TWI687675B - 光譜反射計系統以及用以處理基板之具有光譜反射計的設備 - Google Patents
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Abstract
提供一種用於測量基板的光譜反射計系統。提供一光源。提供至少一
光學偵測器。一光纜包含複數光纖，其中該複數光纖包含第一複數光纖及第二複數光纖，該第一複數光纖係從該光源延伸至一光徑的傳輸光纖，該第二複數光纖係從該光徑延伸至該至少一光學偵測器的反射光纖。一微透鏡陣列係在該光徑中。
Description
本發明關於用於半導體裝置之形成的設備。更具體而言，本發明關於用於形成半導體裝置的光譜反射計。
相關申請案的交互參照：本申請案主張於西元2015年4月30日申請之美國暫時專利申請案第62/155,261號的優先權，該暫時專利申請案的標題為“APPARATUS WITH A SPECTRAL REFLECTOMETER FOR PROCESSING SUBSTRATES”，其於此藉由參照納入本案揭示內容。
本發明關於用於半導體裝置之形成的設備。更具體而言，本發明關於用於形成半導體裝置的光譜反射計。
為實現上述內容且根據本揭示內容之目的，提供一種用於測量基板的光譜反射計系統。提供一光源。提供至少一光學偵測器。一光纜包含複數光纖，其中該複數光纖包含第一複數光纖及第二複數光纖，該第一複數光纖係從該光源延伸至一光徑的傳輸光纖，該第二複數光纖係從該光徑延伸至該至少一光學偵測器的反射光纖。一微透鏡陣列係在該光徑中。
在另一種表現形式中，提供一種用於處理基板的設備。提供一處理腔室。用於支撐基板的一基板支座係在該處理腔室之內。一光譜反射計系統包含一光源；至少一光學偵測器；包含複數光纖的一光纜，其中該複數光纖包含第一複數光纖及第二複數光纖，該第一複數光纖係從該光源延伸至一光徑的傳輸光纖，該第二複數光纖係從該光徑延伸至該至少一光學偵測器的反射光纖；在該光徑中的一微透鏡陣列，其中該微透鏡陣列包含複數微透鏡；及橫跨該光徑加以支撐的一光學組件，其中該光徑係配置成將來自該光源的光提供至該基板的受照部分，且收集來自該基板受照部分之反射的光，其中來自該光源的光及反射的光穿過該微透鏡陣列，其中該複數微透鏡的每一微透鏡具有一聚焦面，且其中該基板的受照部分非在該複數微透鏡的任何聚焦面之上。
本發明的這些及其他特徵將以下列本發明的詳細敘述結合下列附圖描述更多細節。
本發明現將參照如隨附圖式中所說明的幾個較佳實施例詳細描述。在以下說明中，為了提供本發明的透徹理解，說明許多具體細節。然而，顯然地，對於精於本項技術之人士而言，本發明可不具有某些或全部這些具體細節而實施。另一方面，為了不要不必要地模糊本發明，未詳細說明眾所周知的製程步驟及/或結構。
在半導體裝置的形成中，基板係在處理腔室中加以處理。光譜反射計可用以照亮基板表面的一部分，以判定是否已達到端點。此光譜反射計的一個例子是在於西元2007年9月19日公開之Andrew Perry申請的美國專利申請案第2008/0014748號A1中加以描述，其藉由參照及為了所有目的納入本案揭示內容。
圖1使用一實施例示意性地說明電漿處理系統100的例子。電漿處理系統100包含具有電漿處理侷限腔室104於其中的電漿反應器102。由匹配網路108調諧的電漿電源供應器106將功率供應至位於電力窗（power window）112附近的TCP線圈110，以在電漿處理侷限腔室104內藉由提供感應耦合功率產生電漿114。TCP線圈（上功率源）110可配置成在電漿處理侷限腔室104之內產生均勻的擴散輪廓。例如，TCP線圈110可配置成在電漿114中產生環形功率分布。電力窗112係設置成使TCP線圈110與電漿處理侷限腔室104分開，且同時允許能量從TCP線圈110通至電漿侷限腔室104。由匹配網路118調諧的晶圓偏電壓電源供應器116將功率提供至呈基板支座120形式的電極，以設定在基板132上的偏電壓，該基板132係由基板支座120加以支撐。控制器124針對電漿電源供應器106、氣體源130、及晶圓偏電壓電源供應器116設定複數個點。
電漿電源供應器106及晶圓偏電壓電源供應器116可配置成以特定射頻（諸如13.56 MHz、27 MHz、2 MHz、60 MHz、100 kHz、2.54 GHz、或其組合）加以操作。為了達到期望的製程效能，可適當地選擇電漿電源供應器106及晶圓偏電壓電源供應器116的尺寸以供應一範圍的功率。此外，TCP線圈110及/或基板支座120可由二個以上子線圈或子電極構成，該等子線圈或子電極可藉由單一電源供應器加以供電或藉由多個電源供應器加以供電。
氣體源130係經由在噴淋頭142中的氣體入口182與電漿處理侷限腔室104流體連接。該氣體入口182可位在電漿處理侷限腔室104中的任何有利位置，且可採用任何形式噴注氣體。然而，較佳是，氣體入口可配置成產生「可調整的」氣體噴注分布，該「可調整的」氣體噴注分布允許獨立調整流至電漿處理侷限腔室104中的多個區域之各氣體流。處理氣體及副產物係經由壓力控制閥143及幫浦144自電漿處理侷限腔室104加以移除，該壓力控制閥143及幫浦144亦用以維持在電漿處理侷限腔室104之內的特定壓力。氣體源/氣體供應機構130係由控制器124加以控制。準直儀外罩184係連接到至少一個氣體入口182。光纜140係在準直儀外罩和光譜反射計裝置136之間加以連接。在此實施例中，光纜140包含傳輸光纖和接收光纖，且光譜反射計裝置136容納氙弧燈及光偵測器。此氙弧燈可提供脈衝非均勻光束。氙弧燈係耦接至傳輸光纖以將光提供至準直儀外罩184。光偵測器係耦接至接收光纖以接收自基板132反射的光。本發明的實施例可與由Lam Research Corp. of Fremont, CA生產的Kiyo和Flex、以及與其他基板處理系統一起使用。
圖2係光譜反射計系統200的示意圖。光譜反射計裝置136包含光源208及光學偵測器212。該光學偵測器212可包含一個以上光偵測器214。光纜140係連接至光譜反射計裝置。在此例子中，光纜140包含傳輸光纖220及接收光纖224。在此例子中，各接收光纖224係連接至個別的光偵測器214。在其他實施例中，複數個接收光纖224可連接至相同的光偵測器214。在此例子中，光學偵測器212係二維電荷耦合元件（2-D CCD）陣列，其中來自各接收光纖224的輸出係由該2-D CCD的不同區域加以偵測。對於光譜反射計系統，光學偵測器212提供作為波長函數的強度輸出。此可藉由使用能夠從反射的光分出一個以上波長的稜鏡或濾光鏡加以達成。光可從光源208經由光纖264引導至光學偵測器212，以允許監測光源208隨時間的變化以校正訊號及改善訊號雜訊比（SNR）。
圖3係準直儀外罩184的橫剖面圖。在該準直儀外罩184之內的是微透鏡陣列308。微透鏡陣列308包含複數個相鄰的透鏡。微透鏡陣列308的一個例子係顯示於圖6。在此例子中，10 mm × 10 mm的微透鏡陣列308具有至少81個微透鏡604。準直儀外罩184支撐準直儀透鏡312，在此實施例中的準直儀透鏡312係延伸橫跨準直儀外罩184內之孔徑的單透鏡。光徑320沿準直儀外罩184的長度從光纜140的一端、穿過微透鏡陣列308及準直儀透鏡312加以延伸，使得單準直儀透鏡312完全地延伸橫跨光徑。
圖4係顯示電腦系統400的高階方塊圖，此電腦系統400係適合用於實現本發明實施例中使用的控制器124。此電腦系統可具有從積體電路、印刷電路板、及小型手持裝置上至大型超級電腦的許多實體形式。電腦系統400包含一個以上處理器402，且進一步可包含電子顯示裝置404（用於顯示圖形、文字、及其他資料）、主記憶體406（例如隨機存取記憶體（RAM））、儲存裝置408（例如硬磁碟驅動機）、可移除式儲存裝置410（例如光碟驅動機）、使用者介面裝置412（例如鍵盤、觸控螢幕、鍵板（keypads）、滑鼠或其他指向裝置等）、及通訊介面414（例如無線網路介面）。通訊介面414允許軟體及資料經由一連結而在電腦系統400與外部裝置之間傳輸。此系統亦可包含通訊設施416（例如通訊匯流排、交越條（cross-over bar）、或網路），上述裝置/模組係連接至該通訊設施416。
經由通訊介面414傳輸的資訊可為訊號的形式，諸如能夠經由通訊連結而被通訊介面414接收的電子、電磁、光學、或其他訊號，該通訊連結攜帶訊號且可使用電線或電纜、光纖、電話線、行動電話連結、射頻連結、及/或其他通訊通道加以實現。在使用此種通訊介面的情況下，吾人預期在執行上述方法步驟期間，一個以上處理器402可從網路接收資訊，或可將資訊輸出至網路。此外，本發明之方法實施例可僅在處理器上執行，或可透過例如網際網路的網路與遠端處理器（其分擔一部分的處理）結合加以執行。
術語「非暫時性電腦可讀媒體」係通常用以意指媒體，諸如主記憶體、輔助記憶體、可移除式儲存裝置及儲存裝置（諸如硬碟）、快閃記憶體、磁碟機記憶體、CD-ROM及其他形式的永久記憶體，且不應被理解為涵蓋諸如載波或訊號的暫時性標的。電腦碼的例子包含諸如藉由編譯器產生的機器碼，及包含較高階碼的檔案，該較高階的碼係藉由使用解譯器的電腦加以執行。電腦可讀媒體亦可為電腦碼，該電腦碼藉由包含在載波中的電腦資料訊號加以傳送，且表示由處理器可執行之指令的序列。
圖5係使用一實施例的高階流程圖。基板132係置放在侷限腔室104內（步驟504）。在此例子中，基板132係安置在基板支座120上。處理氣體係從氣體源130提供進入侷限腔室104（步驟508）。該處理氣體係形成為電漿（步驟512）。電漿電源供應器106通過匹配網路108將功率提供至TCP線圈110，其對處理氣體供給能量以形成電漿114。電漿114可用以蝕刻基板或提供沉積或執行另一製程。
基板132係針對端點加以測量（步驟516）。光係由光源208產生且從光源208經由傳輸光纖220行進至準直儀外罩184，從準直儀外罩184的第一端（其定義光徑的第一端），沿光徑穿過微透鏡陣列308及準直儀透鏡312通過氣體入口182以照亮部分的晶圓或基板132。在微透鏡陣列308中的微透鏡604各具有一聚焦面。基板132的受照部分260係位在該聚焦面之外，使得光係在基板132之表面的受照部分260上未聚焦而是變模糊。光徑320的一部分係垂直於基板132之受照部分260的表面，使得一些光係反射回到準直儀外罩184穿過準直儀透鏡312及微透鏡陣列308，其接著到達將光導引至光偵測器214的接收光纖224。來自光偵測器214的訊號係發送至控制器124。控制器124使用該訊號以判定何時到達端點。在此實施例中，反射的光之光譜係用以判定何時到達端點。
當控制器124偵測到端點時，該處理氣體係加以改變（步驟520）。在一實施例中，來自氣體源130之處理氣體中的變化可藉由停止處理氣體的流動加以達成。在另一實施例中，處理氣體中的變化可藉由改變成分氣體的濃度、或增加或減少至少一種成分氣體而達成。在另一實施例中，處理氣體可由另一處理氣體加以替換。基板132可在侷限腔室104內進一步處理，或可從侷限腔室104加以移除。為了判定製程改變係何時執行，電漿處理系統100使用光譜反射計裝置136以判定端點。
試驗係在使用微透鏡陣列的情況下及在沒有使用微透鏡陣列的情況下加以執行。吾人發現當使用微透鏡陣列時，訊號變化係減少。吾人發現藉由減少燈、光纖、及準直儀空間畸變的影響，微透鏡陣列在對準與對準之間提供光譜再現性及均勻空間分布。增加的均勻性及再現性提供更均勻的製程及減少的元件缺陷。UV相容的光學器件係用以改善具有來自空間上非均勻光源之光譜空間分布的光照明。
在其他實施例中，微透鏡陣列係位在準直儀透鏡和晶圓的受照部分之間。準直儀透鏡形成光學組件。在其他實施例中，光學組件可為另一單透鏡，該單透鏡延伸橫跨光徑或替代的光學器件，諸如延伸橫跨光徑的凹面鏡或雙或三透鏡。額外的光學元件（諸如偏光鏡）在其他實施例中可為光學組件的一部分。在其他實施例中，取代電感式耦合或除了電感式耦合之外，處理腔室使用電容式耦合。在其他實施例中，準直儀外罩係連接至光接取點（light access point）。在其他實施例中，脈衝的弧燈可由連續寬帶光源加以替換。一些實施例可使用快門以控制「脈衝」操作。其他脈衝或連續的寬帶光源可加以使用。較佳是，該寬帶光源係白光源。
雖然在上述實施例中單準直儀外罩係顯示為從中心偏移而照明從中心偏移之基板的單一部分，但在其他實施例中，準直儀外罩可位在基板的中心之上。在其他實施例中，多個準直儀外罩可加以提供以照明晶圓上的多個位置。在一些實施例中，單光譜反射計系統可設有單光源及從光源延伸至不同準直儀外罩的複數個光纜。在其他實施例中，多個光譜反射計可在各光譜反射計具有其各自光源的情況下加以使用。在一些實施例中，多個光纜可加以連接且共享單一偵測器。在其他實施例中，各光纜可具有未共享的一個以上偵測器。在其他實施例中，多個光纜可共享多個光學偵測器。
在說明書及發明申請專利範圍中，當光徑係實質上垂直於基板時，該光徑係足夠趨近垂直於基板的受照部分，使得來自受照部分之一些反射的光係反射回到微透鏡陣列308。較佳是，來自受照部分之大部分（強度上超過50%）反射的光係反射回到微透鏡陣列308。在各種實施例中，其他外罩可用以代替準直儀外罩以固持在光徑中的光纜、微透鏡陣列、及單透鏡。此殼體提供支撐，且可為單一元件或一些元件以形成外罩。在其他實施例中，光譜反射計裝置可用於檢測非在處理腔室之內的基板。例如：基板可在從處理腔室移除之後加以分析。
雖然本發明已由幾個較佳的實施例加以描述，但仍存在變更、置換及各種替代等同物，其皆落入本發明的範疇之內。亦應注意有許多替代的方式實施本發明的方法及設備。因此，下列隨附申請專利範圍意欲被解釋為包含落入本發明的真實精神及範圍內的所有這些變更、置換及各種替代等同物。
100‧‧‧電漿處理系統
102‧‧‧電漿反應器
104‧‧‧侷限腔室
106‧‧‧電漿電源供應器
108‧‧‧匹配網路
110‧‧‧TCP線圈
112‧‧‧電力窗
114‧‧‧電漿
116‧‧‧偏電壓電源供應器
118‧‧‧匹配網路
120‧‧‧基板支座
124‧‧‧控制器
130‧‧‧氣體源
132‧‧‧基板
136‧‧‧光譜反射計裝置
140‧‧‧光纜
142‧‧‧噴淋頭
143‧‧‧壓力控制閥
144‧‧‧幫浦
182‧‧‧氣體入口
184‧‧‧準直儀外罩
200‧‧‧光譜反射計系統
208‧‧‧光源
212‧‧‧光學偵測器
214‧‧‧光偵測器
220‧‧‧傳輸光纖
224‧‧‧接收光纖
260‧‧‧受照部分
264‧‧‧光纖
308‧‧‧微透鏡陣列
312‧‧‧準直儀透鏡
320‧‧‧光徑
604‧‧‧微透鏡
400‧‧‧電腦系統
402‧‧‧處理器
404‧‧‧顯示裝置
406‧‧‧記憶體
408‧‧‧儲存裝置
410‧‧‧可移除式儲存裝置
412‧‧‧使用者介面裝置
414‧‧‧通訊介面
416‧‧‧通訊設施
在隨附圖式的圖中，本發明係以示例為目的而不是以限制為目的加以說明，且其中類似的參考數字係關於相似的元件，且其中：
圖1使用一實施例示意性地說明電漿處理系統的例子。
圖2係電漿處理系統之光譜反射計系統的示意圖。
圖3係光譜反射計系統之準直儀外罩的橫剖面圖。
圖4係顯示電腦系統的高階方塊圖，該電腦系統係適合用於實現電漿處理系統的控制器。
圖5係使用電漿處理系統的高階流程圖。
圖6係反射計系統之微透鏡陣列的放大視圖。
184:準直儀外罩
308:微透鏡陣列
320:光徑
Claims (17)
- 一種用於測量處理腔室中之基板的光譜反射計系統，包含：一光源；至少一光學偵測器；一光纜，包含複數光纖，其中該複數光纖包含第一複數光纖及第二複數光纖，該第一複數光纖係從該光源延伸至用於支撐該光纜的一外罩之一第一部分的傳輸光纖，該第二複數光纖係從該外罩之該第一部分延伸至該至少一光學偵測器的反射光纖；該外罩之一第二部分，包含使光穿過該外罩之該第二部分的一光徑；以及在該外罩之該第二部分之該光徑中的一微透鏡陣列；其中該外罩將來自該光源的光傳輸至該基板的受照部分，且收集來自該基板之該受照部分之反射的光。
- 如申請專利範圍第1項之用於測量處理腔室中之基板的光譜反射計系統，其中，該微透鏡陣列減少包含下列其中至少一者的空間畸變：光纖空間畸變、光源空間畸變、以及準直儀空間畸變。
- 如申請專利範圍第1項之用於測量處理腔室中之基板的光譜反射計系統，其中，該微透鏡陣列包含複數微透鏡，其中該複數微透鏡的每一微透鏡具有一聚焦面，且其中該基板的受照部分非在該複數微透鏡的任何聚焦面之上，使得來自該光源之傳輸的光在該基板之該受照部分上變模糊。
- 如申請專利範圍第1項之用於測量處理腔室中之基板的光譜反射計系統，其中，該微透鏡陣列係與該光纜隔開。
- 如申請專利範圍第4項之用於測量處理腔室中之基板的光譜反射計系統，其中，該至少一光學偵測器提供呈波長函數的輸出。
- 如申請專利範圍第5項之用於測量處理腔室中之基板的光譜反射計系統，進一步包含在該光徑中的一準直儀透鏡，其中該準直儀透鏡係與該微透鏡陣列隔開。
- 如申請專利範圍第6項之用於測量處理腔室中之基板的光譜反射計系統，其中，該光源提供脈衝的光。
- 如申請專利範圍第6項之用於測量處理腔室中之基板的光譜反射計系統，其中，該光源提供連續波的光。
- 如申請專利範圍第1項之用於測量處理腔室中之基板的光譜反射計系統，其中，該光徑的至少一部分係實質上垂直於該基板的受照部分，其中自該受照部分反射的一些光穿過該微透鏡陣列至該光學偵測器。
- 如申請專利範圍第1項之用於測量處理腔室中之基板的光譜反射計系統，其中，該至少一光學偵測器提供呈波長函數的輸出。
- 如申請專利範圍第1項之用於測量處理腔室中之基板的光譜反射計系統，其中，該光源係一非均勻光源。
- 如申請專利範圍第1項之用於測量處理腔室中之基板的光譜反射計系統，其中，該光源係一脈衝的氙弧燈。
- 如申請專利範圍第1項之用於測量處理腔室中之基板的光譜反射計系統，進一步包含：一處理腔室；一基板支座，用於在該處理腔室之內支撐該基板；一氣體源；一氣體入口，在該氣體源及該處理腔室之間加以連接；一功率源；至少一電極，毗鄰該處理腔室且電連接至該功率源；以及一控制器，可控制地連接至該功率源及該氣體源、及該至少一光學偵測器，其中該控制器包含：至少一中央處理單元；以及電腦可讀媒體，包含：用於使用來自該至少一光學偵測器的輸出以偵測端點的電腦可讀碼；以及用於當偵測到端點時改變該功率源或該氣體源之設定的電腦可讀碼。
- 如申請專利範圍第1項之用於測量處理腔室中之基板的光譜反射計系統，進一步包含在該光徑內的一光學組件。
- 一種用於處理基板的設備，包含：一處理腔室；一基板支座，用於在該處理腔室之內支撐該基板；以及一光譜反射計系統，包含：一光源；至少一光學偵測器；一光纜，包含複數光纖，其中該複數光纖包含第一複數光纖及第二複數光纖，該第一複數光纖係從該光源延伸至一光徑的傳輸光纖，該第二複數光纖係從該光徑延伸至該至少一光學偵測器的反射光纖；在該光徑中的一微透鏡陣列，其中該微透鏡陣列包含複數微透鏡；以及一光學組件，橫跨該光徑加以支撐，其中該光徑係配置成將來自該光源的光提供至該基板的受照部分，且收集來自該基板受照部分之反射的光，其中來自該光源的光及反射的光穿過該微透鏡陣列，其中該複數微透鏡的每一微透鏡具有一聚焦面，且其中該基板的受照部分非在該複數微透鏡的任何聚焦面之上。
- 如申請專利範圍第15項之用於處理基板的設備，進一步包含：一氣體源；一氣體入口，在該氣體源及該處理腔室之間加以連接；一功率源； 至少一電極，毗鄰該處理腔室且電連接至該功率源；以及一控制器，可控制地連接至該功率源及該氣體源、及該至少一光學偵測器，其中該控制器包含：至少一中央處理單元；以及電腦可讀媒體，包含：用於使用來自該至少一光學偵測器的輸出以偵測端點的電腦可讀碼；以及用於當偵測到端點時改變該功率源或該氣體源之設定的電腦可讀碼。
- 如申請專利範圍第16項之用於處理基板的設備，其中，該至少一光學偵測器提供呈波長函數的輸出。
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