子可即時表示來自製程的即時值。
在步驟516中，使用方程式10及11將與量測系統相關的變化正規化，在一實施例中，標準化光放射光譜IP 可被計算如下：
由上述可明白，符合在此討論之假設，方程式10可從方程式6、8、及9導出。在一實施例中，腔室之配置可為對稱而導致CL 與CC 相等。因此，對於對稱的腔室，可假設C*L 之變化與C*C 之變化相似(隨著時間)。
在另一實施例中，光纖區段之配置可為幾乎相等而導致CFL 與CFR 相等。因此，對於具有相似曝光程度之等效光纖區段，可假設C*FL 之變化與C*FR 之變化相似(隨著時間)。
在又另一實施例中，在例如收集光纖區段非常短之情況下，耦合因子CFC 可幾乎等於一。再者，可假設比率約為一。因此，方程式10之值IP 可被簡化為方程式11。
在步驟518中，在一實施例中，會評估製程終點。可藉由放射光譜IP 或其他方法(例如預設時間或偵測製程終點之其他方法)來判定製程終點。
在一實施例中，假如製程未達到終點(步驟520)則會回到步驟510繼續收集即時OES之量測結果。標準化OES量測會持續直到製程到達終點。在一實施例中，步驟510到步驟518之迴路520為即時OES量測。
在步驟522中，在一實施例中，當製程已到達終點時，會停止製程並關掉電漿。
在步驟524中，在一實施例中，被處理之晶圓會自蝕刻腔室移除。
在步驟526中，製程會繼續並回到步驟506，於步驟506中新晶圓會被載入至蝕刻腔室。即時OES之量測結果會被收集以進行另一晶圓之處理。
因此，標準化方法500可使用如圖1所示之OES裝置及如圖2及圖3所討論之離線外部校正量測即時量測並導出標準化光放射光譜IP 。標準化光放射光譜獨立於與量測系統有關之光收集效率。
由上述可明白，本發明之一個以上之實施例提供一電漿處理系統，其藉由使用即時OES量測而能夠促進製造設備中之多個腔室中之光放射光譜的定量比較。再者，標準化光譜可被用來增進製程控制及/或故障檢測之能力。
雖然本發明已參照數個較佳實施例敘述，在本發明之範圍內仍有修改、置換及等效設計。雖然在此已提供各種實施例，這些實施例應被視為舉例性而非限制性者。
此外，標題及發明內容乃為便利而提供於此，不應該用來限制申請專利範圍。再者，摘要部分乃為便利而提供於此並以極簡略形式書寫，因此不應該用來限制申請專利範圍中所表示之整體發明。假如用語『組(set)』使用於此，此用語應具有其一般理解之數學意義，涵蓋零、一、或一個以上之構件。應注意有許多實施本發明之方法及設備之替代方案。因此將下述附加的申請專利範圍解釋為包含在本發明之精神及範圍內之所有此類修改、置換、及等效設計。
102‧‧‧蝕刻腔室
104‧‧‧電漿
106‧‧‧閃光燈
108‧‧‧第一光纖束(照明光纖束)
110‧‧‧第三光纖束(參考光纖束)
112‧‧‧第二光纖束(收集光纖束)
114‧‧‧光耦合器
116‧‧‧第一視準儀組件
118‧‧‧第一石英窗
120‧‧‧光束
124‧‧‧光耦合器
126‧‧‧第二視準儀組件
128‧‧‧第二石英窗
130‧‧‧信號通道
132‧‧‧參考通道
134‧‧‧限制環組件
150‧‧‧多通道光譜儀
200‧‧‧第一校正裝置
206‧‧‧校準光源
300‧‧‧第二校正裝置
306‧‧‧標準光源
400‧‧‧方法
402‧‧‧收集校正光譜L0 (無電漿，無阻塞)
404‧‧‧載入未處理的晶圓
406‧‧‧開始處理/觸發電漿
408‧‧‧在燈開之最小積分時間收集光譜LA1
410‧‧‧在燈關之最小積分時間收集光譜LA2
412‧‧‧在燈關之期望積分時間收集光譜LB
414‧‧‧計算標準化光放射光譜LN
416‧‧‧是否達到製程終點
418‧‧‧假如製程未達到終點
420‧‧‧停止製程/關掉電漿
422‧‧‧移除被處理之晶圓
424‧‧‧回到步驟404
500‧‧‧方法
502‧‧‧執行校正200及/或校正300
504‧‧‧執行兩校正步驟
504a‧‧‧利用信號通道來收集校正光譜LO
504b‧‧‧利用參考通道來收集校正光譜LOO
506‧‧‧載入未處理的晶圓
508‧‧‧開始處理/觸發電漿
510‧‧‧在燈開之最小積分時間收集來自蝕刻腔室的光譜
510a‧‧‧在燈開之最小積分時間收集光譜LA1S
510b‧‧‧在燈開之最小積分時間收集光譜LA1R
512‧‧‧在燈關之最小積分時間收集來自蝕刻腔室的光譜
512a‧‧‧在燈關之最小積分時間收集光譜LA2S
512b‧‧‧在燈關之最小積分時間收集光譜LA2R
514‧‧‧在燈關之期望積分時間收集來自蝕刻腔室的光譜
514a‧‧‧在燈關之期望積分時間收集光譜LB
516‧‧‧計算標準化光放射光譜IP
518‧‧‧是否達到製程終點
520‧‧‧假如製程未達到終點
522‧‧‧停止製程/關掉電漿
524‧‧‧移除被處理之晶圓
526‧‧‧回到步驟506
本發明乃經由實施例而非限制例而在附圖之圖式中加以說明，其中相同參考標號表示相同元件，其中：依據本發明之實施例，圖1顯示電漿光詢問之典型電漿處理系統中之標準化光放射光譜(OES)裝置的簡化示意圖。
依據本發明之實施例，圖2顯示使用校準光源之第一校正裝置之簡化示意圖。
依據本發明之實施例，圖3顯示使用標準光源之第二校正裝置之簡化示意圖。
依據本發明之實施例，圖4顯示使用信號通道之即時標準化OES量測之方法的簡化流程圖。
依據本發明之實施例，圖5顯示使用多通道光譜儀之即時標準化OES量測之方法的簡化流程圖。
102‧‧‧蝕刻腔室
104‧‧‧電漿
106‧‧‧閃光燈
108‧‧‧第一光纖束(照明光纖束)
110‧‧‧第三光纖束(參考光纖束)
112‧‧‧第二光纖束(收集光纖束)
114‧‧‧光耦合器
116‧‧‧第一視準儀組件
118‧‧‧第一石英窗
120‧‧‧光束
124‧‧‧光耦合器
126‧‧‧第二視準儀組件
128‧‧‧第二石英窗
130‧‧‧信號通道
132‧‧‧參考通道
134‧‧‧限制環組件
150‧‧‧多通道光譜儀

Claims (20)

  1. 一種電漿放射之原位光詢問的系統，以定量量測電漿腔室中之標準化光放射光譜，該系統包含：一閃光燈；一組石英窗；複數準直光學組件，該複數之準直光學組件係光學地連結至該石英窗組；複數之光纖束，包含一第一光纖束、一第二光纖束、及一第三光纖束，其中該第一光纖束及該第三光纖束接收來自該閃光燈的光；及一多通道光譜儀，其建構成：(i)基於在該第一光纖束所接收的光，接收經由該石英窗組、該複數準直光學組件、該第一光纖束、及該第二光纖束的在一信號通道上的一第一信號；及(ii)基於在該第三光纖束所接收的光，接收經由該第三光纖束的在一參考通道上的一第二信號，其中該多通道光譜儀係建構成在量測該第二信號的同時量測該第一信號。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿放射之原位光詢問的系統，其中該閃光燈為脈衝光源。
  3. 如申請專利範圍第1項之電漿放射之原位光詢問的系統，其中該閃光燈為氙閃光燈。
  4. 如申請專利範圍第1項之電漿放射之原位光詢問的系統，其中：該石英窗組包含一第一石英窗及一第二石英窗；且該第一石英窗正對該第二石英窗。
  5. 如申請專利範圍第1項之電漿放射之原位光詢問的系統，其中該參考通道係經由該第三光纖束直接地連接至至少該閃光燈。
  6. 如申請專利範圍第1項之電漿放射之原位光詢問的系統，其中該第一信號係放射自該電漿腔室。
  7. 如申請專利範圍第1項之電漿放射之原位光詢問的系統，其中該第二信號係基於該閃光燈之每一脈衝輸出。
  8. 如申請專利範圍第1項之電漿放射之原位光詢問的系統，其中該第一光纖束具有與該第三光纖束相同的長度。
  9. 如申請專利範圍第1項之電漿放射之原位光詢問的系統，其中該第二光纖束以及該信號通道為一配對。
  10. 一種電漿放射之原位光詢問的方法，用以定量量測電漿腔室中.之標準化光放射光譜，該方法包含：執行複數之離線校正；執行複數之初始校正，其係利用多通道光譜儀上的信號通道與該多通道光譜儀上的參考通道中之至少一者；在該電漿腔室中載入未處理的基板；在該電漿腔室中觸發電漿以處理該基板；當使用該多通道光譜儀上的該信號通道與該多通道光譜儀上的該參考通道其中至少一者之時：(i)在閃光燈開之狀態下之最小積分時間執行第一組光詢問；及(ii)當該電漿係在該電漿腔室之中時，在該閃光燈關之狀態下之該最小積分時間執行第二組光詢問；當使用該多通道光譜儀上的該信號通道之時，且當該電漿係在該電漿腔室之時，在該閃光燈關之狀態下之預定積分時間執行第三組光詢問；及基於執行該第一組光詢問、該第二組光詢問、及該第三組光詢問所測得的光譜，計算該標準化光放射光譜。
  11. 如申請專利範圍第10項之電漿放射之原位光詢問的方法，更包含：經由該多通道光譜儀，(i)基於在一第一光纖束所接收來自該閃光燈的光，接收經由一石英窗組、複數準直光學組件、該第一光纖束、及一第二光纖束的在該信號通道上的一第一信號；及(ii)基於在一第三光纖束所接收來自該閃光燈的光，接收經由該第三光纖束的在該參考通道上的一第二信號；及藉由該多通道光譜儀，在量測該第二信號的同時量測該第一信號。
  12. 如申請專利範圍第11項之電漿放射之原位光詢問的方法，其中該閃光燈為脈衝光源。
  13. 如申請專利範圍第11項之電漿放射之原位光詢問的方法，其中該閃光燈為氙閃光燈。
  14. 如申請專利範圍第11項之電漿放射之原位光詢問的方法，其中：該石英窗組包含一第一石英窗及一第二石英窗；且該第一石英窗正對該第二石英窗。
  15. 如申請專利範圍第11項之電漿放射之原位光詢問的方法，其中該第一光纖束具有與該第三光纖束相同的長度。
  16. 如申請專利範圍第11項之電漿放射之原位光詢問的方法，其中該第二光纖束以及該信號通道為一配對。
  17. 如申請專利範圍第11項之電漿放射之原位光詢問的方法，更包含執行一離線校正方法，其使用標準光源來量測該第一光纖束、 該第二光纖束、及該第三光纖束的複數之耦合係數。
  18. 一種電漿放射之原位光詢問的方法，用以定量量測電漿腔室中之標準化光放射光譜，該方法包含：執行初始校正，其係利用多通道光譜儀上的信號通道；在該電漿腔室中載入未處理的基板；在該電漿腔室中觸發電漿以處理該基板；在該觸發電漿的步驟之後，且在利用該多通道光譜儀上的該信號通道的情況下：(i)藉由在閃光燈開之狀態下之最小積分時間執行第一組光詢問，量測一第一光譜；(ii)藉由在該閃光燈關之狀態下之該最小積分時間執行第二組光詢問，量測一第二光譜；(iii)在執行該第二組光詢問之後，且在該閃光燈保持在該關狀態的情況下，藉由在預定積分時間執行第三組光詢問，量測一第三光譜；及基於該第一光譜、該第二光譜、及該第三光譜，計算該標準化光放射光譜。
  19. 如申請專利範圍第18項之電漿放射之原位光詢問的方法，更包含：經由該多通道光譜儀，(i)基於在一第一光纖束所接收來自該閃光燈的光，接收經由一石英窗組、複數準直光學組件、該第一光纖束、及一第二光纖束的在該信號通道上的一第一信號；及(ii)基於在一第三光纖束所接收來自該閃光燈的光，接收經由該第三光纖束的在一參考通道上的一第二信號；及藉由該多通道光譜儀，在量測該第二信號的同時量測該第一信號。
  20. 如申請專利範圍第19項之電漿放射之原位光詢問的方法，其中 該閃光燈為脈衝光源。
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