[发明专利]等离子体处理中的空间分辨光学发射光谱(OES)

说明书

公开了用于光学发射测量的方法、系统和装置。该装置包括用于通过设置在等离子体处理室的壁处的光学窗口来收集等离子体光学发射谱的收集系统。光学系统包括：镜，其被配置成穿过等离子体处理室扫描多条不重合射线；以及远心耦合器，其用于从等离子体收集光学信号并将该光学信号引导至用于测量等离子体光学发射谱的光谱仪。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年7月12日提交的题为“SPATIALLY RESOLVED OPTICALEMISSION SPECTROSCOPY(OES)IN PLASMA PROCESSING”(参考号TTI-247)的美国专利申请第15/648,035号的优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。此外，本申请通过引用于2014年10月31日提交的题为“SPATIALLY RESOLVED OPTICAL EMISSIONSPECTROSCOPY(OES)IN PLASMA PROCESSING”(参考号TTI-242)的美国专利申请第14/530,164号合并于此，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文，该美国专利申请基于并要求于2013年11月1日提交的题为“SPATIALLY RESOLVED OPTICAL EMISSION SPECTROSCOPY(OES)IN PLASMA ETCHING”(参考号TTI-242PROV)的美国临时专利申请第61/898,975号的权益和优先权。

背景技术

技术领域

本发明涉及用于使用等离子体光学发射光谱(OES)来测量半导体等离子体处理中的化学物质的浓度的方法、计算机方法、系统和装置。具体地，本发明涉及确定等离子体光学发射的二维分布，根据上述等离子体光学发射的二维分布可以确定化学物质浓度的二维分布。

相关技术的描述

半导体器件、显示器、光电池等的生产按一系列步骤进行，每个步骤具有为最大化器件产量而进行优化的参数。在等离子体处理中，强烈地影响产量的受控参数包括等离子体的化学性质，特别是等离子体的局部化学性质，即等离子体环境中的贴近正在被处理的衬底的各种化学物质的局部浓度。某些物质，特别是瞬态化学物质例如自由基对等离子体处理结果具有很大影响，并且已知这些物质的升高的局部浓度可以产生较快处理的区域，这可能导致处理步骤中的不均匀性并且最终导致正在被产生的器件的不均匀性。

等离子体处理的化学性质通过对如下大量过程变量的控制以直接或间接的方式进行控制：例如，提供以激发等离子体的一个或更多个RF或微波功率、提供给等离子体处理室的气体的种类和气流、等离子体处理室中的压力、正在被处理的衬底的类型、输送至等离子体处理室的泵送速度等等。光学发射光谱(OES)已经证明其自身是用于等离子体处理中的过程开发和监测的有用工具。在光学发射光谱中，从所获取的等离子体的光学(即光)发射谱中推导出某些特别感兴趣的化学物质例如自由基的存在和浓度，其中某些谱线的强度及其比率与化学物质的浓度相关。该技术的详细描述可以在例如1993年AVS出版社的G.Selwyn，“Optical Diagnostic Techniques for Plasma Processing”中找到，并且为简洁起见，这里将不再重复。

虽然光学发射光谱的使用已经变得相对普遍，特别是在等离子体过程开发中，但是它通常通过从等离子体处理室内的等离子体中的单个细长体积来获取光学发射谱来完成。该体积的准确形状和尺寸由被用来收集来自等离子体的光学发射的光学系统来确定。光学发射信号的这样的收集固有地导致沿着也被称为射线的该细长体积的长度的等离子体光学发射谱的平均，并且因此关于等离子体光学发射谱的局部变化的所有信息以及因此还有关于化学物质浓度的局部变化的所有信息通常都会丢失。