TWI819133B - 用於空間解析光學度量離子束之系統與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供用於空間解析光學度量離子束之系統與方法。在一些實施例中，一種系統包含：腔室，含有可操作以將離子束遞送至晶圓的電漿/離子源；以及光學收集模組，可與腔室一起操作，其中光學收集模組包含用於根據離子束的體積量測光信號的光學裝置。系統可更包含可與光學收集模組一起操作的偵測模組，偵測模組包括偵測器，偵測器用於接收所量測的光信號且輸出對應於所量測的光信號從而對應於經取樣電漿體積的性質的電信號。

Description

用於空間解析光學度量離子束之系統與方法
本實施例是關於半導體裝置表面處理，且更特定言之，是關於用於空間解析光學度量離子束之系統與方法。
本申請案主張2018年11月9日申請的名稱為「用於空間解析光學度量離子束之系統與方法」的美國專利申請案第16/185,984號的優先權權益，所述申請案以全文引用的方式併入本文中。
電漿蝕刻器利用定向帶狀離子束來達成複雜蝕刻和表面處理，從而解決大多數高級3D半導體結構的製造中的諸多挑戰。離子束的特徵化、監測製程端點以及高級電漿探測為佈植機操作所必需的相關度量。當前，用不同機構達成度量，所述機構諸如法拉第（Faraday）杯陣列及自由空間光學發射光譜（optical emission spectrum，OES）。此等途徑具有其限制及缺點。舉例而言，法拉第杯陣列為腔室內度量裝置。因此，法拉第杯陣列表現帶入外來粒子及金屬。此外，累積於法拉第杯陣列的屏蔽件上的修補電荷亦可擾動光束路徑且給出偏離實際值的結果。在製程端點控制中普遍地採用自由空間OES，但無法解析離子束的空間分佈，且可受來自環境及來自蝕刻束中的不同材料的各種光學雜訊的影響。
本揭露內容至少解決上文所確認的先前技術的不足。
提供本揭露內容的發明內容用於以簡化形式介紹一些概念。本揭露內容的發明內容並不意欲確認所主張標的物的關鍵特徵或基本特徵，亦不意欲在判定所主張標的物的範圍時用作輔助。
在實例實施例中，一種系統可包含：腔室，含有可操作以將離子束遞送至晶圓的離子源；以及光學收集模組，可與腔室一起操作，其中光學收集模組包含用於量測離子束的體積的光信號的光學裝置。系統可更包含：偵測模組，可與光學收集模組一起操作，偵測模組包括偵測器，偵測器用於接收所量測的光信號且輸出對應於離子束的經取樣體積的電信號。
在另一實例實施例中，一種用於空間解析光學度量離子束的系統可包含：腔室，含有可操作以將離子束遞送至晶圓的離子源，其中離子束為帶狀離子束。系統可更包含可與腔室一起操作的光學收集模組，光學收集模組包含：光學裝置；以及第一板，與光學裝置相鄰，第一板具有用於接收離子束的樣本的第一孔徑。光學收集模組可更包含與第一板相鄰的第二板，第二板具有用於接收根據來自第一板的離子束的樣本所量測的光信號。系統可更包含可與光學收集模組一起操作的偵測模組，偵測模組包括偵測器，偵測器可操作以接收穿過第二板的光且輸出對應於離子束的樣本的電信號。
在另一實例實施例中，一種方法可包含：設置含有將離子束遞送至晶圓的離子源的腔室；以及使用可與腔室一起操作的光學收集模組量測離子束的一部分的光信號。光學收集模組可包含：光學裝置，與腔室相鄰；以及第一板，與光學裝置相鄰，第一板具有接收光信號的第一孔徑。光學收集模組可更包含與第一板相鄰的第二板，第二板具有接收穿過第一板的光信號的第二孔徑。方法可更包含：在偵測模組處接收光信號；以及自偵測模組輸出電信號，電信號對應於所量測的光信號。
圖式未必按比例。所述圖式僅僅為表示，其不意欲描繪本揭露內容的特定參數。圖式意欲描繪本揭露內容的例示性實施例，且因此並未視為對範圍的限制。在圖式中，類似編號表示類似元件。
此外，為了示出的清晰性，圖式中的一些中的某些元件可省略，或不按比例示出。為了示出的清晰性，橫截面視圖可呈「切片」或「近視」橫截面視圖的形式，省略另外在「真實」橫截面視圖中可見的某些背景線。此外，為了清晰起見，可在某些圖式中省略一些附圖標號。
下文將參看隨附圖式更全面地描述根據本揭露內容的系統及方法，在所述隨附圖式中繪示方法的實施例。系統及方法可以諸多不同形式體現，且不應解釋為限於本文中所闡述的實施例。實情為，提供此等實施例以使得本揭露內容將為透徹及完整的，且將向所屬技術領域中具有通常知識者充分傳達系統及方法的範圍。
如本文進一步描述，提供一種空間解析光學系統及使用其的方法，所述系統包含精確受控掃描機構及高靈敏度偵測方案以達成非侵入性光束度量且改良端點控制。本文中的實施例提供不具有上文所描述的先前技術的當前缺點的針對多個問題的全面解決方案。
在一些實施例中，在蝕刻製程期間，可由來自激發離子及中性粒子（neutral）的自發性發射生成光學信號。離子主要來自電漿源。中性粒子可來自（來自晶圓表面及腔室表面的）蝕刻劑氣體、蝕刻產物以及濺射材料。藉由適當地選擇波長，可出於不同目的分別監測此等分量。當用掃描位置空間解析及關聯時，此等光學信號強度可顯出各種分佈。
在一些實施例中，空間解析可藉由光學濾波及精確度機械掃描來達成。能力允許藉由偵測到的簽章光學信號精細解析電漿/中性粒子分佈。途徑提供非侵入性光束度量方法，所述方法提供與當前法拉第杯陣列解決方案類似或更佳的效能，但不具有真空內污染的缺點。本文中的途徑可用於改良各種OES應用中的信號雜訊比，以及解析晶圓及腔室表面上的材料/光束曝光分佈。具有照射電漿區域的額外窄頻帶光源的設置適用於用於藉由離子束中的某些分量的光譜線選擇性地偵測所述分量的吸收光譜測定。
使用本文中的實施例，可針對各種應用監測及關聯多個頻帶/波長。舉例而言，可將一個信號的衰減與另一信號的加強的相關度用於製程中的端點控制。為進一步增大光學信號的強度，可使用其他方法，即將具有已知光譜簽章的惰性氣體添加至電漿源。惰性氣體增大離子帶束周圍的光學信號的強度，且在較高中性粒子壓力中出射離子束。惰性氣體的更高壓力增大離子與中性粒子之間的碰撞，從而增大光強度。
儘管是非限制性的，但至少以下應用可受益於本揭露內容的系統及方法。在第一應用中，本文中的系統及方法的高空間解析及高靈敏度提供非侵入性光束度量方法以解析光束角度、展開度以及均勻度。高空間解析可用於區分晶圓及腔室表面上的不同材料/光束曝光。所述能力適用於一些度量方案。
在第二應用中，本文中的系統及方法可增大OES應用的信號雜訊比。本文中的途徑聚焦於來自小電漿切片的光學信號、自環境過濾掉光、源發光（glowing）、IR加熱散射等，從而提供更加相關及精確的光學信號以用於製程監測及控制。
在第三應用中，本文中的系統及方法提供更高級電漿度量的可能性，此是由於良好受限的收集角度適用於吸收光譜測定。使用窄頻帶相干源，可選擇性地偵測到離子束的某些分量。其他光學技術（諸如激發及光子相關度的調變）可用於減小雜訊及擷取更多電漿光學性質。
在第四應用中，本文中的系統及方法提供替代性偵測方案以處理相對較弱的信號。舉例而言，無損耗雙色鏡系統可用於將初始發射分成具有極小損耗的多個頻帶，用窄頻帶或寬頻帶濾波器進一步濾波。將光學信號的選擇性映射至材料及粒子物種的選擇性中。可關聯多個信號以對處理端點作出更佳決策。本文中的方法可用高靈敏度光電二極體（photodiode，PD）或低雜訊光電倍增管（photomultiplier tube，PMT）達成比當前OES系統中的光譜儀錶高得多的靈敏度，同時亦極大地減小資料通信所必需的帶寬及用於資料登入的儲存裝置大小。
現轉而參看圖1，將描述根據本揭露內容的各個實施例的用於空間解析光學度量離子束的系統100。如所繪示，系統100包含模組的交互工作群組，所述模組諸如光學收集模組102、掃描模組104、偵測模組106以及控制模組108。光學收集模組102與腔室110一起操作，所述腔室含有經組態以將離子束115遞送至晶圓116的離子源112。離子束115可穿過萃取孔徑（未繪示）經萃取為具有大於光束高度的光束寬度的帶狀離子束。
在使用期間，離子118可處於激發狀態且在穿過離子光學件與晶圓116之間的間隙時發射光子。離子118可影響晶圓116的表面117且激發濺射的原子/分子，其中後者可發射光子。由於離子束115中存在極少電子，故在相對罕見的情況下，離子可與電子再結合且發射光子。
惰性氣體分子120可存在於腔室110內的諸多方位中，且自由基可在穿過間隙時發射光子。離子118可與惰性氣體分子120碰撞且激發惰性氣體分子120以發射光子。在一些情況下，碰撞機率大於0.1。在一些實施例中，可將額外惰性氣體添加至離子源112作為信號增強劑。
如所繪示，光學收集模組102可包含機械裝置123或安裝於所述機械裝置上。機械裝置可為可操作以在多個方向上掃描光學收集模組102的可移動平台。舉例而言，機械裝置123具有在X方向及/或Y方向及/或Z方向上掃描的能力。可藉由控制模組108設定及讀取機械裝置123的精確座標。
現轉而參看圖2，將更詳細地描述根據本揭露內容的實施例的光學收集模組102。如所繪示，光學收集模組102可與腔室110一起操作，且可包含用於量測離子束115的體積、樣本或部分124的一或多個光信號121的光學裝置122。在一些實施例中，光學裝置122為望遠鏡或等效光學件。光學收集模組102可更包含第一板126，所述第一板具有接收離子束115的部分124的第一孔徑128。光學收集模組102可更包含第二板130，所述第二板具有接收來自第一板126的離子束115的部分124的第二孔徑132。表示離子束115的部分124的光學信號可接著傳輸至偵測模組106的偵測器135。
光學收集模組102可量測光信號121而非直接量測電漿119(光束剖面探測的現有方法)。光信號121藉由較小解析體積的電漿119生成。因此，當量測光信號121時，可間接判定經取樣電漿119體積的性質。如下文將更詳細地描述，光信號121可藉由偵測器135量測，所述偵測器諸如光電倍增管(photomultiplier tube，PMT)、光電二極體或電荷耦接裝置(CCD)。在非限制性實施例中，光學收集模組102在所繪示的Y-Z方向上達成空間解析。光學裝置122可包含第一凸面透鏡136及第二凸面透鏡137，其中f 1 及f 2 表示各別透鏡136、透鏡137的有效焦距。第一孔徑128及第二孔徑132接受較窄角度，且光學裝置122將角度進一步減小至：
Figure 108139257-A0305-02-0010-1
，且Y-Z解析判定為
Figure 108139257-A0305-02-0010-2
，其中g為電漿源與第一凸面透鏡136之間的距離。在圖2中，δ y 、δ z 表示在Y方向及Z方向上的解析。
現轉而參看圖3，將更詳細地描述藉由根據本揭露內容的實施例的第一板126及第二板130的雙孔徑組態達成的Y-Z方向上的空間解析。如所繪示，在不具有第一板126及第一孔徑128的情況下，來自多個源S1 、源S2 、源S3 的光將照射同一區域，從而導致無空間解析。在僅有第一孔徑128的情況下，來自相鄰源的光的一部分140仍將漏泄至偵測中，從而增大偵測雜訊。當第一孔徑128與第二孔徑132組合時，第二板130擋阻來自相鄰源的光，且僅接受來自沿延伸穿過第一孔徑128及第二孔徑132的軸線的源（例如源S2 ）的光142。
在一個非限制性實例中，使用實際尺寸。在一些實例中，可用更小孔徑及更大望遠鏡放大率達成更高解析。
如圖4中所繪示，為量測離子束115的光束均勻度，系統100可更包含一或多個成像裝置144，所述成像裝置可操作以在離子束115掃描晶圓116時生成離子束115的影像。在一些實施例中，成像裝置144包含具有合適的濾波器的高度靈敏攝影機，所述攝影機置放於腔室110的頂部窗口146上方以用於使離子束115直接成像。影像對應於離子束115在X方向上的光束分佈，且可用作沿X方向量測離子束均勻度。在一些實施例中，來自多個成像裝置144的不同收集方向可解析離子束的所有X維度、Y維度、Z維度。
現轉而參看圖5，將更詳細地描述根據本揭露內容的實施例的光學收集模組202。光學收集模組202可與圖2中所繪示及上文所描述的光學收集模組102相同或類似。在所繪示的實施例中，光學收集模組202可包含定位於腔室210外部的光源246。光源246可操作以將光遞送至腔室210中以用於經由光學裝置222以及第一孔徑228及第二孔徑232藉由偵測器235偵測。
更具體言之，可自成像窗口的相對側引入來自光源246的光以形成吸收光譜測定設置。當來自光源246的光由沿光路徑的粒子（例如，離子、分子以及自由基）吸收時，在偵測光學件上投下陰影。陰影的分佈指示吸收劑的分佈。在各種非限制性實施例中，光源246可為寬頻帶古典源或窄頻帶相干源。後者可選擇性地用與源頻率的躍遷諧振使某些粒子成像。類似於鎖定放大器，可將調變添加至源以抑制雜訊。
圖6A至圖6B描繪根據本揭露內容的實施例的進行以產生對應數目個強度曲線的多個掃描。使用選定線及掃描座標的光學強度，可映射出腔室110、腔室210內的電漿/中性粒子密度。舉例而言，當在與晶圓316的不同Z距離（例如，距離Z1 、距離Z2 、距離Z3 ）處沿Y方向掃描時，如圖6A中所繪示，可映射出離子束輪廓，如圖6B中的距離Z1 、距離Z2 、距離Z3 所繪示。圖6B中的距離Z1 、距離Z2 以及距離Z3 表示內插以得到離子束的光束角度及光束展開度的三個強度曲線。在其他實施例中，當沿X方向掃描時，可映射出晶圓316上的離子束的均勻度。當沿Y方向掃描時，可映射出離子束橫截面。在另外其他實施例中，若光學收集模組經固定，則監測晶圓的較小良好受限區域。來自受限區域的光學信號可用作低雜訊信號以用於端點控制。
圖7A至圖7B展現根據本揭露內容的實施例的使用晶圓圖案的輔助光束剖面探測。在繪示的非限制性實施例中，對離子束415的掃描可靠近晶圓416的表面417沿Y方向（圖7A）進行，且接著映射以產生圖7B中所繪示的強度曲線421。在一些實施例中，空間解析將解析藉由不同晶圓材料/光束曝光生成的光學強度分佈。
圖8展現根據本揭露內容的實施例的用於藉由空間解析光學成像擷取光束輪廓的途徑500。在第一製程501中，例如藉由數位 攝影機產生離子束的影像502。在第二製程503中，影像502的切片504經處理以擷取RGB的藍色分量。在第三製程505中，映射藍色分量以擷取強度分佈506。在第四製程507中，強度分佈506可與線模型508擬合以判定光束強度峰值方位。在第五製程509中，線模型508可與初始影像502交疊以驗證準確性。
圖9為根據本揭露內容的實施例的圖1的系統的偵測模組106的示意圖。如所繪示，偵測模組106可包含光束分裂設備152以用於使離子束115的經取樣部分124分裂成多個頻帶153、頻帶154。在一個非限制性實施例中，光束分裂設備152為用於避免損耗的多個二向色鏡。偵測模組106可更包含接收頻帶153、頻帶154的一或多個濾波器156。在非限制性實施例中，濾波器156為向光譜逐漸變窄的窄頻帶濾波器。濾波器156用於選擇感興趣的光學信號且切斷雜訊。
偵測模組106可更包含偵測器135，其中偵測器135可操作以自濾波器156接收頻帶中的一者。在各種非限制性實施例中，偵測器135可為以下中之一者：光電二極體、光電倍增管以及雪崩光電偵測器（avalanche photo detector，APD）。高度靈敏的偵測器135可將光學強度變成電/數位信號160以用於進一步處理。在一個實施例中，可在將電信號160發送至控制模組108之前將所述電信號發送至計數器或類比至數位轉換器（analog-to-digital converter，ADC ）以數位化。
再次參考圖1，將更詳細地描述根據本揭露內容的實施例的控制模組108。如所繪示，控制模組108可與光學收集模組102及偵測模組106一起操作。在一些非限制性實施例中，控制模組包含可操作以自偵測模組106接收電信號160的處理裝置164。處理裝置164可進一步操作以處理電信號160或數位化電信號以判定以下中的至少一者：晶圓116上的離子束115的均勻度、離子束115的橫截面以及離子束115的輪廓。在一些實施例中，如上文所描述，處理裝置164可藉由沿平行於晶圓116的表面117的第一軸線進行多個掃描來判定離子束的輪廓，其中掃描中的每一者在與晶圓116的表面117正交的不同Z距離處進行。處理裝置可進一步生成多個掃描的多個強度曲線，且接著內插多個強度曲線以判定離子束的光束角度及光束展開度。
處理裝置164可進一步協調光學信號及掃描模組104。處理裝置164可設定座標且讀取光學信號，或僅僅暫停使用（park）掃描模組104且不斷地監測信號。處理裝置164亦可控制注入光源（例如，頻率、幅度或其調變）以擷取各種資訊，或增大信號雜訊比（例如，藉由添加幅度調變以增大SNR，如與鎖定放大器中類似）。藉由關聯控制模組108及掃描模組104，可收集全面的度量資料以用於多個目的等。
圖10為根據本揭露內容的實施例的替代性光學收集模組602的示意圖。如所繪示，光學收集模組602可包含腔室610，所述腔室含有可操作以將離子束615遞送至晶圓616的離子源612。離子束615可穿過萃取孔徑（未繪示）經萃取為具有大於光束高度的光束寬度的帶狀離子束。
如所繪示，光學收集模組602可與腔室610一起操作，且可包含用於對藉由離子束615的體積或部分624生成的光信號進行取樣的光學裝置622。在一些實施例中，光學裝置622為望遠鏡或等效光學件。光學收集模組602可更包含線性陣列670，諸如用以替代一個掃描維度的PMT 陣列或用以替代二維掃描的CCD陣列。在其中2-D梳形結構設置在CCD前方或1-D梳形結構設置在線CCD/PMT陣列前方的一些實施例中，可部分地或完全替代掃描結構（在靈敏度允許時）。省略機械掃描允許相比於二維掃描使用一個拍攝(或一維掃描(進行更快速量測。
圖11為示出根據本揭露內容的例示性方法700的流程圖。在方塊701中，方法700可包含設置含有將離子束遞送至晶圓的電漿源的腔室。在一些實施例中，離子束可為帶狀離子束。在方塊703中，方法700可包含使用可與腔室一起操作的光學收集模組量測由離子束的一部分產生的光信號/光學信號。在一些實施例中，光學收集模組包含：光學裝置，與腔室相鄰；第一板，與光學裝置相鄰，其中第一板具有接收光信號的第一孔徑。光學收集模組可更包含與第一板相鄰的第二板，第二板具有接收來自第一板的光信號的第二孔徑。
在方塊705處，方法700可包含在偵測模組處接收光信號。在一些實施例中，光信號經空間解析且接著用於重建離子束的空間分佈。
在一些實施例中，偵測模組包含：至少一個光束分裂設備，用於使離子束的部分的光信號分裂成多個頻帶；濾波器，接收多個頻帶中的第一頻帶，其中偵測器自濾波器接收多個頻帶中的第一頻帶。
在方塊707中，方法700可包含自偵測模組輸出電信號，電信號對應於離子束的部分的光信號。在一些實施例中，可在將電信號發送至控制模組之前將所述電信號發送至計數器或類比至數位轉換器（ADC ）以數位化。
在方塊709處，方法700可包含處理電信號以判定以下中的至少一者：晶圓上的離子束的均勻度、離子束的橫截面以及離子束的輪廓。在一些實施例中，藉由沿平行於晶圓的表面的第一軸線進行多個掃描來判定離子束的輪廓，其中多個掃描在與晶圓的表面正交的不同距離處進行，且生成多個掃描的多個強度曲線。藉由內插多個強度曲線以判定離子束的光束角度及光束展開度來進一步判定輪廓。
在一些實施例中，方法700可更包含由多個激發離子及多個惰性氣體分子的發射生成離子束的部分的一或多個光學信號。方法700包含在給定波長下進一步監測多個激發離子及多個惰性氣體分子中的至少一者，以及映射多個激發離子及多個惰性氣體分子中的至少一者的密度。
在一些實施例中，方法700可更包含將光遞送至腔室中以用於藉由偵測模組偵測，其中光由多個激發離子及多個惰性氣體分子吸收。可接著生成由於由多個激發離子及多個惰性氣體分子吸收的光而在光學裝置上生成的光或缺少其（例如陰影）的分佈。
前述論述已出於圖示及描述的目的而呈現，且不意欲將本揭露內容限於本文所揭露的一或多種形式。舉例而言，出於精簡本揭露內容的目的，可在一或多個態樣、實施例或組態中將本揭露內容的各種特徵分組在一起。可在替代態樣、實施例或組態中組合本揭露內容的某些態樣、實施例或組態的各種特徵。此外，以下申請專利範圍特此以參考方式併入至實施方式中，其中每一請求項獨立成為本揭露內容的單獨實施例。
本文中的實施例可經電腦實施。舉例而言，處理裝置164可包含電腦處理器以進行邏輯運算、計算任務、控制功能等。在一些實施例中，電腦處理器可為處理器的組件。電腦處理器可包含一或多個子系統、組件、模組及/或其他處理器，且可包含可使用時鐘信號來操作的各種邏輯組件以鎖存資料、推進邏輯狀態且使計算及邏輯運算同步。在操作期間，電腦處理器可接收在LAN及/或WAN（例如，T1、T3、56 kb、X.25）、寬頻帶連接（ISDN、訊框中繼、ATM）、無線鏈路（802.11、藍芽（Bluetooth）等）等上傳輸的信號。在一些實施例中，可使用例如可信賴密鑰對加密來對信號進行加密。不同系統可使用不同通信路徑來傳輸資訊，所述通信路徑諸如乙太網或無線網路、直接串列或並列連接、USB、Firewire® 、藍芽® 或其他專有介面。（Firewire為蘋果電腦公司（Apple Computer，Inc）的註冊商標。藍芽為藍芽技術聯盟（Special Interest Group，SIG）的註冊商標）。
一般而言，電腦處理器執行儲存於記憶體單元及/或儲存系統中的電腦程式指令或程式碼。舉例而言，當執行電腦程式指令時，電腦處理器使得處理裝置164接收輸入（諸如本文中所論述的光學信號參數中的任一者）且自電腦處理器提供輸出。
在執行電腦程式碼時，電腦處理器可自記憶體單元及/或儲存系統（未繪示）讀取資料及/或將資料寫入至記憶體單元及/或儲存系統。儲存系統可包括VCR、DVR、RAID陣列、USB硬驅動機、光碟記錄器、快閃儲存裝置裝置及/或用於儲存及/或處理資料的任何其他資料處理及儲存元件。儘管未繪示，但處理裝置164亦可包含與電腦基礎結構的一或多個硬體組件通信的I/O介面，以使得使用者能夠與處理設備200（例如，鍵盤、顯示器、攝影機等）交互作用。
如本文中所使用，將以單數形式敍述且用「一（a/an）」進行的元件或步驟理解為不排除複數元件或步驟，除非明確地敍述此排除。此外，並不意欲將對本揭露內容的「一個實施例」的參考解釋為排除亦併入有所敍述特徵的額外實施例的存在。
「包含」、「包括」或「具有」以及其變化形式在本文中的使用意謂涵蓋其後所列舉的項目及其等效物以及額外項目。因此，術語「包含」、「包括」或「具有」以及其變化形式為開放式表述且在本文中可互換使用。
如本文中所使用，短語「至少一個」、「一或多個」以及「及/或」為開放式表述且在操作中為連接性及分離性的。舉例而言，表述「A、B以及C中的至少一者」、「A、B或C中的至少一者」、「A、B以及C中的一或多者」、「A、B或C中的一或多者」以及「A、B及/或C」中的每一者意謂僅A、僅B、僅C、A及B一起、A及C一起、B及C一起，或A、B以及C一起。
所有方向性參考（例如，近端、遠端、上部、下部、朝上、朝下、左、右、橫向、縱向、前、後、頂部、底部、上方、下方、豎直、水平、徑向、軸向、順時針以及逆時針）僅用於識別目的以輔助讀者理解本揭露內容，且不產生限制，尤其不對本揭露內容的位置、定向或用途產生限制。連接參考（例如，附接、耦接、連接以及接合）應廣泛地解釋，且可包含元件集合之間的中間部件及元件之間的相對移動，除非另有指示。因此，連接參考未必推斷兩個元件直接連接且彼此成固定關係。
此外，識別參考（例如，主要、次要、第一、第二、第三、第四等）並不意欲意謂重要性或優先權，而是用於將一個特徵與另一特徵區分開。圖式僅出於圖示的目的，且隨附於圖式的所反映尺寸、位置、次序以及相對大小可發生變化。
此外，在一些實施例中，術語「大體」或「大約」以及術語「近似」或「大約」可以可互換地使用，且可使用可由所屬技術領域中具有通常知識者接受的任何相對量測來描述。舉例而言，此等術語可充當與參考參數的比較以指示能夠提供預期功能的偏差。儘管為非限制性的，但與參考參數的偏差可為例如小於1%、小於3%、小於5%、小於10%、小於15%、小於20%等的量。
此外，儘管示出性方法700在上文描述為一系列動作或事件，但本揭露內容不受此類動作或事件的所示出排序限制，除非具體地陳述。舉例而言，根據本揭露內容，除本文中所示出及/或所描述的動作或事件之外，一些動作可與其他動作或事件以不同次序及/或同時發生。另外，可並不需要所有所示出動作或事件來實施根據本揭露內容的方法。此外，方法700可與本文中所示出及所描述的結構的形成及/或處理結合實施，以及與未示出的其他結構結合實施。
鑒於前述內容，藉由本文中所揭露的實施例達成至少以下技術益處及優點。首先，本文中的實施例改良當前工具設計以修復一些至關重要的問題，諸如由真空內光束度量系統帶來的不準確性及金屬污染。其次，本文中的實施例改良OES製程監測能力，打開未來高級光學度量的可能性。第三，系統可容易地經調適用於任何電漿蝕刻器，且可在不對現有系統進行重大修改的情況下達成快速部署，從而最小化停工時間。
儘管本文中已描述本揭露內容的某些實施例，但本揭露內容不限於此，此是由於本揭露內容的範圍與所屬領域將允許的範圍同樣廣泛，且可以類似方式閱讀本說明書。因此，以上描述不應解釋為限制性的。實情為，以上描述僅為特定實施例的例證。所屬技術領域中具有通常知識者將設想隨附於此的申請專利範圍的範圍及精神內的其他修改。
100:系統 102、202、602:光學收集模組 104:掃描模組 106:偵測模組 108:控制模組 110、210、610:腔室 112、612:離子源 115、415、615:離子束 116、316、416、616:晶圓 117、417:表面 118:離子 119:電漿 120:惰性氣體分子 121:光信號 122、222、622:光學裝置 123:機械裝置 124、624:部分 126:第一板 128、228:第一孔徑 130:第二板 132、232:第二孔徑 135、235:偵測器 136:第一凸面透鏡 137:第二凸面透鏡 140:部分 142:光 144:成像裝置 146:頂部窗口 152:光束分裂設備 153、154:頻帶 156:濾波器 160:電信號 164:處理裝置 200:處理設備 246:光源 421:強度曲線 500:途徑 501:第一製程 502:影像 503:第二製程 504:切片 505:第三製程 506:強度分佈 507:第四製程 508:線模型 509:第五製程 670:線性陣列 700:方法 701、703、705、707:方塊δ x 、δ y 、δ z :解析f1 、f2 :有效焦距 S1、S2、S3:源 X、Y、Z:方向/維度 Z1、Z2、Z3:距離
圖1為根據本揭露內容的實施例的用於空間解析光學度量離子束的系統的示意圖。 圖2為根據本揭露內容的實施例的圖1的系統的光學收集模組的示意圖。 圖3展現根據本揭露內容的實施例的圖2的光學收集模組的一組孔徑板的操作。 圖4描繪根據本揭露內容的實施例的用於對離子束的水平截面及橫截面進行取樣的兩個成像裝置的配置。 圖5為根據本揭露內容的實施例添加窄頻帶光源用以收集吸收性光學信號的示意圖。 圖6A至圖6B描繪根據本揭露內容的實施例的進行以在不同Z方位處產生對應數目個強度曲線的多個掃描。 圖7A至圖7B展現根據本揭露內容的實施例的使用晶圓圖案的輔助光束剖面探測。 圖8展現根據本揭露內容的實施例的用於藉由空間解析光學成像擷取光束輪廓的途徑。 圖9為根據本揭露內容的實施例的圖1的系統的偵測模組的示意圖。 圖10為根據本揭露內容的實施例的基於電荷耦接裝置（charge-coupled device，CCD）陣列或等效2D影像裝置的光學收集模組的示意圖。 圖11為示出根據本揭露內容的例示性方法的流程圖。
100:系統
102:光學收集模組
104:掃描模組
106:偵測模組
108:控制模組
110:腔室
112:離子源
115:離子束
116:晶圓
118:離子
120:惰性氣體分子
121:光信號
123:機械裝置
164:處理裝置
X、Y、Z:方向

Claims (15)

  1. 一種用於空間解析光學度量離子束之系統，包括：腔室，含有可操作以將離子束遞送至晶圓的電漿源；光學收集模組，可與所述腔室一起操作，所述光學收集模組包括用於根據所述離子束的體積量測光信號的光學裝置；以及偵測模組，可與所述光學收集模組一起操作，所述偵測模組包括偵測器，所述偵測器用於接收所量測的所述光信號且輸出對應於所量測的所述光信號的電信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的用於空間解析光學度量離子束之系統，更包括可與所述光學收集模組及與所述偵測模組一起操作的控制模組，所述控制模組包含處理裝置，所述處理裝置可操作以：自所述偵測模組接收所述電信號；以及處理所述電信號以判定以下中的至少一者：所述晶圓上的所述離子束的均勻度、所述離子束的橫截面以及所述離子束的輪廓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的用於空間解析光學度量離子束之系統，其中所述處理裝置可操作以藉由以下步驟判定所述離子束的所述輪廓：沿平行於所述晶圓的表面的第一軸線進行多個掃描，所述多個掃描在與所述晶圓的所述表面正交的多個不同距離處進行；生成所述多個掃描的多個強度曲線；內插所述多個強度曲線以判定所述離子束的光束角度及光束展開度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的用於空間解析光學度量 離子束之系統，所述光學收集模組更包括：第一板，具有接收所量測的所述光信號的第一孔徑；以及第二板，具有對穿過所述第一板的所量測的所述光信號進行濾波的第二孔徑。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的用於空間解析光學度量離子束之系統，其中所述光學裝置為望遠鏡。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的用於空間解析光學度量離子束之系統，更包括定位於所述腔室外部的光源，所述光源將光遞送至所述腔室中，其中所述光照射所述離子束以藉由所述偵測模組偵測。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的用於空間解析光學度量離子束之系統，更包括可操作以在多個方向上掃描所述光學收集模組的機械裝置。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的用於空間解析光學度量離子束之系統，所述偵測模組更包括：至少一個光束分裂設備，用於使所述光信號分裂成多個頻帶；濾波器，接收所述多個頻帶中的第一頻帶；以及所述偵測器，自所述濾波器接收所述多個頻帶中的所述第一頻帶。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的用於空間解析光學度量離子束之系統，其中所述偵測器為以下中的一者：光電二極體、光電倍增管以及雪崩光電偵測器。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的用於空間解析光學度量離子束之系統，更包括可操作以生成所述離子束的影像的成像裝 置，其中所述影像的強度對應於離子密度。
  11. 一種用於空間解析光學度量離子束之方法，包括：設置含有將離子束遞送至晶圓的電漿源的腔室；使用可與所述腔室一起操作的光學收集模組根據所述離子束的一部分量測光信號，所述光學收集模組包括：光學裝置，與所述腔室相鄰；第一板，與所述光學裝置相鄰，所述第一板具有接收所量測的所述光信號的第一孔徑；以及第二板，與所述第一板相鄰，所述第二板具有接收穿過所述第一板的所量測的所述光信號的第二孔徑；在偵測模組處接收所量測的所述光信號；以及自所述偵測模組輸出電信號，所述電信號對應於所量測的所述光信號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的用於空間解析光學度量離子束之方法，更包括處理所述電信號以判定以下中的至少一者：所述晶圓上的所述離子束的均勻度、所述離子束的橫截面以及所述離子束的輪廓。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的用於空間解析光學度量離子束之方法，其中藉由以下步驟判定所述離子束的所述輪廓：沿平行於所述晶圓的表面的第一軸線進行多個掃描，所述多個掃描在與所述晶圓的所述表面正交的多個不同距離處進行；生成所述多個掃描的多個強度曲線；以及內插所述多個強度曲線以判定所述離子束的光束角度及光束展開度。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的用於空間解析光學度量離子束之方法，更包括：根據多個激發離子及多個惰性氣體分子的發射量測所述離子束的所述部分的所述光信號；在給定波長下監測所述多個激發離子及所述多個惰性氣體分子中的至少一者；以及映射所述多個激發離子及所述多個惰性氣體分子中的至少一者的密度。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的用於空間解析光學度量離子束之方法，更包括：將光遞送至所述腔室中以藉由所述偵測模組偵測，其中所述光由所述多個激發離子及所述多個惰性氣體分子吸收，以及偵測由於由所述多個激發離子及所述多個惰性氣體分子吸收的所述光而在所述光學裝置上生成的陰影的分佈。
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