(57)【要約】【課題】プロセス監視用の高ダイナミック・レンジ測定システムを提供する。【解決手段】フラッシュランプ制御システムが、高圧電源に静的電気的に接続されたコンデンサを伴って提供され、静的コンデンサの充電電流及び／又は放電電流を監視するために、電流検知構成要素が静的コンデンサ及びデジタル制御電子回路に電気的に接続される。動的切替可能コンデンサも、高圧電源及びデジタル制御電子回路に電気的に接続して、監視される充電電流及び／又は放電電流に基づいてそれを高圧電源から分離することができる。エア・ギャップ、拡散均質化要素、結像要素、非結像要素、又はライト・パイプ均質化要素から構成される均質化要素を、フラッシュランプに近接した多チャネル分配器などの光路内に配設して、光信号の変動係数を時間的又は／およびスペクトル的に減少させることができる。【選択図】図７
2016208015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧電源と、
前記高圧電源のデューティ・サイクル、周波数、及びパルス幅を制御するためのデジタル制御電子回路と、
前記高圧電源に電気的に接続された、少なくとも１つの動的切替可能コンデンサと、
前記少なくとも１つの動的切替可能コンデンサ及び前記デジタル制御電子回路に電気的に接続された分離スイッチであって、前記デジタル制御電子回路が、前記動的切替可能コンデンサの非充電状態を特定し、切替信号を前記分離スイッチに送出して、前記分離スイッチを電気的に切り替え、それにより前記動的切替可能コンデンサの前記非充電状態中に前記動的切替可能コンデンサを分離する、分離スイッチと、
前記少なくとも１つの動的切替可能コンデンサの充電電流及び放電電流のうち少なくとも１つを監視するために、前記少なくとも１つの動的切替可能コンデンサに電気的に接続された、電流検知構成要素であって、前記少なくとも１つの動的切替可能コンデンサの前記監視される充電電流及び放電電流のうち少なくとも１つによるフィードバック制御信号を返すために、前記デジタル制御電子回路にさらに電気的に接続された、電流検知構成要素と、
前記デジタル制御電子回路によって制御されるトリガ要素と、
光信号を供給するために前記高圧電源に電気的に接続された、フラッシュランプ・バルブと
を備える、高ダイナミック・レンジ且つ低雑音のフラッシュランプ制御システム。
【請求項２】
前記デジタル制御電子回路が、前記フラッシュランプ・バルブの再充電速度、エネルギー・レベル設定、及びマルチ・パルス化を制御する、請求項１に記載のフラッシュランプ制御システム。
【請求項３】
フラッシュランプ・バルブのトリガ要素を制御するための発光信号を提供するように構成された、トリガ・インターフェースと、
前記発光信号を生成し、前記フラッシュランプ・バルブのマルチ・パルス化を制御するように構成された、デジタル電子回路と
を備える、デジタル・フラッシュランプ・コントローラ。
【請求項４】
前記デジタル電子回路がさらに、前記フラッシュランプ・バルブの再充電速度及びエネルギー・レベル設定を制御するように構成される、請求項３に記載のデジタル・フラッシュランプ・コントローラ。
【請求項５】
前記デジタル電子回路がさらに、前記フラッシュランプ・バルブの高圧電源のデューティ・サイクル、駆動周波数、及びパルス幅を制御するように構成される、請求項３に記載のデジタル・フラッシュランプ・コントローラ。
【請求項６】
前記デジタル電子回路が、前記フラッシュランプ・バルブと並列に結合された少なくとも１つのコンデンサの分離スイッチを制御するように構成される、請求項３に記載のデジタル・フラッシュランプ・コントローラ。
【請求項７】
前記フラッシュランプ・バルブの電源及び前記フラッシュランプ・バルブに電気的に結合されたコンデンサの充電電流、又は放電電流に対応するフィードバック制御信号を受領するように構成された、検知インターフェースをさらに備える、請求項３に記載のデジタル・フラッシュランプ・コントローラ。
【請求項８】
前記デジタル電子回路が、前記フィードバック信号に基づいて、前記電源の駆動周波数、パルス幅、及びデューティ・サイクルを決定するように構成される、請求項７に記載のデジタル・フラッシュランプ・コントローラ。
【請求項９】
前記デジタル電子回路がさらに、前記フラッシュランプ・バルブの放電不良を特定するように構成される、請求項３に記載のデジタル・フラッシュランプ・コントローラ。
【請求項１０】
前記デジタル電子回路がさらに、前記フラッシュランプ・バルブの動作を能動的に監視するように構成される、請求項３に記載のデジタル・フラッシュランプ・コントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学測定システム及び使用方法に関する。より詳細には、本発明は、フラッシュランプ・ベースの光学測定システムにおいて変動源を減少させ、測定能力のダイナミック・レンジを拡大するように構成された、光学測定システムを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
光学測定システムは、半導体処理産業などのさまざまな産業において、ウェーハの部分変更及びプロセス制御を実時間監視するために用いられる。光学測定システムは、半導体処理ツールと統合することができ、実時間プロセス制御の場合に本来の場所で利用することもでき、或いはラン・ツー・ラン（run-to-run）・フィードバック制御の場合にイン・ラインで利用することもできる。典型的には、監視されるプロセスには、膜厚に関する半導体のエッチング・プロセス、堆積プロセス、注入プロセス、及び化学機械平坦化プロセス、並びにプラズマ監視用途が含まれる。
【０００３】
特に半導体処理産業では、ますます変化に富む材料層及びフィーチャ・サイズ（features sizes:より薄い／より厚い層、高アスペクト比のフィーチャ、極小のフィーチャ、混合サイズのフィーチャ、反射率／吸収率が高度に可変な材料、及び層数の多い積層体）の使用により、必要なレベルの測定の正確度及び精度を達成することが困難になってきている。半導体自体のますます増大する複雑さに加えて、高度に統合されたシングル・チャンバ・マルチ・ステップ・プロセス、並びに処理ツールの機械的パラメータ（例えば開口及び作動距離）の動的な変化が、測定の正確度及び精度に悪影響を及ぼす光信号レベルの変動を引き起こす。
【０００４】
図１は、典型的な従来技術の光学測定システム１００の絵画的概略図を示す。光学測定システム１００は、光分析デバイス１１０、光源１２０、光学アセンブリ１３０、光ファイバ・アセンブリ１４０、コンピュータ１５０、及びウェーハ１６０を含む。光分析デバイス１１０は、一般に、分光写真器、分光計、モノクロメータ、又は波長弁別を行う他の光分析デバイスである。光源１２０は、広帯域連続放出源（例えばタングステン・ハロゲン・ランプ又は重水素ランプ）と、キセノン・フラッシュランプなどの広帯域パルス放出源のどちらかである。任意選択で、レーザ及び／又は発光ダイオードなどの狭帯域連続放出源又は狭帯域パルス放出源が使用される。光学アセンブリ１３０は、光源１２０から放出された１つ又は複数の波長の光を、典型的にはシリコン半導体ウェーハ、サファイア基板、又は他のワークピースであるウェーハ１６０上に誘導するように設計される。光学アセンブリ１３０は、一般に、光源１２０からの光をウェーハ１６０上に合焦させ、又は平行（コリメート）にしてウェーハ１６０上に至らせるように働く。光ファイバ・アセンブリ１４０は、一般に、光源１２０からの光を光学アセンブリ１３０を経由してウェーハ１６０に誘導し、その後、ウェーハ１６０からの反射後すぐに収集された光を、光学アセンブリ１３０を経由して光分析デバイス１１０に誘導する、二股光ファイバ・アセンブリである。コンピュータ１５０は、光分析デバイス１１０及び光源１２０を制御するのに使用され、光分析デバイス１１０によって収集されたデータを分析するのにも使用される。コンピュータ１５０は、半導体処理ツール（図示せず）などの外部システムを制御するための信号を提供することもできる。
【０００５】
半導体産業において、干渉終点検出（ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ  ｅｎｄｐｏｉｎｔｉｎｇ）の形をとるリフレクトメトリ（ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）が、半導体処理ツール内でのウェーハ・プロセスの状態を、処理ツール内で部分変更中のウェーハから反射された光信号を用いることによって監視するために、広く使用されている。干渉終点検出技法は、特定の応用分野及びプロセスによってさまざまでよいが、典型的には、１つ又は複数の所定の波長において光放出強度が監視される。プロセスに応じて、さまざまなアルゴリズムを用いて、半導体プロセス及び製造中のウェーハの状態の調査、プロセス、処理ツール、又は他の装置に関連する欠陥の検出に有用な、多くの場合ウェーハのさまざまな層又はフィーチャの厚さと関係のある傾向パラメータを、光強度から得ることができる。一般に「終点検出（ｅｎｄｐｏｉｎｔｉｎｇ）」という名称が付けられ、これまでのところプロセスの終わりを検出することを意味しているが、干渉終点検出は、プロセス・サイクルの全ての時間にわたる監視及び測定を含むまでに進化してきている。
【０００６】
処理ツール内でのウェーハの状態を監視及び検査することに特に関連して、図２は、干渉終点検出を用いて、プラズマ処理ツール内のワークピースの状態を監視及び／又は制御するための、典型的な従来技術のプロセス２００を示す。本方法は、便宜上大幅に簡略化されている。特定のプロセス及び実施の詳細は、参照により本明細書に包含する米国特許出願第２０１３００１６３４３号を精査することにより得られる。プロセス２００は、典型的には、光を対象のワークピース上に誘導することにより開始する（ステップ２１０）。次いで、ワークピース上に誘導された光が、そのワークピースから反射され（ステップ２２０）、その後検出される（ステップ２３０）。検出には一般に、電気信号への変換が伴い、信号は、典型的には増幅され、次いでデジタル化され、シグナル・プロセッサに渡されて、分析される（ステップ２４０）。シグナル・プロセッサは、特定の生産プロセス及び監視中のワークピースの特性に特化した、１つ又は複数のアルゴリズムを用いる。特定のプロセスに適したアルゴリズム並びにパラメータ値を選択することが、有効な結果を達成するために肝要である。あまり特定的にならずに言うと、アルゴリズムは、強度信号を分析して、プロセスの状態と関係があり、その状態、例えば終点検出、エッチ深さ、膜厚、欠陥、プラズマ不安定性などにアクセスするのに使用することのできる傾向パラメータを求める（ステップ２５０）。外部制御システム及び／又は技術者が使用するために、結果が出力され（ステップ２６０）、次いで、プラズマ処理ツール内で行われる生産プロセスの監視及び／又は修正に使用される（ステップ２７０）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願第２０１３００１６３４３号
【特許文献２】米国特許第３７８０３４４号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、半導体処理ツール内の光学測定システム用の、高ダイナミック・レンジ且つ低雑音のフラッシュランプ制御システムを対象とする。典型的には、フラッシュランプ制御システムは、フラッシュランプ・バルブに接続された高圧電源を備える。本発明は、高圧電源に電気的に接続された少なくとも１つのコンデンサ、並びに高圧電源のデューティ・サイクル及びパルス幅を制御するためのデジタル制御電子回路も備える。少なくとも１つのコンデンサは、単一のコンデンサとして構成してもよく、所定の静電容量を生み出すように直列に、並列に、又はその両方で接続する複数のコンデンサとして構成してもよい。さらに、少なくとも１つのコンデンサは、高圧電源に静的に電気的に接続することができ、少なくとも１つの動的切替可能コンデンサも、前記高圧電源に電気的に接続することができる。動的切替可能コンデンサも、単一のコンデンサとして構成してもよく、所定の静電容量を生み出すように直列に、並列に、又はその両方で接続する複数のコンデンサとして構成してもよい。本発明は、高圧電源のデューティ・サイクル及びパルス幅を制御するためのデジタル制御電子回路も備える。
【０００９】
さらに、電流検知構成要素は、少なくとも１つのコンデンサの充電電流及び放電電流の一方又は両方を監視するために、少なくとも１つのコンデンサに電気的に接続することができ、デジタル制御電子回路にも接続される。少なくとも１つの動的切替可能コンデンサに電気的に接続された分離スイッチも含めることができる。機能的には、デジタル制御電子回路が、少なくとも１つのコンデンサの充電電流及び放電電流の一方又は両方を監視して、動的切替可能コンデンサの最適な分離状態を求め、次いで、必要に応じて、分離状態信号を分離スイッチに伝達して、少なくとも１つの動的切替可能コンデンサの低電圧側を高圧電源から電気的に分離する。
【００１０】
さらに、フラッシュランプ・バルブに近接した光路内に均質化要素を配設して、光信号を、光信号の変動係数を時間的若しくはスペクトル的に、又はその両方で減少させることによって、修正することができる。均質化要素は、所定のエア・ギャップ、１つ若しくは複数の拡散均質化要素、１つ若しくは複数の結像（imaging）要素、１つ若しくは複数の非結像(non-imaging)要素、又はライト・パイプ均質化要素から構成することができる。最適には、前記修正された光信号の変動係数が０．２５％以下である。均質化要素は、フラッシュランプ・バルブと複数の光ファイバとの間の多チャネル分配器内に配設することができる。
【００１１】
最後に、フラッシュランプ制御システムによって生み出されるスペクトル信号のダイナミック・レンジを、スペクトル・マスク及びスペクトル・スプライサ（ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｓｐｌｉｃｅｒ）を追加することにより、大幅にさらに増大させることができる。第１の所定のフラッシュ乗数又はエネルギーにおいて、第１のスペクトルを取得する。このスペクトルは、ある波長範囲内ではあるが、読出すには低すぎる（高ＳＮＲの）値を有している場合がある。しかし、フラッシュ乗数又はエネルギーを増大させると、他の波長が飽和し、それらの波長が読取り不可になる。この場合、（通常はより高い）第２の所定のフラッシュ乗数又はエネルギーにおいて、その波長範囲が信号雑音に比べて高められた第２のスペクトルを取得する。次いで、その波長範囲の他は全てマスクするようにスペクトル・マスクをかけ、第１のスペクトルを第２のスペクトルに継ぎ合わせると、読取り可能な波長の完全スペクトルがもたらされる。
【００１２】
本発明の特徴と考えられる新規な特徴が、添付の特許請求の範囲に記載されている。しかし、本発明自体、並びに本発明の好ましい使用モード、更なる目的、及び利点は、例示的実施例についての以下の詳細な説明を添付の図面と併せ読めば、最も良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来技術の光学測定システムの絵画的概略図である。
【図２】干渉終点検出を用いて、処理ツール内のウェーハの状態を監視及び／又は制御するための、典型的な従来技術のプロセスを示す図である。
【図３Ａ】本発明の一例示的実施例による、薄膜の反射率の測定に固有の課題を表すプロットである。
【図３Ｂ】本発明の一例示的実施例による、高精度半導体プロセスに所望の、対処可能な反射率検出の差を表すプロットである。
【図４】本発明の一例示的実施例による光学測定システムを含む、半導体処理ツールの絵画的概略図である。
【図５Ａ】本発明の一例示的実施例による、光学測定システム用に構成可能な、フラッシュランプとインターフェースする改良型光学アセンブリの例示的構造の断面図である。
【図５Ｂ】本発明の一例示的実施例による、光学測定システム用に構成可能な、フラッシュランプとインターフェースする改良型光学アセンブリの例示的構造の断面図である。
【図５Ｃ】本発明の一例示的実施例による、光学測定システム用に構成可能な、フラッシュランプとインターフェースする改良型光学アセンブリの例示的構造の断面図である。
【図６Ａ】従来技術の光学測定システムと本発明の一例示的実施例によるフラッシュランプ及び光学アセンブリの性能を比較した１組のプロットのうちの１つである。
【図６Ｂ】従来技術の光学測定システムと本発明の一例示的実施例によるフラッシュランプ及び光学アセンブリの性能を比較した１組のプロットのうちの１つである。
【図６Ｃ】従来技術の光学測定システムと本発明の一例示的実施例によるフラッシュランプ及び光学アセンブリの性能を比較した１組のプロットのうちの１つである。
【図７】本発明の一例示的実施例による、光学測定システム用に構成可能な改良型フラッシュランプ制御システムの、簡略化した電気回路図である。
【図８Ａ】従来技術の光学測定システムと、本発明の一例示的実施例に従って修正したフラッシュランプを組み込んだ光学測定システムの性能を比較したプロットである。
【図８Ｂ】従来技術の光学測定システムと、本発明の一例示的実施例に従って修正したフラッシュランプを組み込んだ光学測定システムの性能を比較したプロットである。
【図９Ａ】本発明の一例示的実施例による、図７のフラッシュランプ制御システムを組み込んだ光学測定システムの機能によってもたらされる高ダイナミック・レンジ複合信号を構築する様子を詳細に示すプロットである。
【図９Ｂ】本発明の一例示的実施例による、図７のフラッシュランプ制御システムを組み込んだ光学測定システムの機能によってもたらされる高ダイナミック・レンジ複合信号を構築する様子を詳細に示すプロットである。
【図９Ｃ】本発明の一例示的実施例による、図７のフラッシュランプ制御システムを組み込んだ光学測定システムの機能によってもたらされる高ダイナミック・レンジ複合信号を構築する様子を詳細に示すプロットである。
【図９Ｄ】本発明の一例示的実施例による、図７のフラッシュランプ制御システムを組み込んだ光学測定システムの機能によってもたらされる高ダイナミック・レンジ複合信号を構築する様子を詳細に示すプロットである。
【図９Ｅ】本発明の一例示的実施例による、図７のフラッシュランプ制御システムを組み込んだ光学測定システムの機能によってもたらされる高ダイナミック・レンジ複合信号を構築する様子を詳細に示すプロットである。
【図１０】本発明の一例示的実施例による、光学測定システム用に構成可能なスペクトル平坦化フィルタを追加したことによる性能のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の説明では、本明細書の一部を成す添付の図面を参照されたい。図面には、本発明を実施することのできる特定の実施例が、例として示されている。これらの実施例は、本発明を当業者が実施できるようにするのに十分なほど詳細に記載してあるが、他の実施例を利用できることを理解されたい。本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、構造、手順、及びシステムの変更を加えることができることも理解されたい。したがって、以下の説明は、限定的な意味に解釈すべきではない。説明を分かり易くするために、添付の図面に示す同様の特徴は、同様の参照番号を用いて示してあり、図面の代替実施例において示す類似の特徴は、類似の参照番号を用いて示してある。本発明の他の特徴が、添付の図面から、又以下の詳細な説明から、明らかとなるであろう。図を分かり易くするために、図面内の特定の要素は、一定の比率で描かれていない場合があることに留意されたい。
【００１５】
光学測定システム１００などの従来技術のシステムは、複数の、本明細書で述べる変動及び制限を受け、それゆえ高繰返し性且つ高正確度の光学測定に対する適性が限られており、そのことが、現在の最高水準技術の本来の場所用及び／又はインライン用途向けに従来技術のシステムが機能するのを制限している。従来技術のシステムの欠点を克服するために、本発明は一般に、限られたダイナミック・レンジ及び多様な信号減衰の悪影響を補償し、且つ他のシステム・ドリフト及び変動を補償する、光学測定のためのシステム及び方法を含む。より具体的には、本発明は、（１）光学測定システムのダイナミック・レンジを増大させること、（２）より良好な光学測定の分解能及び正確度が得られるように、光学測定システムの安定性を改善すること、並びに（３）先のこれらの態様を多チャネル方式で提供することに取り組む。本発明の他の利点については、以下に実施例に関連して記載する。
【００１６】
従来技術の光学測定システムの調整性は一般に、フラッシュランプ・コンデンサへの手動による変更、プログラム可能なフラッシュランプ電圧制御、及び／又は設定可能な分光計積分時間を含む、限られた１組の動作パラメータに基づいている。こうした従来技術のシステム及びその限定的な動作パラメータは、監視されるプロセスの複雑さが、最高水準技術の半導体処理装置及び組み込まれるプロセスの必要性に促進されて増大するとき、不十分となる。さらに、図２に関連して上で論じた一般的な方法は、多くの異なるプロセスの監視／検査に有用であるが、プロセスのますます増大する精度、正確度、及び変動により、ダイナミック・レンジ及び雑音低減が絶えず増大し続けることが要求され、それにより、光学測定システム及びプロセスに、更なる複雑さ及び要件が加わる。
【００１７】
図３Ａ及び３Ｂはそれぞれ、薄膜の反射率、及び半導体プロセスの高精度の監視に求められる反射率検出の差を表す、１組のプロット３００及び３５０を示す。結晶シリコン基板上に堆積させたブランケット二酸化シリコン膜のここでの実例は、多くの場合非常に複雑な多層パターン化膜積層体を簡略化したものであるが、それにもかかわらず、特に一般に使用される「モニタ・ウェハ」を用いた参照及び試験用のジオメトリとしてこれを使用する。プロット３００は、結晶シリコン基板上に堆積させた３００及び３０５オングストロームの厚さのブランケット二酸化シリコン膜に関する、理論的絶対反射率と波長との関係を示す。プロットされているように、反射率は、約３５０ナノメートルの波長付近を除き、基本的に区別できない。注目すべきことには、膜厚のこの差は、結晶シリコンのわずか２層の単分子層に匹敵し、二酸化シリコンの２層の単分子層よりも大きい。これらの非常に薄い膜、並びにそうした膜の、極めて高い正確度及び精度の膜厚特定に対する厳しい要件が、高速プロセッサ内の３ＤのＮＡＮＤメモリやゲート構造などの先進の応用分野に求められている。膜厚に関して求められる制御レベルは、しばしば、１オングストロームのレベルである。このレベルの厚さ測定の精度及び正確度により、これまでのところ、分光偏光解析法の利用が必要とされてきたが、本発明の新規な光学測定システムもまた、このレベルの測定精度と、その結果としてのプロセス制御を可能にする。
【００１８】
プロット３５０は、本発明の光学測定システムから実験的に得られた、プロット３００に表す３００及び３０５オングストロームの厚さの膜に関する差スペクトルを示す。５オングストロームの精度の場合、信号対雑音はおよそ、２００：１を上回らなければならず、１オングストロームの精度の場合、１０００：１を上回らなければならない。３００ナノメートルの波長付近の最大反射率差は、５オングストロームの膜厚差の場合、０．５％未満であり、１オングストロームの膜厚差の場合、０．１％未満である。ここでは、１回の静的測定について示しているが、複数回の測定にわたる、同一ウェーハ上の複数の地点からの、且つ複数の半導体処理ツールにわたる繰返し性が必要であり、その繰返し性が、ダイナミック・レンジ、信号対雑音、チャネル間変動、及び他の要件をさらに厳しくしている。既存の従来技術のフラッシュランプ・ベースの光計測システムに、具体的にはフラッシュランプ自体の実装に固有の制限が、必要な繰返し性、均一性、精度、及び正確度を得る妨げになっている。
【００１９】
図４は、半導体処理ツールと本発明の光学測定システムとを統合したものの絵画的概略図４００を示す。ここに示すシステムを図１に示す従来システムと対比させると、動的ツール条件、多点測定均一性、マルチ・フィルム・シングル・チャンバ・プロセスなどに対処するという、干渉終点検出の革新についての議論及びその革新の動機付けを可能にすることができる。決定的に重要なことに、従来技術の光学測定システムは、典型的には、単一の測定チャネルを実装していることに留意されたい。同様に、関連する処理ツールは、一般に、単一のプロセス・ステップしか成し遂げない。より大型のウェーハ向けに処理ツールの柔軟性及びプロセス方法が進歩したことにより、増大した動作パラメータに対応するために、光計測システムにおける更なる設定変更可能性が現在求められている。例えば、処理ツールは、ギャップ（プラズマ空間）を変更することができ、複数の測定位置が、処理ツールの変更によって引き起こされる機械的及び／又は熱的変動による影響を受けるおそれがある。さらに、一般的な従来技術のプロセス停止用の「終点検出」の代わりに、連続的な計測（metrology）が必要となり得る。
【００２０】
システム４００は、主要構成要素、即ち処理チャンバ４１０、分光計４２０、フラッシュランプ４５０、測定制御システム４６０、及びツール制御システム４７０を含む。処理チャンバ４１０は、ウェーハ４１２をプラズマ・ボリューム４１４に封じ込める。フラッシュランプ４５０は、（点線で示す）１本又は複数本のファイバ４５２に光を供給し、ファイバ４５２は光を、光ビーム４５７及びウェーハ４１２の表面上の測定スポット・サイズを画定するのに使用される、光学系(optics)４５５へと案内する。ウェーハ・サイズが２００ｍｍから３００ｍｍに増大し、まもなく４５０ｍｍに達するにつれて、監視されるプロセスの不均一性のキャラクタライゼーションをするために、測定用のより多くの位置が必要となる。これにより、測定位置にわたる均一性を確実なものにするために、さまざまな光信号レベルに対する同時制御が必要となる。適切な信号対雑音が得られるように、全ての光信号レベルを精度良く制御し、その結果としてのキャラクタライゼーション、例えば膜厚特定の、所望の正確度及び精度を可能にしなければならない。 
【００２１】
光信号は、ウェーハ４１２から反射するとすぐに、波長弁別し、且つ電気信号及び／又はデジタル信号に変換するために、（実線で示す）信号光ファイバ４５９を経由して分光計４２０に送出される。分光計４２０は、例えば、波長弁別用の回折格子、及び光信号の収集用のＣＣＤ又はＣＭＯＳ光センサを含むことができる。ファイバ４５９は、ウェーハ４１２のさまざまな位置にアクセスできるように、長さ及び構造がさまざまであってよく、各信号を調整し、且つ長さ、処理ツールの影響、又は他の要因による全体的な信号レベルの差を吸収するために、減衰器を含むことができる。分光計４２０は、相互接続４２２を経由して、コマンド及び他の情報をフラッシュランプ４５０に送信し、且つフラッシュランプ４５０から受信することができる。こうしたコマンドには、本明細書で論じるように、ランプ電力レベル、フラッシュ・レート、エラー、マルチ・パルス化設定などが含まれてよい。分光計４２０は、一般に産業用ＰＣである測定制御システム４６０とも、イーサネット（登録商標）、ＵＳＢ、イーサキャット(EtherCAT:登録商標) 、又は他のシステム及びプロトコルを使用することのできる通信リンク４２５を経由して通信することができる。或いは、測定制御システム４６０を分光計４２０に、統合アセンブリとして組み込むこともできる。分光計及び／又は測定制御システム４６０は、リンク４６５を経由して、ツール制御システム４７０と通信することができ、ツール制御システム４７０自体は、リンク４７２を経由して、処理チャンバ４１０並びに処理ツール及び半導体製造設備の他の要素（図示せず）と通信する、または／および、それらを制御する。
【００２２】
フラッシュランプは、そのパルス動作、輝度、制御性、及びコストにより、光学測定システムの有利な構成要素である。しかし、フラッシュランプは、時間的変動及びスペクトル変動の重大な発生源となるおそれがある。本発明の一態様は、均質化を高め、ショット間の時間的変動及びスペクトル変動を低減し、且つ多点測定システムのチャネル間均一性を改善することによって、フラッシュランプに固有のそれらの変動に対処して、フラッシュランプの有用性を拡大することである。図５Ａ、５Ｂ、及び５Ｃは、図４に関連して記載したような光学測定システム及びフラッシュランプ４５０用に構成可能な、フラッシュランプとインターフェースする改良型光学アセンブリの例示的構造の１組の３つの断面図である。多点測定システムでは、再度図４を参照すると、フラッシュランプの光出力を、適切な多チャネル分配器上にマッピングすることができる。図５Ａ、５Ｂ、及び５Ｃでは、多チャネル分配器５１０が、フラッシュランプ・バルブ５２０によってもたらされる光信号を１×Ｎ個に分配し、又図４のファイバ４５２などの光ファイバに対するファイバ接続部を組み込んでいる。図５Ａ、５Ｂ、及び５Ｃは、特定のフラッシュランプ・バルブ５２０、並びに７本のファイバ及びＳＭＡ接続を含む多チャネル分配器５１０を示しているが、より多数又はより少数のファイバが可能であること、並びにさまざまなフラッシュランプ・バルブ及びファイバ接続部を利用できることを理解されたい。
【００２３】
これまでのところ、最も高い信号結合を得るために、分配器５１０の共通端部が、フラッシュランプ・バルブ５２０の面のできるだけ近くに配置されている。これにより、最も高い全体的な信号結合効率をもたらすことができるが、ファイバ・バンドル５１５とランプ・アーク５１８の相対的なサイズが、角度不整合及び幾何形状サイズの不整合による高いチャネル間不均一性（図６Ａのシステム構成＃１及び＃２を参照されたい）の一因となることがある。例えば、バンドル５１５内に示すような六方最密アレイになるように設計された４００ミクロン・コア・ファイバは、約１．３５ｍｍの直径を有するが、ランプ・アーク５１８の空間広がりは、約１×２ｍｍの平頂矩形ガウス分布である。さらに、フラッシュランプ・バルブの角度放出プロファイルと、バンドル５１５の個々のファイバの開口数が、しばしば適合しない。分配器５１０とランプ５２０との間の距離Ｄ１を選択的に変えることによって、部分的最適化を達成することができる。この部分的最適化は、信号レベルの犠牲の上に成り立っている。信号レベルは、ランプ出力を上げることによって調整することができるが、それは、ランプの短寿命化を促進し、結局のところ望ましくない。距離Ｄ１を、約０．０ｃｍ（０．０インチ）〜約１．３ｃｍ（０．５インチ）の範囲内、より好ましくは約０．５ｃｍ（０．２インチ）〜約０．８ｃｍ（０．３インチ）の範囲に設定すると、均質化及びチャネル間不均一性の改善を達成できることが、実験により示されている。
【００２４】
図５Ｂは、第１のタイプの均質化要素５３０を含めた様子を示す。具体的には、要素５３０は、例えば、片面若しくは両面すりガラス拡散板、フライ・アイ・レンズ・アセンブリ、ホログラフィック拡散板、マイクロレンズ・アレイ、又はボリューム・ホモジナイザ（ｖｏｌｕｍｅ  ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ）を含む他の結像若しくは非結像ホモジナイザとすることができる。均質化要素５３０も、信号レベルを犠牲にした部分的均質化を行う。というのも、多量の光が散乱する可能性があり、要素５３０が適切に機能できるようにするために、かなりの距離が必要となる可能性があるためである。Ｔｈｏｒｌａｂｓ  ｏｆ  Ｎｅｗｔｏｎ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ製などのすりガラス拡散板の場合、ギャップ５３５及び５３８を、約０．０ｃｍ（０．０インチ）〜約１．３ｃｍ（０．５インチ）の範囲内、より好ましくはそれぞれ、ギャップ５３５については約０．５ｃｍ（０．２インチ）〜約０．８ｃｍ（０．３インチ）の範囲に、ギャップ５３８については０．０ｃｍ（０．０インチ）に設定すると、均質化及びチャネル間不均一性の改善を達成できることが、実験により示されている。均質化要素及び適切なギャップの利用は、過度の光が利用でき（というのも、最良の性能を得るにはランプを中程度の電力レベルで動作させることが有利なため）、したがって効率が決定的に重要ではあり得ない場合に、容易に適用可能となり得る。
【００２５】
図５Ｃは、第２の類の均質化要素である、分配器５１０とバルブ５２０との間に組み込んだライト・パイプ５４０を示す。ライト・パイプ５４０は、均質化要素５３０とは、又はギャップＤ１を含めるのとは異なるように機能し、信号レベルをほとんど損失せずに均質化を行う。ライト・パイプ５４０を適切に機能させるために、ギャップ５４５及び５４８を注意深く制御しなければならず、適切にライト・パイプ５４０を埋め、均質化した信号を分配器５１０上に交差させるために、バルブ５２０、ライト・パイプ５４０、及び分配器５１０の同軸整合を維持しなければならない。特定の一実施例では、Ｅｄｍｕｎｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ｏｆ  Ｂａｒｒｉｎｇｔｏｎ，ＮＪ製などの２ｍｍの石英ガラス・ライト・パイプの場合、ギャップ５４５及び５４８を、約０．０ｃｍ（０．０インチ）〜約１．３ｃｍ（０．５インチ）の範囲内、より好ましくはそれぞれ、ギャップ５４５については約０．１３ｃｍ（０．０５インチ）〜約０．６４ｃｍ（０．２５インチ）の範囲に、ギャップ５４８については０．０ｃｍ（０．０インチ）に設定すると、均質化及びチャネル間不均一性の改善を達成することができる。先に図５Ａ〜５Ｃに関連して論じた均質化の各方法は、均質化の改善をもたらすが、光損失のバランスを図るように選択的使用条件を考慮しなければならないことに留意されたい。透過光学素子について先に論じたが、反射等価物が存在してよく、それを代わりに使用してよいことを理解されたい。
【００２６】
図６Ａ、６Ｂ、及び６Ｃは、従来技術のシステムと本発明の一例示的実施例によるフラッシュランプ及び光学アセンブリの性能を比較した、１組のプロットを示す。光信号均質化は、チャネル間均一性と各個別チャネル内の変動の両方に直接影響を及ぼす。波長依存の光信号が、複素三角関数による反射率測定及び最終的には厚さ測定にかけられるが、反射率測定及び／又は厚さ測定の変動は、光信号の変動に比例するものと推定することができる。これらのプロットを、図５Ａ〜５Ｃに示す、フラッシュランプ・バルブと多チャネル分配器との間に組み込まれたさまざまなタイプの均質化要素を利用することによって可能な改善を示す。具体的には、図６Ａは、チャネル間均一性のプロット６２０を示し、図６Ｂ及び６Ｃは、比較対照あり及びなしの場合の、チャネル内変動係数（「ＣＶ：ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｖａｒｉａｔｉｏｎ」）改善である。図６Ａの箱ひげグラフは、従来技術の均質化されていないインターフェース（構成＃１及び＃２）と、拡散均質化要素（構成＃３及び４）と、均質化ライト・パイプ要素（構成＃５及び＃６）との間で、チャネル間均一性を比較したものである。プロット６２０の値は、１組の７つの個別チャネルからの波長平均した信号より得られる。構成＃３は、拡散均質化要素、及びより高い信号レベルを得るためのより狭いギャップに相当し、結果は、均質化がより乏しく、それゆえチャネル間均一性がより低くなっている。構成＃４は、拡散均質化要素、及び最良の均一性を得るために最適化されたギャップに相当する。構成＃５は、ライト・パイプ均質化要素、及び分配器の付近でわずかに広すぎるギャップに相当し、構成＃６は、ライト・パイプ均質化要素、及び最適化されたギャップに相当する。ライト・パイプ均質化要素がフラッシュランプ・バルブの表面に実質的に接し、且つ分配器から約１直径（約２ｍｍ）のところにあるように、ライト・パイプ均質化要素を配置すべきことが、実験により示されている。ライト・パイプの直径及び位置は、バルブ・アーク・サイズ、分配器内のファイバの本数及び直径などの要因に応じて変わることを理解されたい。
【００２７】
図６Ｂは、従来技術の７チャネル式光学測定システムの、チャネル内性能及びチャネル間性能のプロットを示す。このシステムでは、６つのチャネルを実際の測定に使用し、もう１つのチャネルを、信号ドリフト及び他の影響を緩和する目的で他のチャネルの対照基準とするために使用している。プロット６４０では、７つのチャネルのデータを個別に、変動があるかどうか分析し（最も左の７本のバーで示す）、次いで、比較対照するために、対にして波長毎の除算により分析している（カラムＡ〜Ｇの個々のバーで示す）。提示したＣＶ（変動係数）値は、約３００〜７００ｎｍの波長範囲にわたって平均化されている。個別には、各チャネルの変動は約０．７５％であり、６番目のチャネルがずっと悪く、約１．５％である。光信号の変動の、分解される膜厚の変動との比例関係を考慮すると、約０．１％の変動が求められる、先に論じた必要な１オングストローム分解能での特定に対応するには、０．７５％は不十分であることが分かる。動作の便宜上、分配器からの全ての出力が同等になることが期待されるが、従来技術の場合、これは観察されていない。さらに、チャネル間変動を求める際に（プロット６４０のカラムＡ〜Ｇ）、チャネル間の相関関係が、全ての組合せについて変動が実際に増大してしまうのに十分なほど低いことが観察されており、その結果、比較対照が光信号ドリフトを緩和する助けになり得るものの、光信号変動、したがって厚さ分解能に悪影響が及ぶ。
【００２８】
図６Ｂのデータとは対照的に、最適化されたライト・パイプ均質化要素を含む本発明のシステムの性能についての、プロット６６０に示す図６Ｃのデータは、著しい改善を示す。全てのチャネル内変動が大幅に低減し、対のチャネル間変動も同様に低減し、場合によっては、相関関係が今回は、比較対照により変動の更なる低減及びドリフトの制御が可能になるのに十分なほど高い。
【００２９】
図７は、本発明の一例示的実施例による、光学測定システム用に構成可能なフラッシュランプ制御システム７００の、簡略化した電気回路図である。図７は、フラッシュランプ制御システム７００の動作に必要な一次要素を表す。一般に知られ、使用されている、信号調整構成要素、フィルタ・コンデンサ、ＤＣ−ＤＣ変換器などの二次要素は、一次要素を分かり易くするために表示していない。回路図は、内部及び外部のデジタル電子回路手段によって動的に調整可能な、改良型フラッシュランプ制御システムの必須構成要素を示す。これは、参照により本明細書に包含する米国特許第３７８０３４４号に示されているような、固定の静的な従来技術のシステムとは対照的である。
【００３０】
制御システム７００は、図４の分光計４２０や内部高圧電源７２０などの内部構成要素と外部構成要素の両方にインターフェースする、設定変更可能なデジタル制御電子回路７１０を含む。フラッシュランプ制御システム７００は、任意数の静的コンデンサ７３０（話を簡単にするために１つしか図示せず）、及び任意数の動的電子的切替可能コンデンサ７４０（話を簡単にするために１つしか図示せず）も含むことができる。コンデンサ７３０及び７４０の並列及び直列組合せが可能であることを理解されたい。静的コンデンサ７３０は、電流検知構成要素７３５と直列接続することができ、電流検知構成要素７３５は、このコンデンサの充電及び放電の正常動作又は誤動作を検出して、デジタル制御電子回路７１０を経由して内部システム及び外部システムに、例えば適切又は不適切なランプ放電を指示するフィードバックを供給するために使用することができる。本発明の他の例示的実施例（図７に図示せず）によれば、追加の電流検知構成要素を、任意の追加の静的コンデンサ又は動的電子的切替可能コンデンサと、直列接続することができる。
【００３１】
任意の動的電子的切替可能コンデンサ７４０は、動的コンデンサ７４０の非充電状態中に、分離スイッチ７４５を切り替えることによって、制御システム７００から分離することができる。スイッチ７４５は、例えば、以下に記載するようなものとすることができる。フラッシュランプ・バルブ７５０が、コンデンサ７３０及び７４０と並列構成で接続される。フラッシュランプ・バルブ７５０の発光は、デジタル制御電子回路７１０からの信号が、トリガ・トランジスタ７７０をアクティブにし、それにより、トリガ・コンデンサ７６０が放電して、フラッシュランプ・バルブ７５０が発光することによって開始される。
【００３２】
従来技術の参考文献には、フラッシュバルブをトリガするためのさまざまな異なるスイッチ構成が示されているが、スイッチに対する制御回路は常にアナログである。本発明の例示的実施例によるフラッシュランプ・デジタル制御電子回路を組み込むと、フラッシュランプの性能及び機能性が、５つの決定的に重要な部分において改善する。この組込みにより、（１）コンデンサ再充電時間（システム・サイクル時間）が減少し、（２）フラッシュ間の強度及びスペクトルの安定性が改善し、（３）システムの有用なダイナミック・レンジが拡大し、（４）コンデンサ及びランプ出力の動的な変更が可能になり、（５）ランプ放電不良状況の監視が行われる。デジタル制御電子回路７１０は、アクティブ放電コンデンサの値及び構成が分かっていることにより、コンデンサ７３０及び７４０をシステムの電力制約内でできるだけ急速に充電するのに最適な電源駆動周波数及びデューティ・サイクルを計算する。従来技術では、急速充電時間の典型的な副作用が高圧リップルであり、その結果、フラッシュの強度及びスペクトルの安定性が乏しくなる。デジタル制御電子回路７１０の設定変更可能性により、コンデンサ７３０及び７４０の充電電圧が指定された放電電圧に近づいたときに駆動周波数及びデューティ・サイクルを動的に変更することによって、この副作用が阻止され、高圧リップルが最小限に抑えられる。フラッシュランプ不安定性の原因としての高圧電源リップルを除去するので、この高度な制御方式からの残留高圧リップルの影響は、固有のバルブ不安定性よりもかなり少ない。システムのダイナミック・レンジは、ランプの安定電圧動作範囲（このタイプのランプの場合、典型的には約３００Ｖ〜１ｋＶ）によって限定されるが、デジタル制御電子回路７１０が、ランプをその電圧仕様内に維持しながら、コンデンサを動的に切り替えて、システムの安定動作ダイナミック・レンジを大幅に広げることができる。デジタル制御電子回路７１０は、動作中にシステムの電圧及び電流を能動的に監視するので、バルブ又はシステムの異常動作が生じた場合に、障害通知を出すことができる。
【００３３】
制御システム７００の更なる特徴には、高圧電源７２０の一次側スイッチを、性能及び制御を改善するために、高電力、高電圧の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（「ＭＯＳＦＥＴ：ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ」）デバイスとして構成することが含まれる。さらに、ランプ・トリガ・トランジスタ７７０が、高電流、高電圧のＭＯＳＦＥＴデバイスとして構成される。この特定の実施例は、従来のシリコン制御整流器（「ＳＣＲ：ｓｉｌｉｃｏｎ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ」）ベースの回路に勝るトリガ・パルス制御の改善をもたらす。動的コンデンサ切替えは、高圧ダイオード及びＳＣＲからなる構成に基づくスイッチ７４５によって達成される。スイッチ７４５の独特のトポロジが、ＳＣＲのターン・オン時間による放電電流波形の歪みをなくす。コンデンサは通常（ｎｏｍｉｎａｌｌｙ）、放電の際に低電圧側が切り替えられ、したがって、充電サイクル電流のみが切り替えられて、放電電流波形には影響が及ばない。
【００３４】
デジタル制御電子回路７１０は、ＡｌｔｅｒａやＸｉｌｉｎｘ製などのフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（「ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ−ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ−ｇａｔｅ−ａｒｒａｙ」）、Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ製の「ＰＩＣ」シリーズ・デバイスなどのマイクロコントローラ、又はＡｔｍｅｌ製ＡＲＭシリーズ・デバイスなどの組込みマイクロプロセッサを用いることによって、実装することができる。可能な一実施例では、デジタル制御電子回路７１０が、フラッシュ・ベースのＸｉｌｉｎｘ  ＦＰＧＡ内に実装される。この特定の実装により、ＳＲＡＭベースのデバイスに原因するブート及び初期化の問題／遅延がなくなることによって、更なる利点がもたらされる。デジタル制御電子回路７１０によって提供される設定変更可能性及びフィードバック／制御機能が、アナログ制御システムのこれまでの利用を大いに改善する。
【００３５】
図８Ａは、従来技術のシステムと、本発明の一例示的実施例に従って修正したフラッシュランプの性能を比較したプロット８００を示す。プロット８００は、３つの異なる動作モードにわたるフラッシュランプの動作に関する、波長平均したＣＶ（２００〜８００ｎｍスペクトル域にわたって平均した信号のパーセントとしての変動係数）と、データ間隔との比較を提示している。データは、フラッシュランプ動作の悪影響が最もよく見られる低電力（コンデンサ充電電圧約３５０〜４００Ｖ）での動作について提示してある。曲線８０５は、固定充電速度及び静的高圧電源という条件の従来技術のシステムの性能を示す、参照用の１組のデータである。充電回路の乏しい性能が、全体的に高いＣＶ、及びデータ間隔が増大し、それにより変化が再充電速度と関わっているときの曲線８０５内の無視できない構造を招いていることから、明確に示されている。曲線８０５内の目立った構造は、期待を上回って充電される場合もあれば、期待を下回って充電される場合もあることから各発光間で異なる、コンデンサの充電状態の変動によるものである。これは、約２５及び４５ミリ秒の再充電周期の場合に特に顕著である。曲線８１０は、図７のフラッシュランプ制御システムを実装することで達成される、著しく改善された性能を示す。全体的に、ＣＶが約０．２５％まで、４倍〜６倍改善されている。このことが、本明細書で先に図３に関連して論じた、高い精度及び正確度の測定に求められる極めて低い雑音要件を支える。さらに、曲線８１５は、（デジタル制御電子回路７１０を含む制御システム７００の改良によって可能になる）フラッシュランプのこの場合には２倍のマルチ・パルス化によってもたらされる、更なる性能上の利点を示す。
【００３６】
図８Ｂは、フラッシュランプ制御システム７００のコンデンサ切替え及びマルチ・パルス化という改良によってもたらされる、拡大されたダイナミック・レンジのグラフ８４０を示す。グラフ８４０では、駆動エネルギーの常用対数がコンデンサの構成に対してプロットされている。駆動エネルギーは、ここでは、決定可能な効率因子によって光出力に比例するものとして使用されている。図示の実例では、０．０３３μＦの小さな静的コンデンサＣ１が、０．１５μＦの大きな動的切替可能コンデンサＣ２と共に含まれている。バー８４３は、コンデンサＣ１についての、駆動電圧範囲３５０〜１０００Ｖにわたる駆動エネルギーの範囲を示し、この駆動電圧範囲はそれぞれ、２ｍＪ及び１６．５ｍＪの駆動エネルギーに対応する。バー８４５は、ランプをこの場合も、３５０〜１０００Ｖの駆動充電電圧で駆動するように、コンデンサＣ１とＣ２をどちらもオンにした様子を示し、この駆動充電電圧はそれぞれ、１１ｍＪ及び９１．５ｍＪの駆動エネルギーに対応する。バー８５０は、ランプを２倍のマルチ・パルス化で１８３ｍＪの駆動エネルギーまで駆動するように、コンデンサＣ１とＣ２をどちらもオンにした様子を示す。典型的なフラッシュランプの動作は、フラッシュランプ・バルブを適切に励起するための動作特性、並びにＥ＝０．５＊Ｃ＊Ｖ＊Ｖとしての駆動エネルギー及び光出力の大きさ（ｓｃａｌｅ）により、３５０〜１０００ボルトの電圧範囲に制限される。これらの制約が、従来システムの出力の範囲を、コンデンサのサイズに関わらず１２．２５％〜１００％（約８倍の範囲）に制限している。容易に分かるように、高度なフラッシュランプ制御システムによって実現される、動的切替え及びマルチ・パルス化機能の改良により、９０倍（１８３ｍＪ／２ｍＪ）を超える出力範囲が、単一の切替可能コンデンサを含めることによって悪影響なしで容易に可能になる。記載した実例と同様に大きな比率のコンデンサを用いた、従来技術の固定フラッシュランプ充電回路の場合なら、小さなコンデンサの乏しい性能及び／又は大きなコンデンサの遅い充電時間を伴った妥協解決策に終わることに留意されたい。
【００３７】
図９Ａ〜９Ｅは、本発明の一例示的実施例による、図７のフラッシュランプ制御サブシステムのマルチ・パルス化機能を、分光計による光信号測定と同期化することによってもたらされる、高ダイナミック・レンジ複合信号を構築する様子を詳細に示す１組のプロットを示す。マルチ・パルス化は、１フラッシュ当たりのエネルギーが固定の周期的放電（ｆｉｘｅｄ  ｅｎｅｒｇｙ  ｐｅｒ  ｆｌａｓｈ  ｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）の定常性能及び定常温度を維持しながら、フラッシュランプ・システムの出力信号レベルが効果的に変化するのを可能にする。上で論じたように、ショット間変動が非常に小さいので、又、可変駆動電圧を使用していないので、各出力はほぼ同一であり、したがって、別様に多重パルス化した信号を、分光計及び測定制御システムと協調して組み合わせると、ＣＶの減少した高ダイナミック・レンジ複合信号がもたらされる。図９Ａは、１倍パルス化のフラッシュ乗数による例示的信号９０７及び４倍パルス化のフラッシュ乗数による例示的信号９１０のプロット９０５を示す。図９Ｂは、１倍パルス化による例示的信号９０７のＣＶ９１７、及び４倍パルス化による例示的信号９１０のＣＶ９２０のプロット９１５を示す。４倍多重パルス化信号による信号及びＣＶは、１倍パルス化の場合によるＣＶに比べて改善しているが、元の信号のいくつかの部分が飽和し、ＣＶの対応する部分が不定であり、したがって、全体としてこのスペクトルは測定に有用ではない。しかし、信号９０７及びＣＶ９１７の対応する部分が、分光計と、フラッシュランプと、内部フラッシュランプ制御との間の同期化によって利用できるようになる。
【００３８】
図９Ｃは、スペクトル９０７と９１０を組み合わせて、図９Ｄに示す、ＣＶがより小さく且つダイナミック・レンジがより高い新たな信号にするために使用する、スペクトル・マスクのプロット９２５を示す。実線曲線９２７が、波長依存のマスク値であり、プロット９２５の網掛け部分が、多重パルス化信号９１０が飽和しているスペクトル域を示す。マスクを使用するには、スペクトル９０７にマスクを乗じ、スペクトル９１０にマスクの加法補数値（１−マスク）を乗じる。図９Ｄは、結果として得られる、ダイナミック・レンジがより高いスペクトル９３５のプロット９３０を示し、図９Ｅは、結果として得られる、継ぎ合わせたスペクトルのＣＶ９４５のプロット９４０を示す。図９Ｅを図９Ｂと比較すると、ＣＶの減少によって示される約２倍の改善を観察することができる。
【００３９】
図１０は、本発明の一例示的実施例による、光学測定システム用に構成可能なスペクトル平坦化フィルタを追加したことによる性能のプロット１０００を示す。平坦化されていない信号１０１０と平坦化した信号１０２０を比較することによって分かるように、スペクトル平坦化は典型的に、信号レベルを著しく減少させる。キセノン・フラッシュランプの出力の複雑なスペクトル構造は、平坦化が特に困難であり、ある特定の波長においては信号レベルが約１０分の１に減少する。このかなりの量の信号が、フィルタに通すことによって失われるが、信号の平坦化により、それと同等の光学測定システムのダイナミック・レンジの増大が多くの波長においてもたらされ、これは、スペクトル信号を分光計などの光学測定デバイスの検出機能とより均一にマッチングさせることによるものである。図７のフラッシュランプ制御システムによって提供されるマルチ・パルス化機能を有利に用いて、フラッシュランプの過度の駆動電力を必要とすることなく、有用な信号レベルを回復させることができる。
【００４０】
上述した変更及びその他を、本明細書に記載した光学測定システム及びサブシステムにおいて、本明細書の範囲から逸脱することなく加えることができる。例えば、いくつかの実例について、半導体ウェーハ処理装置に関連して記載しているが、本明細書に記載した光学測定システムは、ロール・ツー・ロール薄膜処理、太陽電池製造、又は高精度の光学測定が必要となり得る任意の用途など、他のタイプの処理装置に適合させることができることが理解できよう。さらに、本明細書で論じたいくつかの実施例は、撮像分光写真器などの一般的な光分析デバイスの使用について示しているが、周知の相対感度を有する複数の光分析デバイスを利用できることを理解されたい。さらに、本明細書では、本発明の態様について記載する際に「ウェーハ」という用語を使用してきたが、水晶板、位相シフト・マスク、ＬＥＤ基板、並びに固体、気体、及び液体のワークピースを含む、他の非半導体処理関連基板及びワークピースなど、他のタイプのワークピースを使用できることを理解されたい。
【００４１】
本明細書に記載した例示的実施例は、本発明の原理及び実際的な適用例を最も良く説明するために、又当分野の他の技術者が、企図した特定の使用に適するようなさまざまな修正を加えたさまざまな実施例について、本発明を理解できるようにするために、選択し記載したものである。本発明は、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく、さまざまな変形形態及び環境において実施することができるため、本明細書に記載する特定の実施例は、決して本発明の範囲を限定するものではない。したがって、本発明は、示した実施例に限定されるものではなく、本発明には、本明細書に記載した原理及び特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。
【００４２】
図中のフローチャート図及びブロック図は、本発明のさまざまな実施例によるシステム、方法、及びコンピュータ・プログラム製品の、可能な実装形態のアーキテクチャ、機能性、及び動作を示す。この点に関して、フローチャート図又はブロック図中の各ブロックは、指定された論理機能を実装するための１つ又は複数の実行可能命令を備えるコードの、モジュール、セグメント、又は部分を表す場合がある。いくつかの代替実装形態では、ブロック内に示された機能が、図中に示された順序から外れて行われる場合があることにも留意されたい。例えば、必要とされる機能性に応じて、連続して示されている２つのブロックが実際にはほぼ同時に実行されることもあり、それらのブロックが時には逆順に実行されることもある。ブロック図及び／又はフローチャート図の各ブロック、並びにブロック図及び／又はフローチャート図内のブロックの組合せを、指定された機能若しくは振舞いを実施する専用ハードウェア・ベースのシステムによって、又は専用ハードウェアとコンピュータ命令の組合せによって、実装できることにも留意されよう。
【００４３】
本明細書で使用される用語は、特定の実施例を記載するためのものにすぎず、本発明を限定するものではない。本明細書では、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈上明らかに示す場合を除き、複数形も含むものとする。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書において使用されるとき、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するが、１つ又は複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素及び／又はそれらのグループの存在又は追加を妨げないことが、さらに理解されよう。
【００４４】
当業者には理解されるように、本発明は、方法、システム、又はコンピュータ・プログラム製品として具現化することができる。したがって、本発明は、いずれも本明細書では「回路」又は「モジュール」と一般に呼ばれる、完全にハードウェアの実施例、（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロ・コードなどを含む）完全にソフトウェアの実施例、又はソフトウェアの態様とハードウェアの態様を組み合わせた実施例の形をとることができる。さらに、本発明は、コンピュータが使用可能なプログラム・コードがその中に具現化されたコンピュータが使用可能な記憶媒体上の、コンピュータ・プログラム製品の形をとることができる。
【００４５】
本願が関係する当業者なら、他の、又更なる追加、削除、置換、及び修正を、記載した実施例に対して行えることが理解されよう。
【符号の説明】
【００４６】
４００  絵画的概略図、システム
４１０  処理チャンバ
４１２  ウェーハ
４１４  プラズマ・ボリューム
４２０  分光計
４２２  相互接続
４２５  通信リンク
４５０  フラッシュランプ
４５２  ファイバ
４５５  光学系
４５７  光ビーム
４５９  信号光ファイバ、ファイバ
４６０  測定制御システム
４６５  リンク
４７０  ツール制御システム
５１０  多チャネル分配器、分配器
５１５  ファイバ・バンドル、バンドル
５１８  ランプ・アーク
５２０  フラッシュランプ・バルブ、ランプ、バルブ
５３０  均質化要素、要素
５３５  ギャップ
５３８  ギャップ
５４０  ライト・パイプ
５４５  ギャップ
５４８  ギャップ
７００  フラッシュランプ制御システム、制御システム
７１０  デジタル制御電子回路
７２０  内部高圧電源、高圧電源
７３０  静的コンデンサ、コンデンサ
７３５  電流検知構成要素
７４０  動的電子的切替可能コンデンサ、動的コンデンサ、コンデンサ
７４５  分離スイッチ、スイッチ
７５０  フラッシュランプ・バルブ
７６０  トリガ・コンデンサ
７７０  トリガ・トランジスタ、ランプ・トリガ・トランジスタ
Ｄ１  距離、ギャップ
【図１】
2016208015.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図１０】
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