(57)【要約】【課題】プラズマ処理システムとともに光学系を使用するための装置及び方法【解決手段】プラズマ処理システムと連結して光学系を操作するためのプラズマ処理システム及び方法が提供される。該プラズマ処理システムは、該プラズマ処理システムのプラズマ処理チャンバと連通する光学系を含む。該光学系はウィンドウを含み、該ウィンドウを通してプラズマプロセス状態を、及び該ウィンドウの透過状態を検出するように構成、かつ配設されている。該方法は、該プラズマ処理領域から光学放射を検出することと、該光学系により提供されるウィンドウの汚れを監視することを含む。
2006501620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有し、かつプラズマ処理領域を含んでいるチャンバと、
前記チャンバ内の基板を前記処理領域内に支えるように構成、かつ配設されているチャックと、
前記プラズマ処理領域でのプラズマプロセス中にプラズマを生成するように構成、かつ配設され、前記チャンバと連通するプラズマジェネレータと、
前記開口部を通して前記チャンバと連通し、ウィンドウを有している光学系であって、前記ウィンドウを通したプラズマプロセス状態と、前記ウィンドウの透過状態とを検出するように構成、かつ配設されている光学系とを具備するプラズマ処理システム。
【請求項２】
前記プラズマジェネレータは、上部電極と、前記上部電極から離間されている下部電極とを備えており、前記上部及び下部電極は、電力がこれに供給されるときにこれらの間で前記プラズマを生成するように構成、かつ配設されている請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項３】
前記プラズマジェネレータは、アンテナである請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項４】
前記光学系は、前記透過状態を検出するように構成、かつ配設されている透過検出器システムを備えている請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項５】
前記光学系は、前記ウィンドウを受けるように構成され、中心部分に形成された空き領域を有している請求項４に記載のプラズマ処理システム。
【請求項６】
前記光学系は、前記透過検出器システムと、前記プラズマ処理領域からの光学放射との間の干渉を低減するように構成され、前記空き領域内に配置されている１つ以上の光学バッフルを備えている請求項５に記載のプラズマ処理システム。
【請求項７】
前記透過検出器システムは、
前記ウィンドウを通して光源から光を透過するように構成されている透過入力レンズと、
前記透過状態を前記光学系に伝達できる、前記透過状態を検出するために前記ウィンドウを通して前記光を受けるように構成されている透過出力レンズとを備えている請求項４に記載のプラズマ処理システム。
【請求項８】
前記光学系は、前記透過入力レンズを汚れから少なくとも部分的に保護するように構成されている、前記透過入力レンズと、これと光学的に連通する前記ウィンドウとの間に配置されているシャッターを備えている請求項７に記載の前記プラズマ処理システム。
【請求項９】
前記透過入力レンズから前記ウィンドウを通って透過される前記光は、前記プラズマ処理領域からの前記光学放射に対して角を成している請求項７に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１０】
前記透過入力レンズから前記ウィンドウを通って透過される前記光は、前記プラズマ処理領域からの前記光学放射に対して９０°未満の角度で角度を成している請求項７に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１１】
前記光学放射は、光である請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１２】
前記チャンバから前記光学系を実質的に隔離するように構成、かつ配設されている、前記チャンバと、前記光学系との間に配置されているゲートバルブをさらに具備する請求項１に記載の前記プラズマ処理システム。
【請求項１３】
前記光学系は、分光計を含む請求項１に記載の前記プラズマ処理システム。
【請求項１４】
前記光学系は、前記プラズマプロセス状態を検出するように構成、かつ配設されている信号収集部分を備えている請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１５】
前記ウィンドウは、単一ポートとされ、前記プラズマ処理領域にアクセス可能である請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１６】
前記光学系は、前記透過状態に基づいて前記プラズマプロセス状態を修正する請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１７】
前記光学系は、前記プラズマ処理領域から光学放射を受けることができる少なくとも１つの追加ウィンドウを有している請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１８】
前記光学系は、前記ウィンドウを受けるように構成されている、この中心部分に形成される空き領域を有している請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項１９】
前記光学系は、前記チャンバと、前記光学系との間に配置されているリストリクタ素子を備えている請求項１８に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２０】
前記リストリクタ素子は、低減された流量コンダクタンスのために前記空き領域を通過するパージガスのさらに高い圧力を生じさせるように構成されている請求項１９に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２１】
前記ウィンドウは、前記リストリクタ素子の端部に密封して取り付けられる請求項１９に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２２】
前記光学系は、前記ウィンドウの汚れを少なくとも低減するように構成されている、前記ウィンドウと、前記プラズマ処理領域との間の光学通路に配置されているウィンドウシャッターを備えている請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２３】
レーザ光を前記プラズマ処理領域の中に放射するように構成されているレーザを、さらに具備する請求項１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２４】
前記光学系は、レーザ誘起プラズマ放射を受ける請求項２３に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２５】
前記光学系は、前記レーザ光に対し横断方向に配置されている請求項２４に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２６】
前記光学系は、光診断システムを含む請求項２４に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２７】
前記プラズマ処理チャンバの外部に、レーザ光が前記プラズマ処理チャンバを通過した後にレーザ光を収集するように構成されたレーザビームダンプをさらに具備する請求項２３に記載のプラズマ処理システム。
【請求項２８】
プラズマ処理領域を含むチャンバを有するプラズマ処理システムのために適応された光学系であって、
この中に配置されているウィンドウを有し、前記ウィンドウを通してプラズマプロセス状態と、前記ウィンドウの透過状態を検出するように構成、かつ配設されている信号収集部分を具備する光学系。
【請求項２９】
前記信号収集部分は、前記透過状態を検出するように構成、かつ配設されている透過検出器システムを備えている請求項２８に記載の光学系。
【請求項３０】
前記信号収集部分は、前記ウィンドウを受けるように構成されている、この中心部分に形成される空き領域を有している請求項２９に記載の光学系。
【請求項３１】
前記信号収集部分は、前記透過検出器システムと、前記プラズマ処理領域からの前記光学放射との間の干渉を低減するように構成されている、前記空き領域に配置されている１つ以上の光学バッフルを備えている請求項２９に記載の光学系。
【請求項３２】
前記透過検出器システムは、
前記ウィンドウを通して光源からの光を透過するように構成されている透過入力レンズと、
前記透過状態を前記信号収集部分に伝達できる、前記透過状態を検出するために前記ウィンドウを通して前記光を受けるように構成されている透過出力レンズとを備えている請求項２９に記載の光学系。
【請求項３３】
前記信号収集部分は、前記透過入力レンズを汚れから少なくとも部分的に保護するように構成される、前記透過入力レンズと、前記透過入力レンズと光学的に連通する前記ウィンドウとの間に配置されているシャッターを備えている請求項３２に記載の光学系。
【請求項３４】
前記透過入力レンズから前記ウィンドウを通して透過される前記光は、前記プラズマ処理領域からの前記光学放射に対して角を成している請求項３２に記載の光学系。
【請求項３５】
前記透過入力レンズから前記ウィンドウを通して透過された前記光は、前記プラズマ処理領域からの前記光学放射に対して９０°未満の角度で角を成している請求項３４に記載のプラズマ処理システム。
【請求項３６】
前記光学放射は、光である請求項２８に記載の光学系。
【請求項３７】
前記信号収集部分は、分光計を含む請求項２８に記載の光学系。
【請求項３８】
前記ウィンドウは、単一ポートとされ、前記プラズマ処理領域にアクセス可能である請求項２８に記載の光学系。
【請求項３９】
前記信号収集部分は、前記透過状態に基づいて前記プラズマプロセス状態を修正する請求項２８に記載の光学系。
【請求項４０】
前記信号収集部分は、前記プラズマ処理領域から光学放射を受けることができる少なくとも１つの追加ウィンドウを含む請求項２８に記載の光学系。
【請求項４１】
前記信号収集部分は、前記ウィンドウを受けるように構成されている、この中心部分に形成される空き領域を有している請求項２８に記載の光学系。
【請求項４２】
前記プラズマ処理領域と、リストリクタ素子とに取り付けられる取り付け部分をさらに備えている請求項４１に記載のプラズマ処理システム。
【請求項４３】
前記ウィンドウは、前記リストリクタ素子の端部に密封して取り付けられている請求項４２に記載のプラズマ処理システム。
【請求項４４】
前記リストリクタ素子は、低減された流量コンダクタンスのために前記空き領域を通過するパージガスのさらに高い圧力を生じさせるように構成されている請求項４２に記載の光学系。
【請求項４５】
前記信号収集部分は、前記ウィンドウの汚れを少なくとも低減するように構成されている、前記ウィンドウと、前記プラズマ処理領域との間の光学通路内に配置されているウィンドウシャッターを備えている請求項２８に記載の光学系。
【請求項４６】
プラズマ処理領域に光学的に結合され、プラズマプロセスの間にプラズマを生成できる前記プラズマ処理領域を含むチャンバを有するプラズマ処理システムと連結している光学系を操作する方法であって、
透過検出器システムを用いて前記光学系により提供されるウィンドウを通して前記プラズマ処理領域から光学放射を光学的に検出することと、
前記ウィンドウの汚れを監視することとを備える方法。
【請求項４７】
前記監視することは、リアルタイムで前記ウィンドウの汚れを監視することを含む請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
前記光学放射の前記光学的な検出は、
前記光学系の前記ウィンドウを通過する前の第１の強度を有する光を表す基準信号を検出することと、
前記光学系の前記ウィンドウを通過した後の第２の強度を有する光を表す透過信号を検出することとを備えている請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記ウィンドウの汚れを監視するために使用される透過係数を提供する光強度比を提供するために前記第１の強度で前記第２の強度を除算することをさらに具備する請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記透過係数は、前記ウィンドウを通って透過される光のパーセンテージに相当する請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記光強度比に基づいて前記プラズマ処理領域から前記光学放射を修正することをさらに具備する請求項４６に記載の方法。
【請求項５２】
前記光学系により提供される少なくとも１つの追加ウィンドウを通して前記プラズマ処理領域から光学放射を光学的に検出することと、
前記少なくとも１つの追加ウィンドウの汚れを監視することとをさらに具備する請求項４６に記載の方法。
【請求項５３】
前記光学系をパージするために前記光学系にパージガスを供給することをさらに具備する請求項４６に記載の方法。
【請求項５４】
光またはガスの流れを前記ウィンドウに制限することをさらに具備する請求項４６に記載の方法。
【請求項５５】
前記透過検出器システムを汚染から少なくとも部分的に保護するために前記透過検出器システムを閉鎖することをさらに具備する請求項４６に記載の方法。
【請求項５６】
前記プラズマ処理領域から前記光学放射に対してある角度を成して前記透過検出器システムを配置することをさらに具備する請求項４６に記載の方法。
【請求項５７】
前記プラズマ処理領域からの前記光学放射に対して９０°未満の角度を成して前記透過検出器システムを配置することをさらに具備する請求項４６に記載の方法。
【請求項５８】
汚れから前記ウィンドウを少なくとも部分的に保護するために前記ウィンドウを閉じることをさらに具備する請求項４６に記載の方法。
【請求項５９】
プラズマ処理領域に光学的に結合され、プラズマプロセスの間にこの中でプラズマを生成できるプラズマ処理領域を含むチャンバを有するプラズマ処理システムと連結している光学系を操作するための方法であって、
前記光学系から前記プラズマ処理領域へのレーザ誘起光学放射を、前記レーザと、前記プラズマ処理領域との間に配置されているウィンドウを通して光学的に検出することと、
前記ウィンドウの汚れを監視することとを具備する方法。
【請求項６０】
レーザ光に前記プラズマ処理領域を通過させることをさらに具備する請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記レーザ光が前記プラズマ処理領域を通過した後に、前記レーザ光を収集することをさらに具備する請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
前記監視することは、前記ウィンドウの透過状態を検出することを備えている請求項５９に記載の方法。
【請求項６３】
前記レーザ光に対し横断方向に前記光学系を配置することをさらに具備する請求項５９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
全体の内容が参照によりここに組み込まれる、２００２年９月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／４１４，３４８号の利点に基づき、利点を引き出す。
【０００２】
内容が全体として参照によりここに組み込まれる、２００２年９月３０日に出願された「プラズマ処理システム及び方法（Ｐｌａｓｍａ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ）」と題される同時係属出願、米国仮出願第６０／４１４，３４９号に関連する。
【０００３】
本発明はプラズマ処理に関し、さらに詳細には光学系を使用する該プラズマ処理の監視に関する。
【背景技術】
【０００４】
通常、プラズマは、いくつかがガス状であり、いくらかが帯電している粒子種（ｓｐｅｃｉｅｓ）の集合体である。プラズマは各種用途のための特定の処理システムで有効である。例えば、プラズマ処理システムは材料処理において、及び例えば半導体ウェハなどの基板上でのエッチングと層付着の両方のための、半導体、集積回路、ディスプレイ、及び他の電子デバイスの製造及び処理において著しく有効である。
【０００５】
プラズマプロセスを監視するため、及び例えばプラズマエッチングプロセスなどのプラズマプロセスの終点を突き止めるために、光診断方法が幅広く使用されている。
【０００６】
一般的には、プラズマプロセスチャンバは通常は数ミリトルから数トルまで低真空で動作しなければならないため、従来の光診断方法は、光検出システムからプラズマプロセスチャンバを分離するために光透過ウィンドウを使用している。該ウィンドウは、該ウィンドウを曇らせるエッチ副生物で被覆されるようになる傾向がある。この方法は幅広く使用され、きわめて成功しているが、光診断データが歪曲され、無効にさえされる可能性があるために、該ウィンドウが曇ってしまった場合には問題である。加えて、該ウィンドウは、さらに多くの生成物が処理できるようになる前に清掃またはそれ以外の場合交換する必要があり、高価で時間を要する動作となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、従来のプラズマ処理において使用される光診断方法及びシステムのためのウィンドウ、すなわちビューポートの汚れを監視することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は光学系と連通するプラズマ処理システムを提供することである。該プラズマ処理システムはプラズマ処理領域を含むチャンバと、該処理領域の該チャンバ内で基板を支えるように構成、かつ配設されているチャックと、該プラズマ処理領域内のプラズマが該チャンバを出ることができるようにするためのチャンバ開口部とを備える。プラズマジェネレータは該チャンバと連通して配置され、該プラズマ処理領域内でプラズマプロセスの間にプラズマを生成するように構成、かつ配設されている。該光学系は該チャンバ開口部と連通して配置されるウィンドウアセンブリを含む。該光学系は、プラズマプロセス状態及びウィンドウ透過状態を検出するように構成、かつ配設されている。光デバイスは該ウィンドウの汚れを監視するように構成、かつ配設されている。
【０００９】
本発明の別の態様は、プラズマ処理システムと連通する光学系を操作するための方法を提供することである。該プラズマ処理システムは、プラズマプロセスの間にプラズマを中で生成できるプラズマ処理領域を含むチャンバと、該光学系を有する。該光学系は該プラズマ処理領域と光学的に結合している。該方法は、該光学系により提供されるウィンドウを通して該プラズマ処理領域からの光学放射を検出することと、該ウィンドウアセンブリにより提供されるウィンドウの汚れを監視することとを備える。該光学系と該プラズマ処理システムの間に配置されるウィンドウの汚れをリアルタイムで監視するための方法がさらに提供できる。
【００１０】
本発明のさらに別の態様は、プラズマ処理システムに光学系を提供することである。該光学系はプラズマプロセス状態及びウィンドウ透過状態を検出するように構成、かつ配設されている信号収集部分を備える。該信号収集部分は、該プラズマ処理領域から光学放射を受け取ることができるウィンドウを有している。光デバイスは該ウィンドウの汚れを監視するように構成、かつ配設されている。
【００１１】
これらの態様及び他の態様は、該プラズマ処理チャンバと該光学系の間の該ウィンドウの該汚れが監視される本発明により達成されるであろう。さらに、本発明のこれらの態様及び他の態様、ならびに特徴は、該添付図面と関連して検討される以下の詳細な説明から明らかになるであろう。しかしながら、図面は例証の目的のためだけであり、本発明の範囲または原理の定義としてではないことが理解されるべきである。
【００１２】
前述された一般的な説明及び後述される実施形態の詳細な説明とともに、本明細書、本発明の実施形態に組み込まれ、本明細書、本発明の実施形態の一部を構成する添付図面は、本発明の原理を説明する働きをする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の原理に従ったプラズマ処理システムの実施形態を示している。全体において１０で示されている該プラズマ処理システムは、全体において１２で示されている光学系と連通している。
【００１４】
該プラズマ処理システム１０は、プラズマ１８を中で生成できるプラズマ処理領域１６を画定する、全体において１４で示されているプラズマプロセスチャンバを備えている。チャック、すなわち電極３０が該チャンバ１４の中に配置され、例えば該処理領域１６の該チャンバ１４の中の半導体ウェハであってよい基板２０を支えるように構成、かつ配設されている。該基板２０は、半導体ウェハ、集積回路、被覆されるポリマー材の薄板、イオン注入により表面硬化される金属、あるいは例えばエッチングまたは付着されるなんらかの他の半導体材料である場合がある。
【００１５】
図示されていないが、例えば、該チャック３０に結合されている冷却供給通路を通して該チャック３０に冷却剤を供給できる。各冷却供給通路は、冷却供給ソースに結合できる。例えば、該冷却供給通路は該冷却供給ソースに個別に連結できる。代わりに、冷却供給通路は、すべての冷却供給通路をなんらかのパターンで連結する相互接続通路のネットワークにより相互接続できる。
【００１６】
一般的には、プラズマを生成するためにイオン化可能である任意のガスであるプラズマ生成ガスは、例えばガス入口２６を通して、プラズマの中で生成されるように該チャンバ１４の中に導入される。該プラズマ生成ガスは、当業者により理解されるように所望される用途に従って選択することができ、例えば窒素、キセノン、アルゴン、四フッ化炭素（ＣＦ４）または過フッ化炭化水素化学作用用オクタフルオロシクロブタン（Ｃ４Ｆ８）、塩素（Ｃｌ２）、臭化水素（ＨＢｒ）、または酸素（Ｏ２）である場合がある。
【００１７】
該ガス入口２６は該チャンバ１４に結合され、該プラズマ処理領域１６の中にプラズマ処理ガスを導入するように構成される。上部電極２８及び下部電極（すなわちチャック）３０の形を取るプラズマジェネレータは、該プラズマ処理ガスをイオン化することにより該プラズマ処理領域１６の中で該プラズマ１８を生成するために該チャンバ１４に結合されてよい。該プラズマ処理ガスは、電源８０、８２が例えば、それぞれ該上部電極２８及び該下部電極３０に結合された状態で、そこにＲＦ電力及び／またはＤＣ電力を供給することによりイオン化できる。いくつかの応用例では、該プラズマジェネレータは、例えばＲＦ電力を供給できるアンテナまたはＲＦコイルであってよい。
【００１８】
種々のガス入口またはインジェクタ及び多様なガス注入操作は、密封可能な、アルミニウムまたは別の適切な物質から形成できる該プラズマ処理チャンバ１４の中にプラズマ処理ガスを導入するために使用できる。該プラズマ処理ガスは多くの場合、該基板に隣接して、あるいは該基板から対向するガスインジェクタまたは入口から導入される。例えば、図１に図示されているように、ガス入口２６を通して供給されるガスは容量結合プラズマ（ＣＣＰ）ソース内で該基板に反対の注入電極（上部電極２８）を通して注入できる。該ガス入口２６を通して供給される該ガスはガス流量制御システム８４を用いて制御できる。例えば電源８０、８２によって該プラズマに供給される該電力は、該チャンバ１４の中に導入される該プラズマ生成ガスを用いて放電に着火し、このようにしてプラズマ１８などのプラズマを生成することができる。
【００１９】
代わりに、図示されていない実施形態では、該ガスは変換器結合プラズマ（ＴＣＰ）ソース内で該基板と反対の誘電体ウィンドウを通して注入できる。他のガスインジェクタ装置が当業者に既知であり、該プラズマ処理チャンバ１４と連結して利用できる。
【００２０】
該プラズマプロセスチャンバ１４には、該プラズマプロセスチャンバ１４内でのガス圧力制御を提供するために、スロットル制御バルブなどの真空ポンプ３３及びバルブ３５を有する出口が取り付けられている。
【００２１】
多様なリード線（不図示）、例えば、電圧プローブまたは他のセンサが、該プラズマ処理システム１０に結合できる。
【００２２】
開口部２２は、該プロセスチャンバ１４から該光学系１２に放射状に伸張する。該光学系１２は一般に真空機密であり、さらに詳しく後述されるように、該プラズマ１８からの光学放射を該光学系１２に伝達できるようにするために該プロセスチャンバ１４と連通して形成できる。代わりに、該光学系１２は、例えば、１つ以上の測定値が必要とされるプラズマの場所に応じて、該プロセスチャンバ１４の上または下などの他の場所にも配置できる。
【００２３】
ゲートバルブ３２は該チャンバ開口部２２に隣接し、該プラズマプロセスチャンバ１４と該光学系１２の間の該プラズマプロセスチャンバ１４に、適切な留め具を用いて留められてよい。該ゲートバルブ３２は、例えば該光学系１２の清掃または交換、あるいはガスパージ期間などの保守動作のために該光学系１２の該プラズマ処理チャンバ１４からの隔離を可能にするために設けることができる。しかしながら、該ゲートバルブ３２は本発明にとっては必須ではなく、代替実施形態で省略されてよい。例えば、該ゲートバルブ３２は、該システム１０によって実行されている該プラズマプロセスに応じて設けられ、該システム１０から排除されてよい。
【００２４】
図２に図示されるように、該光学系１２は、円形の断面であってよい管状の取り付け部分またはスペーサ３４、及びそれに取り付けられている信号収集部分３６を含む。該光学系１２の該取り付け部分またはスペーサ３４は、取り付けフランジ３８によって該プラズマプロセスチャンバ１４に連結できる。例えば、ナット及びボルトまたはネジなどの留め具（不図示）が該取り付けフランジ３８を通して伸張し、該取り付けフランジ３８を該プラズマプロセスチャンバ１４に結合できる。
【００２５】
該信号収集部分３６は、この中心部分に形成され、この中にウィンドウまたはビューポート１３を受けるように構成されている空き領域４２を含むことがある。該信号収集部分３６は、さらに詳細に後述されるように、該ウィンドウまたは該ビューポート１３の汚れを監視するように構成、かつ配設されている。代わりに、図６に関して後述されるように、該信号収集部分内の該ウィンドウ１３は該空き領域４２を排除するために配置できる。
【００２６】
透過入力レンズ４６を収容するための透過入力レンズハウジング４４、及び透過出力レンズ５０を収容するための透過出力レンズハウジング４８は、該信号収集部分３６と一体化して形成されている。該透過入力レンズハウジング４４及び該透過出力レンズハウジング４８は、さらに詳しく後述されるように該空き領域４２及び該ウィンドウ１３の両側で光通信して配置できる。プラズマ放射信号収集レンズハウジング５２は、（図１で矢印Ａで図示される）入射光と軸に沿って位置合わせされる該信号収集部分３６とともに形成できる。このように、該信号収集レンズハウジング５２は、さらに詳しく後述されるように該ウィンドウ１３から出現する光を受けるように構成される信号収集レンズ５４を収容できる。
【００２７】
該信号収集部分３６は、該空き領域４２と連通するためにそこと一体化して形成されるガスパージ通路５６も含んでよい。該ガスパージ通路５６は、例えば侵襲的な化学作用を伴うプラズマプロセスにおいてパージガスを提供できるようにする。侵襲的な化学作用は、さらに、ＣＦ４及びＣ４Ｆ８のような過フッ化炭化水素内で濃厚な化学作用などの該ウィンドウを付着物で被覆する傾向が強いそれらの化学作用を含むことがある。
【００２８】
代わりに、該透過入力レンズハウジング４４、該透過出力レンズハウジング４８、該信号収集レンズハウジング５２、及び該ガスパージ通路５６は、ナット及びボルト、ネジまたは他の適切な留め具などの留め具によって該信号収集部分３６に連結されてよい。
【００２９】
流量リストリクタ素子５８（Ｆｌｏｗ  Ｒｅｓｔｒｉｃｔｏｒ  Ｅｌｅｍｅｎｔ）は、流量制限器ダクト４０を通って該ウィンドウ１３に達する光及び該プロセスガスの量を決定するために、接着剤、結合材によって、適切な留め具を使用することによって、あるいは該部分またはスペーサ３４との締まり嵌め装置での簡略な挿入によって該光学系１２の該取り付け部分またはスペーサ３４の中に取り付けることができる。代わりに、該流量リストリクタ素子５８は、該取り付け部分またはスペーサ３４と一体形成することができ、該流量制限器ダクト４０は、該取り付け部分またはスペーサ３４で直に機械加工できる。例えば、多くの場合、または非侵襲的な化学作用においてプラズマスペクトルを測定する必要のないプラズマプロセスでは、流量リストリクタ素子５８に加えて、あるいは代わりにシャッターバルブ（不図示）が設けられてよい。該シャッターバルブは、ウィンドウ１３、あるいは例えば該透過入力レンズ４６など、該信号収集部分３６内に配置される１枚または複数枚のレンズ（複数の場合がある）の汚れを低減するために実現できる。該透過出力レンズ５０はウィンドウ１３の「清潔な」側に、あるいは該透過入力レンズ４６と反対側にある場合には、該透過出力レンズ５０は汚れから保護されている。
【００３０】
該ウィンドウ１３は、例えば該ウィンドウ１３の少なくとも一部が該空き領域４２を通して伸びるように、真空シール、ｏ−リングシールまたはクランプなどの適切な取り付け要素６０によって該信号処理部分３６の中に取り付けることができる。該ウィンドウ１３は、入射光ビームＡに対してある角度を成して該空き領域４２に取り付けることができるが、該ウィンドウ１３は、例えば該ウィンドウ１３が該流量リストリクタ素子５８の端部に直に取り付けられる場合には、（図１の矢印１で示されるように）該入射光に垂直に取り付けられてもよい。
【００３１】
該ウィンドウ１３を該斜めに配置することにより、入射光は該ウィンドウ１３を通して屈折することができ、該入射光が、該プラズマ処理領域１６から出たのと同じ方向で該ウィンドウから出現できるようにする。該ウィンドウ１３の該厚さは入射光の方向に関して該ウィンドウ１３から出現する光の方向をオフセットしてよいが、該信号収集レンズ５４は、このオフセット関係を補償するために該信号収集レンズハウジング５２内に配置できる。該信号収集レンズ５４は、実例で分光計６２の形で、光ファイバケーブル（図３）によって示される光学放射分光学システムに結合できる。該光ファイバケーブル６４は、該分光計６２の主要入力（ＳＩＧＮＡＬ  ＩＮ）に結合され、プラズマ放射をそこに伝達する。
【００３２】
流量リストリクタ素子５８の該サイズは、該ウィンドウに達する光またはガスの量を決定するだけではなく、低減された流量コンダクタンスのために該空き領域４２を通過するパージガスより高い圧力も生じさせることがある。侵襲的な化学作用を伴わないプラズマプロセスにおいては、該ガスパージ通路５６及び該流量リストリクタ素子５８は、光学系１２の該信号収集部分３６から排除されてよい。これは、該ウィンドウ１３の汚れが侵襲的な化学作用を伴うプロセスにおいてはより大きく、侵襲的ではない化学作用を使用する場合、流量制限またはパージガスによるパージが必要とされない可能性があるためである。
【００３３】
該透過入力レンズ４６及び該透過出力レンズ５０は、例えば該ウィンドウ１３で収集される汚れなどのウィンドウ透過状態を検出するように構成、かつ配設されている透過検出器システムを構成する。該透過入力レンズ４６は、該ウィンドウ１３を通して光源６８（図３）から光を透過するように構成され、該透過出力レンズ５０は該ウィンドウ透過状態を検出するためにウィンドウ１３から該光を受けるように構成されている。
【００３４】
図２に図示されるように、該透過入力レンズ４６及び該透過出力レンズ５０は、該透過検出器システムと該入射光ビームＡの間の干渉を低減するために該入射光に関して約４５°の角度で配設される。該透過入力レンズ４６及び該透過出力レンズ５０は、該ウィンドウ１３を通して該透過入力レンズ４６から伝達される該光が、該プラズマ処理領域１６からの該光伝達に関して例えば９０°未満の角度で角をなすことができるように他の角度でも配設できる。このような干渉をさらに低減するために該空き領域４２内で、該入射光ビームＡを取り囲んで光学バッフル６６，６７を設けることができる。散在する反射をさらに低減するために、該信号収集部分３６の容積全体は、該プロセス化学と共存できる均一な黒仕上げをそこに塗布されてよい。シャッターバルブ７０は、該透過入力レンズ４６とそこと光連通する該ウィンドウ１３の間に配置されてよい。該シャッターバルブ７０は、ウィンドウ透過測定を行うために使用されていないときには該透過入力レンズ４６を汚れから保護できる。該透過入力レンズ４６と該シャッターバルブ７０の間の空洞は、該汚れから該透過入力レンズ４６をさらに保護するためにガスパージされてよい。例えば、該ガスパージ通路５６は、該透過入力レンズ４６と該シャッターバルブ７０の間の空洞に連結する、そこから伸張する通路を含むことがある。
【００３５】
該プラズマプロセスの間、ウィンドウ１３上での膜付着は一般的に低速である。したがって、透過測定は、一般的には例えば１０秒から２０秒ごとより頻繁に行う必要はない。分光計６２を介した典型的な透過測定回数の長さは数１０ミリ秒未満であり、このようにして該バルブ７０が連続ウィンドウ透過測定の間の残りのすべての時間閉じたままとなることを可能とし、それにより該透過入力レンズ４６をプロセスガスの汚れから保護する。該透過測定システムがこのパルス化された方法で動作されている場合、及びパージガスがガス入口５６から該透過入力レンズ４６と該バルブ７０の間の該通路に供給される場合、該透過入力レンズ４６は非常に長い期間交換に耐えるであろう。これにより、該ウィンドウ１３の清掃（複数の場合がある）及び交換（複数の場合がある）を低減できる。
【００３６】
図２及び図３は、例えば光ファイバケーブル７２を通して該ウィンドウアセンブリ１２の外部にある分光計６２の形をした光デバイスに該ウィンドウ透過状態を通信することができる該透過出力レンズ５０を示している。光ファイバケーブル７２を介して該分光計６２の入力チャネル（ＴＲＡＮ  ＩＮ）に伝達される光は、該ウィンドウ１３を通過した後特定の強度を有する光を表す透過信号に相当する。該分光計６２はそこに伝達される光を、例えば光電子増倍管、ＣＣＤまたは他のソリッドステート検出器を使用して測定されているスペクトルの中に分散する。該分光計６２の複数のチャネルはこのような測定のスペクトル受信可能領域を広げるために使用されてよい。
【００３７】
図３は、該光学系１２、該光源６８、及び該分光計６２をさらに詳細に示している。描かれているように、２本の光ファイバケーブル７４、７６は該光源６８からの光を該分光計６２及び該光学系１２のそれぞれに伝達する。光は光ファイバケーブル７４を介して該分光計６２の入力チャネル（ＲＥＦ  ＩＮ）に伝達され、該光源放射、例えばすべての波長での強度に相当する基準信号またはベースライン信号として該分光計６２により使用される。この基準またはベースライン信号は、該ウィンドウ１３を通過する前の第１の強度を有する光を表している。該光ファイバケーブル７６は該光源６８から、該光学系１２の該透過入力レンズ４６に光を透過する。
【００３８】
該光通信システム１２は、該光ファイバ６４、７２、７６を使用せずに設けられてよい。例えば、該光通信システム１２は、該透過入力レンズ４６、該透過出力レンズ５０及び該信号収集レンズ５４のそれぞれがそれぞれの検出器に、あるいはそれぞれの光源から該光信号を直に焦点に合わせることができる。
【００３９】
該分光計６２は、該プラズマ１８から、例えば光などの光学放射に基づいてプラズマプロセス状態を検出するためにプラズマプロセス検出器システムの中に組み込むことができる。具体的には、該光ファイバケーブル６４は、例えば該分光計６２のメイン入力（ＳＩＧＮＡＬ  ＩＮ）に結合できる。該検出器システムは、例えば、プラズマプロセスの終点などの該プラズマプロセス状態を少なくとも部分的に検出するために、光電子増倍管、ＣＣＤまたは他のソリッドステート検出器を使用できる。しかしながら、光信号を分析できる他の光デバイスが使用されてよい。該プラズマプロセス光検出器システムは、該分光計６２の中に組み込まれてよい、あるいは別個であってもよい。
【００４０】
該プラズマ処理システム１０からの出力を監視することができるだけではなく、プラズマ処理システム１０に対する入力を通信、活性化するために十分な制御電圧を生成できるコントローラ７８が、該プラズマ処理システム１４に結合できる。例えば、該コントローラ７８は、それぞれ該上部電極２８及び該下部電極３０の該ＲＦ電源８０、８２、及びガス入口２６と流体連通している該ガス流量制御システム８４に結合することができ、それらと情報を交換することができる。該コントローラ７８は、図１に図示されていないが、さらにそれぞれ該ポンピングシステム３３及びゲートバルブ３５と連通できる。メモリに記憶できるプログラムは、記憶されているプロセスレシピに従ってプラズマ処理システム１０の前述された構成要素を制御するために活用されてよい。さらに、コントローラ７８は該光学系１２の該構成要素を制御できる。例えば、該コントローラ７８は、該ゲートバルブ３２、該透過検出器システム６６及び該分光計６２の１つまたは複数を制御するように構成できる。代わりに、それぞれが例えば該プラズマ処理システム１０または該光学系１２のさまざまな構成部品を制御するように構成されている複数のコントローラ７８を設けることができる。該コントローラ７８の１つの例は、カリフォルニア州グレンデール（Ｇｌｅｎｄａｌｅ，ＣＡ）のＭｉｃｒｏ／ＳＹＳからの埋め込み可能ＰＣコンピュータ形ＰＣ／１０４である。
【００４１】
適切に構成されたとき、該分光計６２は、ソフトウェアまたはメモリに記憶されているプログラムを通して該ウィンドウ１３の透過係数を計算できる。ソフトウェアかプログラムも該分光計６２を制御し、光強度率を計算し、その結果をディスプレイに表示することができる。
【００４２】
透過係数はウィンドウ１３を通して透過される光の割合に相当する。透過係数は、該光ファイバケーブル７４によって該分光計６２に伝搬される該基準信号で提供される該光強度で、光ファイバケーブル７２によって分光計６２に伝搬される該透過信号内で提供される該光強度を除算することにより計算できる。結果として、さまざまな波長で評価される該透過係数は、該ウィンドウ１３の汚れを監視するために使用できる。
【００４３】
すべての波長について計算される該透過係数は、該分光計６２のメイン入力（ＳＩＧＮＡＬ  ＩＮ）上でプラズマ放射を修正するために使用できる。これは、所望される波長について求められる該透過係数で、該分光計６２の該ＳＩＧＮＡＬ  ＩＮ入力のすべての取得されたスペクトル強度を除算することにより達成できる。例えば、該ウィンドウ１３が特定の波長で入射光の５０％だけを透過する場合、該透過係数は０．５であると計算できる。０．５という該透過係数を使用すると、該測定された強度は、結果の２倍の大きさの強度を生じるであろう該透過係数で分割できる。該計算された、または生じた強度は「真の」強度、つまりウィンドウ１３を通過する前の該プラズマ放射の該強度に等しくなるであろう。
【００４４】
該分光計６２の該入力チャネル（ＴＲＡＮ  ＩＮ）、（ＳＩＧＮＡＬ  ＩＮ）及び（ＲＥＦ  ＩＮ）は該システム１０の動作中絶えず入力を受けることができるため、すべての取得されたプラズマ放射の該ウィンドウ透過修正はリアルタイムで実行でき、したがってさらに優れた、さらにコスト生産的な（ｃｏｓｔ−ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ）収率を可能にする。
【００４５】
図４は、図１から図３に関して前述される該光学系１２の該動作を示すフローチャートである。例えば、該プラズマプロセスの終点を検出するためにプラズマエッチングなどのプラズマプロセスを監視するときに該光学系１２を使用できる。
【００４６】
１００で、該監視プロセスは、該ゲートバルブ３２を開くことにより始まる。１０２で、ウィンドウ１３を通る該透過が適切であるか、あるいは所望されているかどうかの決定が下される。該決定は、通常、特定の所定の式位置より低い透過係数で示される、該前回測定されたウィンドウ透過係数を検査し、ウィンドウの清掃または交換が必要とされるかどうかを判断することにより下される。該閾値は、該測定された信号が雑音と区別可能であるように選択できる。この選択は、汚染物質または付着物の周波数依存型吸収特性、及び該スペクトル線の強度などの重要な該スペクトル線に依存できる。依存しない場合（Ｉｆ  ｎｏｔ）、該ゲートバルブ３２を閉じ、パージガスをオフにするためのコマンドはそれぞれ１０４、１０６で与えられる。１０８では、該ウィンドウは清掃される、あるいは必要な場合交換される。次に該プロセスが再び１００で開始し、再び、該ウィンドウ１３を通る該透過が適切であるのか、あるいは所望されているのかの決定が１０２で下される。該ウィンドウ１３の清掃及び交換は、ウィンドウ汚れのすべての測定が修正できるために、通常の光学診断ウィンドウでよりはるかに頻繁ではなく必要とされると予想される。
【００４７】
該ウィンドウ１３を通る該透過が適切または所望される場合には、１１０で必要とされるように、プラズマプロセス状態が検出される。１１２で、該システム１０は、前回の測定から十分に長い時間が経過している場合にはウィンドウ１３を通る該透過を測定する。１１４で、該プラズマプロセス状態測定は、該前回測定されたウィンドウ透過状態に基づき、必要に応じて修正される。１１６で、該プラズマプロセスが完了するかどうかの決定が下される。完了しない場合には、該プロセスは１０２に戻り、そこで該ウィンドウ１３を通る該送が適切であるか、あるいは所望されているかどうかの決定が下される。該プロセスが完了すると、該ゲートバルブ３２を閉じるコマンドが１１８で示される。前述されたように、膜付着はゆっくりと進行し、結果として透過測定は毎サイクル中行われる必要はない。言い換えると、該プロセスは、該決定が１０２で下された後で該ゲートバルブを閉じてよい。
【００４８】
プラズマ放射測定は毎秒何回も行われるであろうが、該ウィンドウ測定は通常１０秒または２０秒おきに行われるため、該前回測定されたウィンドウ透過は、該ウィンドウでの膜の付着がゆっくりと進行するために使用される。また、ウィンドウ透過測定をウェハの間で行い、該最後の測定を単一ウェハプロセス全体のためのすべてのプラズマ放射測定を修正するために使用することも可能である。
【００４９】
１２０では、該システムが次のウェハを処理するためにスタンバイにされるべきか、あるいは完全に停止されるべきかどうかの決定が下される。該システムがスタンバイにされるべきである場合は、１２２で図示されるように、追加処置は講じられず、該プロセスは、該プロセスが再び開始される１００に戻る。しかしながら、該システムが完全に停止されるべきである場合は、１２４で適切な処置が講じられる。
【００５０】
図５は、本発明の原理に従った方法を示す。該方法は、プラズマ処理システムと関連して光学系を動作するためである。該プラズマ処理システムは、プラズマがプラズマプロセスの間に生成できるプラズマ処理領域を含むチャンバを有し、該光学系は該プラズマ処理領域に光学的に結合される。
【００５１】
該方法は２００で開始する。２０２では、プラズマ処理システムからの光学放射は、該プラズマ処理領域から、例えば光などの光学放射を受けることができる光学系により設けられるウィンドウを通して検出される。例えば、該プラズマプロセスの終点などのプラズマ処理状態は該光学系を使用して検出されてよい。２０４では、該ウィンドウの汚れが監視される。汚れを監視するために、該光学系の該ウィンドウを通過するための第１の強度を有する光を表す基準信号、及び該光学系の該ウィンドウを通過した後の第２の強度を有する光を表す透過信号が検出される。結果として、光強度比は該第２の強度を該第１の強度で除算することにより求めることができる。該透過係数は該ウィンドウを通って透過される光のパーセンテージに相当し、該測定されたプラズマ放射、したがって２０５での該プラズマ処理状態を修正するために使用される。この修正されたプラズマ処理状態は、さらに、例えばいったんプロセス終点に達すると該プロセスを停止するなど、ツール制御システム処置として使用される。該監視は、原位置で、つまりリアルタイムで実行できる。２０６で該方法は終了する。
【００５２】
該方法は、例えば該光学系にパージガスを供給する、あるいはリアルタイムで該ウィンドウ状態を監視するなどの追加行為、動作または手順を備えてよい。
【００５３】
本発明に従って前述された該プラズマ処理システム及び方法は、プラズマ状態をリアルタイムで監視するために有利に使用されてよい。該プラズマ処理システム及び方法は、収率損失、及び不必要なダウンタイムを生じさせるプラズマ処理状態データの該質を悪化させることがあるコーティング及び曇り（汚れ）、及び該ウィンドウを早期に清掃または交換した結果生じるスペアパーツ費用を被るウィンドウのリアルタイム監視を実現する。
【００５４】
本発明は好適実施形態に関して特に図示、説明されてきたが、形式及び詳細における多様な変更が、本発明の精神及び範囲から逸脱することなくそこで行われてよいことが当業者によって理解されるであろう。
【００５５】
例えば、該プラズマ処理システム１０の代替構成が可能であり、該システム１０の応用例はプラズマ放射分光法だけに限定されていない。
【００５６】
図６は、光学系１２の代替実施形態である光学系３１２を示している。描かれているように、該光学系は該取り付け部分３４及び信号収集部分３３６を含む。この実施形態では、該透過入力レンズ４６は該取り付け部分３４に取り付けられ、該透過出力レンズ５０は該信号収集部分に取り付けられるが、図２に関して前述されたのと同じように動作する。
【００５７】
該ウィンドウ３１３は、該信号収集部分３３６内の流量リストリクタ素子３５８の端面に密封結合され、このようにして図２に図示される該光学系１２の該空き領域４２を排除する。パージガス入口３５６は、該光信号通路が該透過入力レンズ４６、該透過出力レンズ５０、及び該信号収集レンズ５４からであるように、該流量制限器ダクト４０の中に出るように経路を定められる。該光学系３１２は、該チャンバ１４に連結されるより小さな真空体積のために真空ポンプダウンタイムを短縮でき、該測定された信号（複数の場合がある）を劣化することがあるさらに少ない散在する反射に対処する。該光学系３１２は該プラズマ放射光ビームＡに垂直に取り付けられ、（該透過入力レンズ４６と該透過出力レンズ５０の間の）該透過測定ビームは該ウィンドウ３１３をとおる斜めの入射角で通過する。
【００５８】
該流量制限器３５８は、該取り付け部分３４と一体形成することができ、該流量制限器ダクト４０は、例えば該流量制限器ダクト４０を機械加工することによって該取り付け部分３４の中に形成できる。
【００５９】
図２に図示されている該光学系１２または図６に図示されている光学系３１２のどちらかでは、該取り付け部分３４が選択された長さとなり、該流量制限器ダクト４０の選択された直径を形成するように製造できる。該流量制限器ダクト４０の該選択された長さ及び該選択された直径の比は該それぞれの光学系、例えば、該光学系内の該ウィンドウの汚れを低減するために選択できる。該流量制限器ダクト４０の該長さ対直径の比を選択することに加えてまたはこの代替例では、該それぞれの光学系の汚れを低減するために、磁場制御式システム、電場制御式システム、または温度制御式システムが該流量制限器ダクト４０に対して動作可能なように設けられてよい。このような代替実施形態は、前述されたＬｕｄｖｉｋｓｓｏｎらの米国仮特許出願、弁理士参考文献ＰＣ０２２１Ａ及び事件表２９１７３９に開示されている。
【００６０】
図７は、該チャンバ１４の外部壁上に取り付けられている３つの光学系４０２、４０４、４０６を組み込んだレーザ誘起プラズマ診断のためのシステム４００を示している。例えば光学系４０２、４０４などの２つの光学系がレーザ４０８からの該レーザビームを該チャンバ１４により形成される該プロセス処理領域１６の中に、及び中から、該レーザビームが吸収されるビームダンプ４１０（Ｂｅａｍ  Ｄｕｍｐ）の上に通すために使用できる。該レーザプラズマ放射は、（線Ｂにより図示されている）このビーム経路に沿って該プロセス処理領域１６全体でプラズマを励起し、ビームＢに関して横断方向に取り付けられた、例えば光学系４０６などの追加光学系が（線Ｃにより図示されている）該レーザ励起プラズマ放射を獲得するために使用される。該光学系４０６は、図２の中の光学系１２または図６の光学系３１２のように構成できる。すなわち、光学系４０６は、プラズマ放射が検出装置及びウィンドウを通る透過品質を監視するためのシステムに達するために通過するウィンドウを含む。該光学系４０６からの該信号は、使用されているレーザ誘起診断（例えば、レイリー散乱またはラマン散乱、あるいはレーザ誘起蛍光）の種類に応じて、分光計、光電子増倍管、ＣＣＤ等であってよい光学診断システム４１２の中に送り込まれる。
【００６１】
該レーザ診断により必要とされる場合、例えば、２つのレーザビームが該チャンバを横切って向けられ、５つの光学系を必要とする該チャンバ１４内の１つのポートを通して放射が監視されるコヒーレントな反ストークスラマン散乱においてのようにさらに多くのポートを使用できる。該光学系４０２、４０４、４０６は、例えば該光学系４０２、４０４、４０６のそれぞれのウィンドウを通過したビームに応じて異なるウィンドウサイズまたなウィンドウ材料を有する場合がある。
【００６２】
このようにして、前記実施形態は、本発明の機能上及び構造上の原理を図解する目的で図示され、説明され、このような原理から逸脱することなく変更されることがある。したがって、本発明は以下の請求項の精神及び範囲内に包含されるすべての変型を含む。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】光学系の信号収集部分の中に取り付けられるウィンドウを含む該光学系と連通するプラズマ処理チャンバを示す、本発明に従ったプラズマ処理システムの実施形態の断面である。
【図２】図１に示されている該信号収集部分の断面である。
【図３】分光計などの光デバイスと連通する図２に図示される該光学系の概略図である。
【図４】光学系の動作のフローチャートである。
【図５】本発明の原理に従ってプラズマ処理システムと連通する光学系を動作する方法を示すフローチャートである。
【図６】該信号収集部分の代替実施形態を示す。
【図７】該光学系の代替実施形態を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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