(57)【要約】  プラズマ処理チャンバ内でプラズマ処理中のプラズマの光学的反応測定方法が提供される。方法は、光学ビューポートを提供することを含む。また、方法は、コリメータ配置を提供することを含む。コリメータ配置は複数のコリメータで構成され、複数のコリメータの第１のコリメータは、複数のコリメータにおける第２のコリメータから接続領域によって隔離される。さらに、方法は、基材が処理されている間にプラズマ処理チャンバ内のプラズマからコリメータ配置を通じて光信号を収集し高度に収束された光信号を生成することを含む。【選択図】図２Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理チャンバ内で、プラズマ処理中にプラズマの光学的反応測定を実施する方法であって、
光学ビューポートを提供することと、
前記光学ビューポートに結合され、複数のコリメータで構成されるコリメータ配置を提供することであって、前記複数のコリメータの第１のコリメータは、前記複数のコリメータにおける第２のコリメータから接続領域によって隔離されていることと、
基材が処理されている間に、前記コリメータ配置を通じて前記プラズマ処理チャンバ内の前記プラズマから光信号を収集して、高度に収束された光信号を生成することと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記光学ビューポートは、所定範囲の波長に対して光学的に透明であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定範囲の波長は、およそ赤外（ＩＲ）波長からおよそ紫外（ＵＶ）波長までであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記コリメータ配置は、モノリシックユニットで製作されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記コリメータ配置は、複数部品で製作されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数のコリメータの各コリメータは、独立に機械加工されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記接続領域は中空領域を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記コリメータ配置は、外部ハウジングの中に組み込まれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記複数のコリメータの各コリメータを整列させるために、前記外部ハウジングは複数の勘合要素の少なくとも一つで構成されていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数のコリメータの各コリメータを分離するために、前記外部ハウジングは複数の勘合要素の少なくとも一つで構成されていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記コリメータ配置内の前記複数のコリメータの前記第１のコリメータは、前記外部ハウジングへの挿入深さの勘合要素で構成されていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記コリメータ配置内の前記複数のコリメータの前記第１のコリメータは、前記外部ハウジング内の前記第２のコリメータとの回転アライメント用勘合要素で構成されていることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のコリメータの前記第２のコリメータは、前記複数部品から製作されている前記コリメータ配置内のアライメント用移動ステージが取り付けられていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項１４】
前記移動ステージは、前記第２のコリメータに並進運動を持たせるように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記移動ステージは、前記第２のコリメータに回転運動を持たせるように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記移動ステージは、前記第２のコリメータにジンバル運動を持たせるように構成されている、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数のコリメータの各コリメータは複数の孔で構成され、最適な光収集を提供するために前記複数の孔は所定の適切な形状に機械加工されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記所定の適切な形状は丸孔であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記所定の適切な形状は適切な多角形孔であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の孔の前記各孔は、光受入れ角を最小化するために所定のテーパ関数を有することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記所定のテーパ関数は連続関数であることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記所定のテーパ関数は不連続関数であることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記複数の孔は所定の配置で配置されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記所定の配置は線状のアレイであることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記所定の配置は同心円のアレイであることを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記複数の孔は高い孔密度で構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
前記高い孔密度は、前記各コリメータの領域に係る孔領域の約６５％から約７０％であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記複数の孔は低い孔密度で構成されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
前記低い孔密度は、前記各コリメータの領域に係る孔領域の約１０％から約１５％である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記複数の孔は、前記各コリメータの領域に係る孔領域の約５％から約９５％の孔密度で構成されている、請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
前記複数の孔は、複数の所定の直径の分布で構成されていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項３２】
プラズマ処理中にプラズマの光学的反応測定を実施する診断ツールであって、
光学ビューポートと、
前記光学ビューポートに結合され、複数のコリメータで構成されるコリメータ配置と、を備え、
前記複数のコリメータの第１のコリメータは、前記複数のコリメータの第２のコリメータから接続領域によって隔離されており、前記コリメータ配置は、基材が処理されている間に、前記プラズマ処理チャンバ内で前記プラズマから光信号を収集して、高度に収束された光信号を生成するように構成されたことを特徴とする診断ツール。
【請求項３３】
プラズマ処理チャンバ内で、プラズマ処理中にプラズマの光学的反応測定を実施する方法であって、
光学ビューポートを提供することと、
前記光学ビューポートに結合され、第１端の第１のコリメータと第２端の第２のコリメータとで構成されるコリメータ配置を提供することであって、前記第１のコリメータと前記第２のコリメータとは中空領域によって隔離されていることと、
基材が処理されている間に、前記プラズマ処理チャンバ内の前記プラズマから光信号を収集することと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項３４】
プラズマ処理チャンバ内で、プラズマ処理中に光学ビューポート表面の蒸着を減らす方法であって、
前記光学ビューポートに結合され、複数のコリメータで構成されるコリメータ配置を提供することであって、前記複数のコリメータの第１のコリメータは、前記複数のコリメータにおける第２のコリメータから接続領域によって隔離されていることと、
基材が処理されている間に、前記コリメータ配置を通じて前記プラズマ処理チャンバ内の前記プラズマから光信号を収集して、高度に収束された光信号を生成することと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項３５】
プラズマ処理チャンバ内で、プラズマ処理中に光学ビューポートのエッチングを減らす方法であって、
前記光学ビューポートに結合され、複数のコリメータで構成されるコリメータ配置を提供することであって、前記複数のコリメータの第１のコリメータは、前記複数のコリメータにおける第２のコリメータから接続領域によって隔離されていることと、
基材が処理されている間に、前記コリメータ配置を通じて前記プラズマ処理チャンバ内の前記プラズマから光信号を収集して、高度に収束された光信号を生成することと、を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
プラズマ処理の進歩は半導体産業の成長を促進してきた。プラズマ処理中に、処理されているデバイスについて高収量を確保するために診断ツールが採用される場合がある。処理パラメータの厳格な管理を維持するためにエッチング液とエッチングされた生成物との気相モニタリング用診断ツールとして、多くの場合、発光分光法（ＯＥＳ）が採用される。
【０００２】
プラズマの光学的反応測定（光学インタロゲーション）には、プラズマ放電に関連した特徴的なグロー、すなわち、特殊な光放射スペクトルがある。光学的反応測定から得られるスペクトル情報を用いると、プラズマ処理中にプロセスのモニタリングおよび制御の指針を提供するために、構成種に関する相当な量の情報が収集されて分析される可能性がある。
【０００３】
議論を進めるために、図１に、プラズマ１０４への直接照準線を有する光学ビューポート、すなわち、窓１０２を有する先行技術のプラズマ処理チャンバ１００の簡略図を示す。本明細書で採用される「照準線」という用語は、光源からコレクタまでのいかなる形態の障害物もない光学的な直線経路である。
【０００４】
たとえば、プラズマ１０４の光学的反応測定が実施されている状況を考えてみよう。光路長に応じて、照準線は、光学ビューポート１０２においてある任意の受入れ角を有してもよい。本明細書で採用される「受入れ角」という用語は、非軸光源が光学ビューポート１０２のコレクタ端にまだ達する可能性のある光学ビューポート１０２の遠位端からの角度である。
【０００５】
ある例では、光学的反応測定によって終点検出を実施するために、光学ビューポート１０２において特定の照準線を有する特定プラズマ領域１０４から信号源を収集することが望ましい場合がある。受入れ角外の領域は、プラズマ処理チャンバ１００内の他の表面からの光の回折および／または反射を含んでいてもよい。したがって、プラズマ１０４の特定領域の光学的反応測定には小さい受入れ角が非常に望ましいかもしれない。ただし、図１Ａの例における光学ビューポート１０２の簡単なセットアップは、より大きい受入れ角に適しているかもしれない。
【０００６】
プラズマのスペクトル放射を調べるために、光学ビューポート１０２は測定波長に対して光学的に透明であることを必要とすることがある。赤外線（ＩＲ）から紫外線（ＵＶ）までの波長では、光学ビューポート１０２は一種の溶融石英、たとえば、半導体グレードまたはＵＶ光学グレードで構成されてもよい。プラズマの近傍の領域内に光学的に透明なビューポートを設置することに関する問題の１つは、時間の経過とともに光学ビューポート１０２に蒸着物が付着したりエッチングが生じたりする可能性があることである。
【０００７】
一般に、光学的に透明な窓は、プラズマ処理中に曇ったり腐食したりすることがある。これらの原因による光信号の劣化がシステム性能に影響を与えるレベルに達すると、初期の機能を取り戻すために装置の使用を取り止めなければならない。システムの休止期間によって、メンテナンス費用（部品の取外し、清掃または交換、再設置）が増加し、総生産量が減少する。
【０００８】
たとえば、時間ゼロにおいて、光学的反応測定を用いて、製作工程が基準工程から特定の一組の定量値に微調整される状況を考えてみよう。プラズマ処理中、最適な生産量を供給するために製作工程は実験値を基準工程と比較する。しかし、光学ビューポート１０２の機能が時間の経過とともに蒸着物やエッチングによって損なわれている場合、製作工程は、信号強度の伝達のドリフトがプラズマ特性の変化によるものか、それともビューポート１０２の調整によるものかを判断することができないかもしれない。
【０００９】
さらに、信号強度の伝達の変化は波長に依存する可能性がある。たとえば、ＵＶからＩＲまでのスペクトルの信号強度はプラズマ処理に関して調べられている。時間ゼロにおいては、ＵＶからＩＲまでのスペクトルは１００％で伝わるかもしれない。しかし、時間Ｘにおいては、ＵＶ波長は５０％で伝わるかもしれないし、ＩＲ波長は９０％で伝わるかもしれない。したがって、一定の有限の期間にわたってプラズマスペクトル信号の変化を窓透過率の変化から定量的に分離することは困難であるかもしれない。
【００１０】
図１Ｂは、プラズマ処理チャンバ１２０にコリメータ１２８を採用した先行技術解決策の簡略図を示す。図１Ｂの例では、コリメータ１２８は、プラズマ１２４への直接照準線で光学ビューポート１２２に結合されている。ある例では、コリメータ１２８は、任意の長さ（Ｌ）と直径（Ｄ）とを有する。Ｄに対するＬの無次元比、すなわち、（Ｌ／Ｄ）はアスペクト比である。
【００１１】
コリメータ１２８を採用することによって、図１Ｂの例は、ビューポート調整および／または非軸光の受入れ角の問題のいくつかに対処することができている可能性がある。たとえば、コリメータのアスペクト比（Ｌ／Ｄ）が高くなると、Ｄと比べたＬの値が大きくなる。受入れ角について言えば、コリメータ１２８のコレクタ端に達する非軸光の量は、アスペクト比が増加するにつれて最小化される。同様に、分子拡散率によって、光学ビューポート１２２に達する反応チャンバからの物質の量も最小化される。したがって、高いアスペクト比を有するコリメータは、上記の利益があることから非常に望ましい。
【００１２】
図１Ｃは、プラズマ処理チャンバ１４０内に長いコリメータ１４８を有する先行技術解決策の簡略図を示す。図１Ｃの例では、コリメータ１４８は、プラズマ１４４への直接照準線で光学ビューポート１４２に結合されている。ある例では、コリメータ１４８は長さ（Ｌ）と直径（Ｄ）とを有する。高いアスペクト比を実現するために、図１Ｃの例ではＬの値がＤの値よりも大きい。
【００１３】
ビューポート１４２の蒸着やエッチングを最小化するために、１０：１よりも大きいアスペクト比を必要とする場合が多い。同様に、小さい受入れ角、たとえば、適切な光結合の２°未満の照準線を得るために、約３０：１以上のアスペクト比が望まれる。たとえば、コリメータ１４８が約１インチ（約２．５４ｃｍ）の直径（Ｄ）を有する状況を考えてみよう。ビューポートの調整を最小化し、および／または小さい受入れ角を実現するために、コリメータ１４８はおよそ２°の受入れ角を実現すべく長さ（Ｌ）を３０インチ（約７６．２ｃｍ）とする必要があるかもしれない。ただし、長さが３０インチ（約７６．２ｃｍ）のコリメータは、現時点ではプラズマ処理装置にとって現実的な解決策でない。
【００１４】
図２Ａは、プラズマ処理チャンバ２２０の中に単一の小さい直径の孔を有するコリメータ２２８の先行技術解決策の簡略図を示す。図２Ａの例では、コリメータ２２８は、プラズマ２２４への直接照準線で光学ビューポート２２２に結合されている。
【００１５】
高いアスペクト比を有する小型のコリメータを製作するために、コリメータ内の孔の直径を小さくしてもよい。たとえば、コリメータ２２８は、チューブの長さ方向に貫通する第１の所定の値の直径の孔２３０を有する固体チューブである。図２Ａのコリメータ２２８に対して第１の所定値を有する孔径は、図１Ｂのコリメータ１４８に対して第２の所定値を有する孔径よりも小さい。
【００１６】
コリメータの長さを短くしてなお高いアスペクト比を維持するために、コリメータは、たとえば、１インチ（約２．５４ｃｍ）のサイズの１／１０である直径の孔を有していてもよい。したがって、コリメータ２２８の長さは、指定されたアスペクト比を得るために１インチ（約２．５４ｃｍ）の孔径に必要なコリメータ長の１／１０になるはずである。しかし、非常に小さい直径の孔を有するコリメータは、収集されている光量が極微であるため、現実的でないかもしれない。したがって、信号を処理するために分光光度計を使用することは、多くの場合、積分時間が妥当でなくおよび／または信号対ノイズ比が高いために非現実的である。
【００１７】
図２Ｂは、プラズマ処理チャンバ２４０内に複数の孔が開けられたコリメータの簡略図を示す。図２Ａの例では、コリメータ２４８は、プラズマ２４４への直接照準線で光学ビューポート２４２に結合されている。コリメータ２４８は、チューブの長さ方向に貫通する直径（Ｄ）の複数の孔（２５０Ａ．．．２５０Ｎ）を有する固体チューブである。
【００１８】
図２Ｂのコリメータ２４８は、コリメータ２４８の遠位端の全域に入射する光の６０％以上を収集するためにフルアレイの（勢ぞろいの）孔で構成されてもよい。製造可能性の観点から、図２Ｂのコリメータセットアップは、約１０：１のアスペクト比まで容易に機械加工可能であるかもしれない。しかし、１０：１のアスペクト比を超えると、収集域に対してほど良い垂直性を保つ孔を機械加工することは非常に困難かつ高価になろう。１０：１のアスペクト比では光学ビューポート２４２の調整が少なくなるであろうが、より高いアスペクト比、すなわち、３０：１では、非軸光収集を最小化するために直接照準線に対して小さい受入れ角を実現する必要がある。
【００１９】
残念ながら、前述の先行技術コリメータは、半導体処理環境において使用される発光分光法、レーザ誘起蛍光法、粒子探知、光吸収分光法、またはその他の光学的反応測定方法を採用したプラズマの光学的反応測定に対する最適な解決策を提供しないであろう。光学ビューポートおよび／または高い受入れ角に関する蒸着物やエッチングの問題を克服するためには、高いアスペクト比を有するコリメータが望ましい。所要の高いアスペクト比を実現するために、先行技術解決策は、現実的でなく、あまりにも高価であり、また現在の機械加工能力を超えているであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、ある実施形態における、プラズマ処理チャンバ内でのプラズマ処理中のプラズマの光学的反応測定方法に関する。方法は、光学ビューポートを提供することを含む。また、方法は、コリメータ配置を提供することを含む。コリメータ配置は複数のコリメータで構成され、複数のコリメータの第１のコリメータは、複数のコリメータにおける第２のコリメータから接続領域によって隔離される。さらに、方法は、基材が処理されている間にプラズマ処理チャンバ内のプラズマからコリメータ配置を通じて光信号を収集し高度に収束（コリメート）された光信号を生成することを含む。
【００２１】
上記の要旨は、本明細書に開示された本発明の多くの実施形態の一つのみに関し、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は本明細書の特許請求の範囲に記述される。本発明の上記特徴およびその他の特徴を、本発明の詳細な説明において以下の図と関連付けて以下でさらに詳しく説明する。
【００２２】
本発明は、添付図面の図において、制限としてではなく例として示され、同様の参照数字は類似の要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】プラズマへの直接照準線を有する光学ビューポート、すなわち、窓を有する先行技術プラズマ処理チャンバの簡略図を示す。
【図１Ｂ】プラズマ処理チャンバ内にコリメータを採用した先行技術解決策の簡略図を示す。
【図１Ｃ】プラズマ処理チャンバ内に長いコリメータを有する先行技術解決策の簡略図を示す。
【図２Ａ】プラズマ処理チャンバ内に単一の小さい直径の孔を有するコリメータの先行技術解決策の簡略図を示す。
【図２Ｂ】プラズマ処理チャンバ内に複数の孔が開けられたコリメータの簡略図を示す。
【図３Ａ】本発明の実施形態に従って、二つのコリメータを有するコリメータ配置の簡略図を示す。
【図３Ｂ】本発明の実施形態に従って、モノリシックコリメータ配置の簡略図を示す。
【図３Ｃ】本発明の実施形態に従って、複数部品コリメータ配置の簡略図を示す。
【図４】本発明の実施形態に従って、アライメント機能を有する複数部品コリメータ配置の簡略図を示す。
【図５Ａ】本発明の実施形態に従って、コリメータ内の孔の形状に変化を持たせた簡略図を示す。
【図５Ｂ】本発明の実施形態に従って、コリメータを貫通するテーパ状の孔径に変化を持たせた簡略図を示す。
【図６Ａ】本発明の実施形態に従って、コリメータの孔配置に変化を持たせた簡略図を示す。
【図６Ｂ】本発明の実施形態に従って、コリメータの孔密度に変化を持たせた簡略図を示す。
【図６Ｃ】本発明の実施形態に従って、コリメータの孔径の分布に変化を持たせた簡略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明を、ここで添付図面に示されるような本発明のいくつかの実施形態を参照して詳しく説明する。以下の説明では、本発明の十分な理解を与えるために数多くの詳細情報を記述する。ただし、本発明はこれらの詳細情報の一部または全部を含まずに実施されてもよいことは当業者にとって明らかであろう。他の例では、本発明が不必要に分かりにくくならないように周知の工程段階および／または構造を詳しく説明していない。
【００２５】
方法および技術を含む様々な実施形態を後述する。本発明は本発明による技術の実施形態を実施するコンピュータ可読命令が記憶されるコンピュータ可読媒体を含む製品を包含してもよいことに留意すべきである。コンピュータ可読媒体は、たとえば、半導体、磁気、光磁気、光、またはコンピュータ可読コードを記憶するその他の形態のコンピュータ可読媒体を含みうる。さらに、本発明は、本発明の実施形態を実施する装置を包含してもよい。このような装置は、本発明の実施形態に関するタスクを実行するための専用および／またはプログラマブル回路を含んでもよい。このような装置の例として、適切にプログラムされるときの汎用コンピュータおよび／または専用コンピュータデバイスが挙げられ、本発明の実施形態に関する様々なタスクに適合されたコンピュータ／コンピュータデバイスおよび専用／プログラマブル回路の組合せを含みうる。
【００２６】
本発明の実施形態に従って、プラズマ処理中にプラズマの光学的反応測定を実施するための診断ツールの効率を改善する方法および配置が提供される。本発明の実施形態は、より高い実効アスペクト比を実現するために、複数のコリメータを有するコリメータ配置を採用することを含む。より高い実効アスペクト比を実現することによって、コリメータ配置は外部信号測定デバイスに達する軸外の光量を抑制すると同時にプラズマ種による調整からビューポートを保護してもよい。
【００２７】
ある実施形態において、コリメータ配置は、接続領域によって隔離された二つのコリメータを有するように構成されうる。別の実施形態において、各コリメータは、最高の費用効果および／または商業的に実現可能なアスペクト比を実現するために独立に機械加工されうる。独立に機械加工可能なコリメータおよび／または接続領域を提供することによって、コリメータ配置は各コリメータのアスペクト比の単純な算術的合計を超えるさらに高い実効アスペクト比を実現することができよう。
【００２８】
ある実施形態において、コリメータ配置は、単一ユニットから機械加工されうる。ある実施形態において、コリメータ配置は、複数の構成部品から構築されうる。したがって、コリメータ配置は、同様の結果を実現するために複数の方法によって製造されうる。
【００２９】
複数部品コリメータを組み立てる際、複数のコリメータ間のアライメントは、最高の光信号強度の収集を実現する上できわめて重要であろう。ある例では、コリメータ配置は、ある実施形態における各コリメータ表面および／またはコリメータ外部ハウジング表面の勘合要素で構成されうる。ある実施形態において、複数部品コリメータ配置のコリメータは、並進運動、回転運動、および／またはジンバル運動を可能にする移動ステージで構成されうる。勘合要素および／または移動ステージを有することによって、コリメータのアライメントは最適性能が得られるように必要に応じて実施されうる。
【００３０】
ある実施形態において、各コリメータは、種々の直径、長さ、形状、テーパ機能、配列、密度、および／または直径分布の孔を有するように独立に構成されうる。各コリメータに対するオプションの置換を有することによって、コリメータ配置は所望の光収集効率を実現するように最適化されうる。
【００３１】
本発明の特徴および長所は、以下の図および議論を参照するとよりよく理解されよう。図３Ａは、本発明の実施形態に従って、二つのコリメータを有するコリメータ配置３００の簡略図を示す。
【００３２】
ある実施形態において、コリメータ配置３００は、中空領域３０４によって隔離された第１のコリメータ３０６と第２のコリメータ３１６の二つのコリメータを有するように構成されうる。中空領域３０４は、第１のコリメータ３０６と第２のコリメータ３１６との間で隔離および／またはアライメントの両方を保つために中空領域３０４の周りにシェル３０２を有するように構成されうる。
【００３３】
別の実施形態において、コリメータ配置３００は、第１のコリメータ３０６および／または第２のコリメータ３１６のコリメータの各々が孔、空間アレイ、各孔の直径、コリメータの長さなどに関して独立であるように構成されうる。各コリメータの独立した特徴は、特定のアプリケーションニーズに合うようにコリメータ配置３００の設計および／または特注生産における柔軟性を備えうる。
【００３４】
ある例では、第１のコリメータ３０６は、各孔に対して、第１の所定の長さ３１０、第１の所定数の孔のアレイ３０８、および第１の所定の直径３１２を有しうる。同様に、第２のコリメータ３１６は、各孔に対して、第２の所定の長さ３２０、第２の所定数の孔のアレイ３１８、および第２の所定の直径３２２を有しうる。したがって、各コリメータは、たとえば、経済的制約および製造の制約の両方に関して実現可能な最高のアスペクト比に独立に機械加工されうる。
【００３５】
機械加工能力は高いアスペクト比を有するコリメータを製造するための経済的な制限要因であるため、最先端の工程によって実現可能な限界まで各コリメータを別々に機械加工する能力がアスペクト比の全体的な増加を可能にする。実効アスペクト比の増加は、各コリメータのアスペクト比の算術的合計を超える。しかし、コリメータ配置３００の全長は、実効アスペクト比の上限を課してもよい。
【００３６】
図３Ａに示されるように、コリメータ配置３００の実効アスペクト比は各コリメータのアスペクト比の和とコリメータ配置３００の全長によって決定されるアスペクト比との間にあってもよい。たとえば、各コリメータが商業的に実現可能な機械加工能力、たとえば、アスペクト比１０：１に機械加工される可能性のある状況を考えてみよう。ある例では、コリメータ配置３００の全長が３０：１の全アスペクト比を有しうる。実効コリメータアスペクト比は、２０：１と３０：１の間にあってもよい。したがって、中空領域３０４は、コリメータ３００の全長を有利に増加させて実行アスペクト比を増加させる。
【００３７】
先行技術とは対照的に、コリメータ配置３００は、途方もない製造コストおよび／または非現実的なコリメータ長さを招くことなく、非常に高い実効アスペクト比、すなわち、３０：１よりも大きいアスペクト比を実現することができる。高い実効アスペクト比を実現することによって、コリメータ配置３００は照準線に対する低い受入れ角を実現すると同時にプラズマ種による調整からビューポートを保護することができる。
【００３８】
図３Ｂは、本発明の実施形態に従って、モノリシックコリメータ配置３３０の簡略図を示す。図３Ｂに示されるように、モノリシックコリメータ配置３３０は、単一素材片の各端における第１のコリメータ３３２と第２のコリメータ３３６で構成されうる。第１のコリメータ３３２と第２のコリメータ３３４は、接続領域３３４によって隔離される。コリメータ配置３３０は、プラズマ種や不要な光源が二つの平行な素材片の間で完全機械加工された接続領域３３４に直接接近できないようにするために外部ハウジング３３８の中に組み込まれうる。
【００３９】
図３Ｂの実施において、コリメータ配置３３０は、ある実施形態では単一ユニットから機械加工されうる。第１のコリメータ３３２と第２のコリメータ３３６は、ある実施形態に従って、孔の数、空間アレイ、各孔の直径、コリメータの長さなどに関して独立に機械加工されうる。したがって、第１のコリメータ３３２と第２のコリメータ３３６は、従来利用可能なツールから適度なアスペクト比に安価に製造されうる。あるいは、各コリメータは、途方もないコストを招くことなく最先端のツールを用いて可能な限り高いアスペクト比を実現するように機械加工されよう。ただし、第１のコリメータ３３２と第２のコリメータ３３６を組み合わせることによって、コリメータ配置３３０は、単一コリメータの従来の機械加工によって可能な実効アスペクト比よりも高い実効アスペクト比を実現しよう。
【００４０】
最初は、コリメータ配置３３０は、単一の固体素材片であってもよい。図３Ｂに示されるように、第１のコリメータ３３２と第２のコリメータ３３６は、接続領域３３４によって隔離されている。ある実施形態において、接続領域３３４は、第１のコリメータ３３２と第２のコリメータ３３６の間で実質的に完全に光を透過させる中空領域３４０を作るように機械加工されうる。単一ユニットから第１のコリメータ３３２、第２のコリメータ３３６、および接続領域３３４を機械加工する利点は、コリメータ間のアライメントに対する非常に高度な制御であろう。さらに、接続領域３３４は、二つのコリメータを隔離する役割を果たしてコリメータ配置３３０を長くし、実効アスペクト比を増加させうる。したがって、コリメータ間の孔のアライメントは、高いアスペクト比と結合して、小さい受入れ角を有する照準線を提供しよう。
【００４１】
高い実効アスペクト比を実現する方法を示すために二つのコリメータを有するコリメータ配置を図３Ａおよび３Ｂの実施では議論してきたが、複数のコリメータ、たとえば、二つ以上のコリメータを有する可能性のある他の配置を採用してもよい。たとえば、長さが短縮された上記中空領域を有するコリメータ配置をユーザが必要とする可能性がある状況を考えてみよう。コリメータ配置は、同じ長さの上記中空領域に三つ以上のコリメータを有するように構成されてもよい。したがって、各コリメータ間の中空領域の長さは、実効アスペクト比に著しい影響を与えるごとく有効に抑制されている。
【００４２】
図３Ｃは、本発明の実施形態に従って、複数部品コリメータ配置３５０の簡略図を示す。図３Ｃに示されるように、複数部品コリメータ配置３５０は、外部ハウジング３５８の各端に組み込むための第１のコリメータ３５２と第２のコリメータ３５６で構成されうる。
【００４３】
図３Ｃの実施に示されるように、第１のコリメータ３５２と第２のコリメータ３５６は、別々のユニットである。ある実施形態において、各コリメータは、孔の数、空間アレイ、各孔の直径、コリメータの長さなどに関して独立に機械加工されてもよい。したがって、各コリメータは、適正なコストで最高の実現可能なアスペクト比に機械加工されよう。
【００４４】
ある実施形態において、第１のコリメータ３５２と第２のコリメータ３５６は、外部ハウジング３５８の各端に組み込まれうる。外部ハウジング３５８は、ある実施形態において、コリメータ間の隔離および／またはアライメントを保つために採用されうる。前述のように、隔離要素である外部ハウジング３５８は、コリメータ配置３５０を長くして実効アスペクト比を増加する働きをする。
【００４５】
図３Ｃに示されるように、複数部品コリメータ配置３５０のアライメントは、複数の方法によって実現されうる。本発明の実施形態に従って、アライメントを実現するために勘合要素がコリメータ表面に構成されうる。ある例では、第１のコリメータ３５２は、第１の勘合（キー）要素３６０で構成されうる。ある実施形態において、第１の勘合要素３６０は、外部ハウジング３５８への挿入深さを決める深さキーとして働くように、第１のコリメータ３５２の一端に構成されうる。代替的および／または同時に、第１の勘合要素３６０は、ある実施形態において、第１のコリメータ３５２に対する回転アライメントキーとして働いてもよい。
【００４６】
本発明の別の実施形態に従って、勘合要素は外部ハウジング３５８表面に構成されてもよい。たとえば、第２の勘合要素３６２は、外部ハウジング３５８の内面に構成されうる。同様に、第２の勘合要素３６２は、アライメントおよび／または深さ勘合手段として採用されうる。
【００４７】
アライメントおよび／または深さ勘合手段を示すために勘合手段を図３Ｃの実施において議論してきたが、アライメントおよび／または深さ勘合に関して同じ要素および／または異なる要素を含む他の配置が採用されてもよい。
【００４８】
一般に、複数のコリメータを採用してもよいコリメータ配置において、コリメータ間のアライメントは、最適な信号強度収集に関して非常に重要な場合がある。多くの最適な光学的反応測定技術では、視準を合わせたアセンブリが、真空チャンバの正反対の側に必要である。したがって、クロスチャンバアライメント（チャンバを横断するアライメント）には、完全コリメータアセンブリの巨視的な並進および回転制御が必要である。図４は、本発明の実施形態に従って、アライメント機能を有する複数部品コリメータ配置（４００）の簡略図を示す。
【００４９】
ある例では、複数部品コリメータ配置（４００）は第１のコリメータ４０４で構成されうる。第１のコリメータ４０４は、外部ハウジング４０２と相対的な位置に固定されるように構成されてもよい。外部ハウジング４０２の反対端には、第２のコリメータ４０６がアライメント用の移動ステージ４０８とともに組み込まれうる。移動ステージ４０８は、第２のコリメータ４０６に並進運動、回転運動、および／またはジンバル運動をさせるように構成されうる。
【００５０】
図４に示されるように、並進運動は、ｘ方向４２０、ｙ方向４２２、およびｚ方向４２４に沿った移動を含みうる。回転運動は、外部ハウジング４０２の周りに角度θ（４２６）で定義されるような、時計回りまたは反時計回りの移動を含みうる。ジンバル運動は、空間内の任意の点４２８の周りに第２のコリメータ４０６を傾転させることを含みうる。図４の実施では、第２のコリメータ４０６は、点４２８の周りでｘ方向４２０および／またはｙ方向４２２にジンバルされうる。さらに、コリメータ配置４００を整列させるために、第２のコリメータ４０６の他の移動方法が採用されてもよい。
【００５１】
前述のアライメント機能を有することによって、最高の光信号強度収集を実現するようにコリメータ配置４００を最適化しうる。たとえば、ｚ方向４２４の並進は、特定の実効アスペクト比に対してコリメータ配置４００の長さを微調整するために採用されよう。実効アスペクト比を高くして、特定の光路に対して光をより小さい受入れ角で並進させうる。別の例では、第１のコリメータ４０４と第２のコリメータ４０６との間の孔のアライメントを微調整するために回転運動を採用してもよい。たとえば、第２のコリメータ４０６を、特定の光路に対して最低の受入れ角で最適な直接照準線に対して特定の角度θ（４２６）で回転してもよい。
【００５２】
複数部品の管状アセンブリのアライメントにおける別の懸念要因は、曲がりである。本明細書で採用される「曲がり」という用語は、対象とする直線からの管状部品の傾きである。曲がりは、コリメータ配置４００において空間内の任意の点４２８に周りで第２のコリメータ４０６をｘ方向４２０およびｙ方向４２４に傾転させるためにジンバル運動を採用することによって微調整しうる。
【００５３】
たとえば、第２のコリメータ４０６が負のｘ方向４２０に５ミリメートル（ｍｍ）の曲がりを有するように決定されている状況を考えてみよう。第２のコリメータ４０６は任意の点４２８の周りに傾転されるので、コリメータ４０６は曲がりを補償するために正のｘ方向４２０に５ｍｍ傾転されうる。ジンバル運動を採用することによって、コリメータ４０６を、別の部品、たとえば、第１のコリメータ４０４に対して最高の線状アライメントを実現するように微調整してもよい。
【００５４】
前述の方法において示されたように、複数部品コリメータ配置に対して最高の光信号強度収集を実現するために様々なアライメント方法が採用されてもよい。一般に、複数のコリメータを有するコリメータ配置に対する光強度収集を最適化するために、他のアライメント方法が採用されてもよい。
【００５５】
図５Ａは、本発明の実施形態に従って、コリメータ内の孔の形状に変化を持たせた簡略図を示す。たとえば、コリメータ５０２は典型的な丸孔５０４を示す。丸孔５０４は、素材を真っ直ぐ貫通して開けられた孔であってもよい。ただし、必要性と利用可能な穿孔方法に応じて、孔は任意の形状をとってもよい。ある実施形態において、コリメータ５０５は、任意の多角形５０６、たとえば、三角形を有する孔を示す。別の実施形態において、コリメータ５０７は、任意の抽象的な形状５０８を有する孔を示す。したがって、光収集の必要性および利用可能な機械加工技術に応じて、コリメータは光収集のための最適化に適した任意の形状の孔を有していてもよい。
【００５６】
図５Ｂは、本発明の実施形態に従って、コリメータを通じてテーパ加工された孔径に変化を持たせた簡略図を示す。伝統的に、孔は両端を通りかつ／またはコリメータの長さ方向に同じ直径を有する孔を作るためにコリメータを通じて真っ直ぐに開けられる。ただし、孔は、特定の光路に対する受入れ角を最小にするように、任意関数、すなわち、連続関数および／または不連続関数を有するようにテーパ加工されてもよい。
【００５７】
図５Ｂに示されるように、コリメータ５１０は、一端に第１の直径の第１の孔５１２と、他端に第２の直径の第２の孔５１４を有するように構成される。ある実施形態において、第１の孔５１２の直径は、第２の孔５１４の直径よりも大きい。ある実施形態において、第１の孔５１２と第２の孔５１４は、線形減少する連続関数、すなわち、直線テーパによって接続される。
【００５８】
別の実施形態において、コリメータ５２０は、任意の深さ５２４までコリメータ５２０を真っ直ぐ貫通して開けられている第１の直径の第１の孔５２２を一端に有するように構成される。コリメータ５２０の別の端では、第２の直径の第２の孔５２８が同じ任意の深さ５２４までコリメータ５２０を真っ直ぐ貫通して開けられてもよい。ある実施形態において、コリメータ５２０は、異なる直径を有する孔、たとえば、第１の孔５２２および第２の孔５２８を有していてもよい。各孔は、ある実施形態において、任意の不連続関数、たとえば、第１の任意関数５２６および／または第２の任意関数５３０を有していてもよい。
【００５９】
コリメータを貫通する孔の直径を変更できる柔軟性を持ち、最小限の受入れ角を有する照準線を通る光路から光を収集するように最適化された孔を有するコリメータが設計されうる。高アスペクト比のコリメータアセンブリは、アスペクト比に基づいて、一定の任意の角度θに対する照準線光の受入れを抑制する。しかし、θよりも小さいあるいは大きい入射角における別の光はいずれも、孔の内面からの反射によってコリメータの孔を通じて導かれうる。この別の軸外光源は、ノイズレベルを増加させ、最小化を必要とする。低いアルベド材料を使用する方法や直径がテーパ加工されたコリメータ孔を使用する方法は、この機能性を実行する多数の方法のうちの二つである。本明細書で採用される「低いアルベド材料」という用語は、表面から反射する光の比が低いと考えられる材料である。
【００６０】
図６Ａは、本発明の実施形態に従って、コリメータの孔配列に変化を持たせた簡略図を示す。ある実施形態において、コリメータ端６０２は、孔のアレイ６０４を単純に直線状に配置して、たとえば、１列ずつ並べて構成されてもよい。別の実施形態において、コリメータ端６１２は、孔のアレイ６１４を同心円状に配置して構成されてもよい。一般に、コリメータの孔配置には他の配置が採用されてもよい。
【００６１】
図６Ｂは、本発明の実施形態に従って、コリメータの孔密度に変化を持たせた簡略図を示す。ある実施形態において、コリメータ端６２２は、高い孔密度で構成されている孔のアレイ６２４で構成されてもよい。ある例では、高い孔密度のコリメータ端６２２の領域に対する孔密度は、最大約６５％から約７０％であってもよい。別の実施形態において、コリメータ端６３２は、希薄な孔密度で構成されている孔のアレイ６３４で構成されてもよい。ある例では、コリメータ端６３２の領域に対する孔密度は、約１０％から約１５％であってもよい。一般に、コリメータ端の領域に対する孔密度は、約５％から約９５％であってもよい。
【００６２】
図６Ｃは、本発明の実施形態に従って、コリメータの孔径の分布に変化を持たせた簡略図を示す。ある実施形態において、コリメータ端６４２は、二モード分布、すなわち、二つの異なる直径の孔の分布で構成されている孔のアレイ６２４で構成されてもよい。別の実施形態において、コリメータ端６５２は、三モード分布、すなわち、三つの異なる直径の孔の分布で構成されている孔のアレイ６５４で構成されてもよい。一般に、孔径分布は、所望の孔領域範囲の割合や他の要因に対して最適化するために、任意の分布であってもよい。
【００６３】
したがって、コリメータ配置において、各コリメータは、孔径、孔の長さ、孔の形状、孔のテーパ関数、孔配列、孔密度、および／または孔径分布に対して独立に最適化されうる。同じ光収集効率を実現すべくコリメータ配置を最適化するための複数の方法として、各機能に対して様々な置換が考慮されよう。
【００６４】
上記の内容から分かるように、本発明の実施形態は、従来の機械加工能力によって製造可能な中規模のコリメータ配置に関する方法と配置を提供する。各コリメータを従来の機械加工技術を用いて実現可能な最高のアスペクト比に機械加工することによって、照準線に対する低い受入れ角の制御を維持すると同時にコストの削減が実現されよう。さらに、プラズマ種からビューポートを効果的に隔離することによって、高い実効アスペクト比を有するコリメータ配置がスペクトル信号のドリフトをより有効に防止しうる。したがって、提案されたコリメータアセンブリは、プラズマに直接暴露する光学部品のＭＴＢＦ（平均故障間隔）を大幅に改善し、システム全体のコストと休止時間とを抑制する。
【００６５】
本発明をいくつかの好ましい実施形態に関して説明してきたが、本発明の範囲に入る変更、置換、および等効物がある。また、発明の名称、発明の概要、および要約書は、便宜のために記載されているものであり、本明細書の特許請求の範囲の技術的範囲を解釈するために使用されるべきでない。また、本発明の方法および装置には多くの代替的実施方法があることにも留意されたい。本明細書には様々な例が記載されているが、これらの例は説明のためのものであり、本発明に関して限定するものではない。さらに、本出願において、一組の「ｎ個」の項目は、その組のゼロまたはそれ以上の項目を表す。したがって、以下に添付の特許請求の範囲は、本発明の趣旨および範囲に入るすべての上記変更、置換、および等効物を含むと解釈されるものとする。
【図１Ａ】
2010532476.tif 000003
【図１Ｂ】
2010532476.tif 000004
【図１Ｃ】
2010532476.tif 000005
【図２Ａ】
2010532476.tif 000006
【図２Ｂ】
2010532476.tif 000007
【図３Ａ】
2010532476.tif 000008
【図３Ｂ】
2010532476.tif 000009
【図３Ｃ】
2010532476.tif 000010
【図４】
2010532476.tif 000011
【図５Ａ】
2010532476.tif 000012
【図５Ｂ】
2010532476.tif 000013
【図６Ａ】
2010532476.tif 000014
【図６Ｂ】
2010532476.tif 000015
【図６Ｃ】
2010532476.tif 000016
【国際調査報告】
2010532476.tif 000017
2010532476.tif 000018