专利名称：等离子体加工系统和方法
技术领域：
本发明涉及等离子体加工，更特定地，涉及测量等离子体加工系统中的微粒浓度。
背景技术：
通常，等离子体就是物质的集合，其中一些是气态的，一些是带电的。对于许多应用来说，等离子体在某些加工系统中是有用的。例如，等离子体加工系统在材料加工以及半导体、集成电路、显示器和其它电子器件的制造和工艺中都非常有用，可用于刻蚀以及在衬底——例如半导体晶片——上进行沉积。
在大多数等离子体加工系统中，在等离子体中会存在固态微粒，例如，真空膜盒、阀门或内壁上剥落的沉积物。在晶片加工过程中，这些尺寸从亚微米大小到超过几个毫米大小的微粒会沉积在要制作器件的晶片表面上，从而导致器件损伤，减小产率。许多工艺参数影响到这种微粒的产生。例如，RF和DC偏置会使微粒“漂浮”在晶片附近，等离子体化学性质会具有更大或更小的产生可能会剥落的内壁沉积物的趋势。
在制作器件的过程中选择工艺程序的一个考虑是，至少在晶片附近，保持这种微粒的低浓度。测量反应室中微粒浓度的系统和方法有助于为器件制作工艺选择保持低微粒浓度的工艺程序。
发明内容
本发明的一个方面在于给出与等离子体诊断系统相连的等离子体加工系统。等离子体加工系统包含含有等离子体加工区的反应室以及构建安排来在加工区中承载衬底的卡盘。等离子体加工系统还包含磁场发生器，用以产生磁场，以及薄幕光学元件，用以产生能够照亮加工室中的微粒的光幕。成像器件用于在微粒被光幕照亮时获得相应于微粒的图像数据。磁场发生器、薄幕光学元件和成像器件挨个排列以接近等离子体。图像处理器用于处理图像数据从而获得光幕中的微粒浓度。
本发明的另一方面在于给出测量等离子体加工系统中微粒浓度的方法，该系统具有反应室和磁场发生器，反应室含有可在等离子体加工过程中在其内产生等离子体的等离子体加工区，磁场发生器用于在反应室中产生磁场。该方法包含挨个安置磁场发生器、薄幕光学元件和成像器件以使它们接近等离子体。用薄幕光学元件照亮反应室中的微粒并用薄幕光学元件获得相应于被光幕照亮的微粒的图像数据。该方法进一步包含获得光幕中微粒浓度，例如，作为微粒在反应室中位置的函数。
插入并构成说明书一部分的本发明具体实施方案的附图与上面给出的一般性描述和下面给出的具体实施方案的详细描述一起用于说明本发明的原理，其中图1为根据本发明原理的等离子体加工系统具体实施方案的图示剖面；图2为图1所示的测量系统的俯视图；图3为可用于图1所示测量系统中的薄幕光学元件(sheet opticelement)的一个实施例的示意图；图4测量系统的替代具体实施方案的示意图；图5为测量系统的另一替代具体实施方案的示意图；图6为可用于图5所示测量系统中的薄幕光学元件的一个实施例的示意图；图7为与等离子体加工室的一部分相连的测量系统的另一具体实施方案的图示剖面；图8为与等离子体加工室的一部分相连的测量系统的另一具体实施方案的图示剖面；图9为一流程图，示出根据本发明原理测量等离子体加工系统中微粒浓度的方法；以及图10为一流程图，示出根据本发明原理使等离子体加工系统中微粒浓度最小化的方法。
具体实施例方式
图1示出根据本发明原理的等离子体加工系统的具体实施方案。等离子体加工系统——由10所指——与测量系统12和磁场发生器38相连，后两者都示例性示于图1中。测量系统12用来测量等离子体系统10中的微粒浓度，下面将更详细地描述。
等离子体加工系统10包含等离子体加工室，由14所指，限定可产生等离子体18的等离子体加工区16。卡盘或电极30位于反应室14中，构建安排来在反应室14加工区16中承载衬底20，后者可以是，例如，半导体晶片。衬底20可以是，例如，半导体晶片、集成电路、一片要被覆盖的聚合物材料、要用离子注入来硬化表面的金属，或者其它要刻蚀或沉积的半导体材料。
尽管没有示出，但是可以通过，例如，与反应室14连接的冷却供给通道向卡盘30提供冷却剂。每个冷却供给通道可以与一个冷却供给源连接。例如，冷却供给通道可以单独与冷却供给源相连。作为选择，冷却供给通道可以由互相连通的通道网络相连，这一网络以某种方式连接所有冷却供给通道。
一般地，等离子体发生气体——可以是任何能够离化产生等离子体的气体——通过，例如气体入口26引入反应室14以转变成等离子体。正如熟练的技术人员所知，等离子体发生气体可以根据所需应用来选择，可以是，例如，氮气、氙气、氩气、产生碳氟化合物的四氟化碳(CF4)或八氟环烃烷(C4F8)、氯气(Cl2)、溴化氢(HBr)，或氧气(O2)。
气体入口26与反应室14相连，用于将等离子体加工气体注入等离子体加工区16。以上电极28和下电极(或者说卡盘)30形成的等离子体发生器可以与反应室14相连，通过离化等离子体加工气体以在等离子体加工区16中产生等离子体18。可以通过，例如，用分别与上电极28和下电极30相连的电源80、82向其施加RF和/或DC功率来离化等离子体加工气体。在某些应用中，等离子体发生器可以是，例如，能够提供RF功率的天线或RF线圈。
许多种气体入口或喷头和多种气体喷射方式都可以用来向等离子体加工室14注入等离子体加工气体，加工室可以是密封的且可以用铝或另一合适的材料支撑。等离子体加工气体通常通过邻近或相对衬底放置的气体喷头或入口注入。例如，如图1所示，通过气体入口26提供的气体可以通过电容耦合等离子体(CCP)源种与衬底相对的注入电极(上电极28)注入。通过气体入口26提供的气体可以用气流控制系统84来控制。由，例如，电源80、82提供给等离子体的功率可以引发注入到反应室14种的等离子体发生气体的放电，从而产生等离子体，例如等离子体18。
可选地，在未示出的具体实施方案中，气体可以通过变压器耦合等离子体(TCP)源中与衬底相对的电介质窗口或通过电感耦合等离子体(ICP)源中的气体注入板来注入。其它气体喷头布置对于熟练的技术人员来说都是已知的，可与等离子体加工室14一起使用，其它等离子体源也是如此，例如螺旋和电子回旋共振源。
等离子体加工室14还配有具有真空泵33和阀门35——例如节流控制阀——的出口，用以提供等离子体加工室14中的气压控制。
各种引线(未示出)，例如电压探针或其它传感器，都可以连到等离子体加工系统10上。
控制器78与等离子体加工系统14相连。该控制器能够产生足以连接和激活要输入等离子体加工系统10的输入信号，还能够监测来自等离子体加工系统10的输出信号。例如，控制器78能够分别与上电极28和下电极30的RF电源80、82以及与气体入口26相通的气流控制系统84相连并与它们交换信息。控制器78可进一步分别与泵浦系统33和闸阀35相连，尽管这在图1中没有示出。可利用程序——可存储在内存中——根据存储的工艺程序来控制前述等离子体加工系统10的部件。可选地，可使用多个控制器78，每个控制，例如，等离子体加工系统10的不同部件。控制器78的一个实施例是加州Glendale的Micro/SYS所生产的嵌入式PC计算机型PC/104。
磁场发生器——在图1和2中由38所指并在之前简单提到过——位于反应室14之外，环绕反应室放置。磁场发生器38可以具有基本环形或螺旋型结构，可以旋转以在等离子体加工区16中产生磁场，旋转可以，例如，提高等离子体均匀性。磁场发生器38可包括电磁体、载流线圈、永磁体，或任何其它能够在反应室14的等离子体加工区16中产生磁场的器件。磁场发生器38产生旋转磁场。这可以利用电磁体通过电子方式来实现，也可以通过旋转磁场发生器来实现。
图2更详细地示出测量系统12。光学系统12包括固定地与反应室18相连的薄幕光学元件40以及光源42。光源42可包括激光器或任何其它光源，例如，带有选择滤色器的白光光源。薄幕光学系统40可以是镜头系统，包括至少柱面透镜、反射镜和棱镜之一。然而，也可以使用其它光学元件。
薄幕光学元件40远离磁场发生器38，接收光源42所发出的光以产生包括其光轴(如图2中点线所示)的光幕44。图3示出接收光源42所发出的光的薄幕光学元件40的一个实施例。在这一实施例中，薄幕光学元件40包括球面透镜43和柱面透镜45，但是正如上面所述的，还可以包括，例如，反射镜或棱镜。球面透镜43——可以是凸或平凸球面透镜——的焦距使从光源42发出的光大致聚焦到反应室14的中心处。例如，球面透镜43的焦距可以等于反应室14直径的一半。
来自球面透镜43的会聚光穿过柱面透镜45——可以是凹柱面透镜或其它类型的柱面透镜——会聚到一个平面上。例如，柱面透镜45的焦点可以靠近薄幕光学元件40来实现聚焦。最初截面为圆形的光束将穿过柱面透镜45聚焦并扩展成拉长的具有椭圆截面的光束，照亮反应室中的微粒。术语“激光幕”和“光幕”包括用于照亮反应室14中的微粒的拉长的细椭圆形光束。这样，光幕44能够照亮反应室14中位于光幕44平面内的微粒。
尽管如图2和3所示的光幕44显示为形成在反应室14中的垂直扩展的平面，但是光幕44还可以位于其它位置，例如，水平地，或者在水平和垂直之间以一定角度倾斜。
成像器件46与薄幕光学元件40相连，用于通过反应室中的一个窗口获取相应于被照亮的微粒的图像数据。成像器件46相对于光幕44成一个角度，可以安装在磁场发生器38上方来对光幕44成像。区域47代表含有被照亮的微粒的图像区域。
成像器件46可以是，例如，模拟或CCD(例如单色或彩色)相机或具有高帧速的摄像机，它们与等离子体加工室14相连，用于将图像数据转换成等离子体加工室14中的微粒的数字表示，例如象素表示。
成像器件46和薄幕光学元件40可以安装在反应室14内的，例如，侧壁或顶壁上。成像器件45和薄幕光学元件40可以互相环反应室14分开一定角度，例如0°至180°。成像器件46和薄幕光学元件40几乎可以成任何角度，因为利用图像处理器——例如下面将更详细描述的图像处理器——进行的图像去投影可用来补偿成像器件46和薄幕光学元件40之间的角度。
测量系统12包括与成像器件46相连的图像处理器48，用于处理获得的图像数据。图像处理器48可以是专门的图像处理计算机，这样的处理可以由单个平台或分布式处理平台来进行。另外，这样的处理和功能可以以特殊用途硬件的形式来执行，也可以以通用目的计算机——例如工具控制计算机——所运行的软件的形式来执行，也可以以二者的任何组合来进行。任何在这种处理中处理的或作为这种处理的结果而生成的图像数据都可以存储在任何内存中。举例来说，这样的图像数据可以存储在临时内存中，例如给定计算机系统或子系统的RAM。另外，或作为替代，这样的图像数据可以存储在更长期的存储器件中，例如，磁盘，可写光盘或其它存储器件。例如，计算机可读的媒介可包含任何形式的数据存储机制，包括已有内存技术以及硬件或这种结构的和这种数据的电路表示。
图像处理器48可包括取帧器系统来捕捉反应室14中被照亮的微粒作为位置函数的图像。随后被捕捉的图像可以被去投影以获得光幕44和反应室14中作为位置函数的微粒浓度。在大多数情况下所获取并去投影的图像中的光强正比于微粒的局部浓度，这形成了测量微粒浓度的基础。
例如，取帧器系统可以是插入通用目的计算机插槽中的插件。具有这一结构的取帧器系统的一个实施例为麻省Marlboro的DataTranslation所生产的，例如，用于单色图像获取的DT3162型号和用于彩色图像获取的DT3153型号。其它模型——彩色的或单色的——也可根据所用的成像器件的类型来选择使用。
取帧器系统可以包括成像器件46可以通过电缆连接的成像输入，例如视频输入。取帧器系统可以将从成像器件46接收到的输入数字化成各种数字文件格式——例如TIF、BMP、JPEG、GIF，各种取帧器本身格式等——的“已取的”数字图像。“已取的”数字图像可进一步处理以提取微粒信息，例如微粒的局部浓度。这样的数字图像通常在图像中显示出所获取的光的强度，正比于微粒的局部浓度，例如，某一位置处单位体积中更多的微粒等于图像文件中相应位置中更亮的象素。
可以对“已取的”数据图像进行图像去投影以从“已取的”图像中辨别光幕中已成像微粒的实际位置。通常，图像去投影为为软件过程或运算，其中“已取的”图像沿成像器件的光轴按俯视图而不是垂直于光幕来取，并转换成“等效”图像，其中图像表现得就像成像器件垂直于光幕安装那样。这样的去投影运算在数字图像处理技术领域中是已知的，一般称作数字图像变形、弯曲、变换等等。这种数字图像处理的实施例在题为“数字图像弯曲(Digital Image Warping)”的出版物中已有描述，该书由G.Wolberg所作，Wiley-IEEE Press出版，1990年第一版，3.4.2.3节，透视变换四边形到四边形(PerspectivetransformationsQuadrilateral-to-quadrilateral)。利用上述图像去投影，可以在以变换的图像中获得图2中所示的区域47，并将其用于单一地建立象素到光幕中空间位置的关联。
生成上述“已取的”图像和“等效”去投影图像并非必须的。作为替代，可以将用于图像去投影的数学变换直接应用到“已取的”图像中的象素位置上，以获得“已取的”象素的真实空间坐标，从而获得在光幕44和反应室14中的空间位置。
整个取帧和去投影过程可以在带有图形处理芯片的取帧器系统上的硬件中进行，也可以在带有分离的取帧器和硬件图像处理板的系统中进行。在这样的系统中，可以以视频速度，实时地——例如以成像器件将图像数据传输到取帧器的速度——进行数学转换。合适的分离图像处理板的一个实施例是配有Texas Instruments TMS34020图形处理芯片的Data Translation DT3851。这一电路板可以与，例如，上面所讨论的取帧器结合使用。
微粒浓度的去投影图像可以让生产流水线操作员手动检查图像并监视等离子体加工设备10。这样的测量可以用于确定，例如，等离子体加工系统10或等离子体加工室14在何时以及是否需要进行清洗。这样，可以仅在必要的时候才清洗等离子体加工系统10或等离子体加工室14，这可以提高典型产率，延长等离子体加工系统10的预防性维护停机之间的间隔时间。这同时还允许工艺工程师调整工艺参数从而微粒的产生被最小化，如果这对于某些尤其敏感的工艺来说是必须的话，例如，系统提供可以比较各种工艺程序的测量。
薄幕光学元件40能够以某种方式形成光幕44，并且能够以任何方式产生或模拟光幕44。例如，薄幕光学元件40可包括旋转或扫描反射镜或棱镜，用于迅速将光束打进光幕44。如果扫描进行得足够快，快过成像器件46的帧速的话，就可以生成静态光幕的影像，并且可以一次获得整个微粒分布的图像。如果帧速较快而薄幕扫描频率较低的话，那么在每个图像中只能照亮光束的一条线，就可能需要获得多个图像来测量薄幕中的微粒分布。
图4示出测量系统112，它是测量系统12的一个替代具体实施方案。测量系统112照亮多个薄幕并对其成像。例如，测量系统可以包括两个或多个薄幕光学元件140、131，分别产生各自的光幕144、145。在这一示例性实施例中，由单个成像器件146对两个光幕144、145进行成像。薄幕光学元件140、141和成像器件146可以安装在磁场发生器38之上。通常，可以使用可以使用许多成像器件46或薄幕光学元件140、141，光幕144、145可以置于许多不同位置上，例如，反应室14的垂直、水平或某些其它位置上。
为了用同一成像传感器对多个薄幕——例如薄幕144、145——成像，可以使用多种不同颜色的光来产生光幕。例如，可以使用具有不同波长的激光器或带有滤色器的白光光源来产生多种不同颜色的光，从而产生不同颜色的光幕。成像器件146——可以是彩色摄像机——可以用来，例如，获取各光幕144、145的图像。换句话说，图像数据可以包括来自于光幕144的某一色彩成分以及来自光幕145的另一色彩成分。然后可以通过色彩来分离光幕图像中的微粒浓度和分布。
例如，使用图像处理中常用的色彩分离技术通过色彩来分离薄幕144、145中获取的强度，上面已进行了描述。如果使用标准的红、绿和蓝滤色器，那么就可以直接读取“已取的”图像中每个象素的红、绿和蓝强度成分，以获得分离的薄幕图像，然后可对其进行进一步处理。
图2和4中所示的测量系统12、112都能够生成反应室14中的微粒浓度的2维分布。然而，图5示出能够生成反应室14中三维微粒浓度分布的测量系统212。
测量系统212包括薄幕光学元件240，生成由驱动机构(未示出)———可包括用于驱动承载薄幕光学元件的薄幕光学元件承载部件的马达———驱动沿相对于反应室14的某个基本成弓形的方向扫描的光幕。也可以使用其它驱动机构。
薄幕光学元件240的基本成弓形扫描能够在反应室14中多个位置(或多个角度)245中产生光幕244。换句话说，可以由驱动机构移动薄幕光学元件240以扫描反应室14的一定体积(受驱动机构的移动限制)，可以测量其中的微粒浓度。
尽管测量系统212示出的驱动机构将薄幕光学元件240的基本成弓形的移动限制在一个特定的扇形扫描移动范围内，但是还可以配置驱动机构以使薄幕光学元件240——尤其是其柱面透镜——绕其光轴旋转。这生成了绕透镜系统光轴旋转的旋转光幕。这样的旋转光幕能够照亮反应室14中不同角度——例如垂直、水平以及二者之间的所有角度——中的不同平面。
通过使用同步信号——正如下面以角度位置反馈信号的形式描述的——和合适的薄幕角度位置反馈信号，可以进行特定图像的去投影。例如，角度位置反馈线能够将角度位置反馈从驱动机构传到图像处理器，然后图像处理器可以据此利用角度位置反馈信号对图像进行去投影处理。这使得可以使用，例如，图像处理器获得旋转薄幕244所扫描的体积内整个三维微粒浓度分布。
可选地，带有，例如，音圈、电致伸缩或压电传动器的标准光束控制镜可以与薄幕光学元件(例如薄幕光学元件40或薄幕光学元件240)结合使用来“反弹”来自上述薄幕光学元件之一的光幕，以生成扫描光幕244。
图6示出与扫描镜243结合使用以生成扫描光幕244的薄幕光学元件290，它可具有基本类似于图2和3所示薄幕光学元件40的结构。扫描镜243可相对于薄幕光学元件290移动以形成扫描光幕244。带有传动镜的光束扫描镜系统的一个这样的实施例由加州Irvine的Newport Corp.制造，在FSM系列下出售。可选地，也可以使用许多由加州Tustin的Polytec PI生产的摆镜传动系统模型。
成像器件246——结构和操作都可基本类似于上面关于图2描述的成像器件46——可固定安装在反应室14之上(或者，例如，安装在磁场发生器之上)。成像器件246可以相对光幕244横向放置，因为光幕244旋转到多个位置。成像器件246可以与驱动机构同步，从而图像处理器——例如上面关于图2描述的图像处理器48——可以在由成像器件246对光幕的已获取图像进行去投影处理时补偿光幕244的位置。
可使用角度位置反馈信号——如图6所示来回于扫描镜243和图像处理器48之间——来进行同步。反馈信号正比于瞬间反射镜角度位置，从而光幕位置可以输入图像处理器48以进行图像处理。当图像处理器48接收到新的图像，图像处理器48将会首先读取瞬间的反射镜和光幕角度，然后将该光幕角度作为去投影运算的输入。每个不同的薄幕位置角度要求使用相同的数学图像转换，但是却使用一组不同的输入角度参数，这些角度参数通过反馈系统来获得。这些输入角度是所有平面中光幕的瞬间位置相对于成像器件光轴的角度。
薄幕离开相对于成像器件光轴垂直位置的角度(即图5中最上和最下的扫描位置或图6中最右和最左的扫描位置)相应于所需的图像去投影或图像弯曲的强度，例如，大角度会需要强的图像去投影或图像弯曲。利用具有足够高的帧速和扫描足够快的光幕244的成像器件246，由图像处理器可以得到反应室14的薄幕扫描体积中完整的三维微粒浓度分布。
图7示出测量系统312，它是测量系统12的一个替代具体实施方案。测量系统312用于通过一个或多个穿过磁场发生器38形成的通道314来测量微粒浓度。
测量系统312包括薄幕光学元件340，安装在反应室壁36中或之外，用于产生包括其光轴(如图7的点线所示)在内的光幕344。图7示出安装在反应室14之内的反应室壁36上的薄幕光学元件340。光源342用于向薄幕光学元件340发射光以在反应室14中产生光幕。如果磁场发生器38旋转，那么当通道314运行到光输入系统前方时光幕就会间断(例如，脉冲的)。
如果在反应室14中有很少或没有空间，那么薄幕光学元件340也可以置于反应室14和磁场发生器38之外。如果薄幕光学元件340位于反应室14之外，那么穿过磁场发生器38形成的通道314可以是狭缝，以使不受阻挡的光幕进入反应室14。
护罩350(例如金属罩)可以置于光源342和反应室壁36(或者安装在反应室壁36上的窗口)之间，以减少当光没有穿过通道314(或者换句话说，被阻挡)时被磁场发生器38散射的光。护罩350的一部分可以延伸进一个或多个形成在磁场发生器38中的环槽352内。基本上所有从磁场发生器38散射出来的(没有穿过通道314的)光都可以被护罩350拦截从而散射光不会离开测量系统312。可以为成像器件——例如摄像机——与通孔之间提供电子同步，从而成像器件所得到的每个图像都能含有形成在反应室14中被照亮的光幕的一幅图像。
图7还示出磁体马达354和转速控制器356，它们一起驱动磁场发生器38。关于磁场发生器38瞬间角度位置的反馈信号由控制器356输入成像器件346，用于指示成像器件346在每次通道314与光源342对准——例如，从而在光源342之前生成一个“孔”或反应室进出区——时进行拍摄。
图8示出测量系统412，它是测量系统12的替代具体实施方案。测量系统412的光源442位于反应室14之外，磁场发生器38之下，沿其光轴(如图8中点线所示)通过光学窗口或观察孔424发光。光学窗口或观察孔424可以位于反应室壁36中，测量系统412可通过窗口或观察孔424测量反应室14的微粒浓度。
测量系统412包括许多薄幕光学元件440，每个都沿其光轴(图8中点线所示)产生水平光幕。每个薄幕光学元件都与相应的分束器444相连，当光源442是白光光源——例如卤光灯——时还与相应的彩色滤色器相连。来自光源442的光被分束器444分开，提供给多个薄幕光学元件440。滤色器446位于各分束器444和各薄幕光学元件440之间的光路中。白光光源442和滤色器446可以在位于反应室14中的衬底或晶片20上方形成水平光幕的多色照明。那样，成像器件——例如图1所示的成像器件46——可以获取同步图像。可利用，例如，图像处理器执行类似于上面关于图3描述的运算的色彩分离运算。
可选地，过滤器446可以与许多用作光源442的不同波长的激光器或光源结合使用。在这一替代安排中，可使用混束器(未示出)将来自多个激光器或光源的光束混合成一束重合的光束，通过窗口424输入。过滤器446用于使仅有一个激光波长穿过每个薄幕光学元件440。
也可以使用多线激光器，例如Ar+离子激光器。可用的Ar+离子激光器的一个实施例为新泽西Barrington的Edmund IndustrialOptics生产的A54-167型整装氩离子激光器。当使用多线激光器时，多线激光器的不同色彩的光束已经是重合的，可以直接穿过窗口424而无需混束器。如果需要的话，过滤器446可以与多线激光器一起使用以分离色彩用于多色照明。
在另一替代具体实施方案中，可以用多个快门(未示出)代替彩色滤色器446，与白光光源442——例如卤素灯——或单色光源——例如激光器——一起使用。多个快门中的一个快门将在图像获取过程中保持开启从而一次只有一个光幕被照亮。在多光幕成像过程中，快门可以选择性开启或关闭。那样，可以使用成像器件(未示出)——例如黑白相机——来在不同时间对多光幕进行成像。这样，可以测量多光幕平面中的微粒分布。图像处理器——例如图像处理器48——可以确定选择开启哪个快门从而能够对多个光幕进行成像和去投影。例如，可以由获取各图像的时间来分辨光幕。
图9示出根据本发明原理的方法。该方法测量等离子体加工系统中的微粒浓度，该系统具有含有等离子体加工区的反应室和磁场发生器，在等离子体加工区中，在对衬底进行等离子体加工的过程中可以产生等离子体，磁场发生器用于在反应室中产生磁场。
该方法开始于500。在502，磁场发生器、薄幕光学元件和成像元件挨个放置以接近等离子体加工区中的等离子体。
在504，由，例如，一个或多个用于在反应室中产生一个或多个光幕的薄幕光学元件照亮反应室中的微粒。该一个或多个光幕可以是不同色彩的，可位于相对于，例如，衬底或晶片的不同角度。另外，该一个或多个光幕可以绕反应室中多个轴——例如绕薄幕光学系统光轴或垂直于薄幕光学系统光轴的轴——旋转。
在506，用成像器件——可以是相机、CCD或摄像机——获取相应于被照亮的微粒的图像数据。在508，通过在，例如，图像处理器中的图像数据处理获得反应室中微粒的浓度。如上所述，图像处理器可使用硬件和软件的组合来进行处理。在510，方法结束。
该方法可包含测量等离子体加工室中微粒的动作、操作或程序。也可以使用这些附加动作、操作或程序的各种组合。例如，可以将使等离子体加工系统中微粒浓度最小化的操作加入上述方法中或与其它用于测量等离子体加工系统中微粒浓度的方法分开使用。
特定地，图10示出根据本发明原理用于使等离子体加工系统中微粒浓度最小化的方法。该方法开始于600。在602，要加工的衬底或晶片被放置于等离子体加工室中。在604，在衬底或晶片上进行等离子体加工。在606，利用，例如上述图9所示方法获得反应室中的微粒浓度。在608，修改等离子体加工工艺以减少颗粒，例如，用等离子体泵将颗粒从反应室清除。如果需要，或者衬底或晶片要在微粒浓度足够低的情况下进行加工，那么可以重复这一用于使反应室中微粒浓度最小化的优化方法。在610，方法结束。
虽然根据上述具体实施方案特别说明并描述了本发明，但是熟练的技术人员将能理解，只要不偏离本发明的精神和领域，就可以对其在形式和细节上进行各种改变。
这样，前述的具体实施方案是为了说明这一发明的功能和结构原理而进行说明并描述，只要不偏离这些原理，可以对它们进行修改。因此，本发明包括包含在下面的权利要求的精神和领域中的所有修改。
权利要求
1.等离子体加工系统，包含反应室，含有等离子体加工区；卡盘，用于在反应室加工区中承载衬底；等离子体发生器，与反应室相连，该等离子体发生器用于在等离子体加工区的等离子体加工过程中产生等离子体；磁场发生器，用于在反应室中产生磁场；薄幕光学元件，与反应室相连，薄幕光学元件用于产生能够照亮反应室中微粒的光幕；成像器件，用于获取相应于被光幕照亮的微粒的图像数据，其中磁场发生器、薄幕光学元件和成像器件相互定位以接近等离子体；以及图像处理器，与成像器件相连，该图像处理器用于处理图像数据从而获得光幕中微粒的浓度。
2.根据权利要求1的等离子体加工系统，其中薄幕光学元件至少包括柱面透镜、反射镜和棱镜之一。
3.根据权利要求1的等离子体加工系统，其中薄幕光学元件包括柱面透镜和球面透镜。
4.根据权利要求1的等离子体加工系统，进一步包含扫描镜，与薄幕光学元件合作产生光幕。
5.根据权利要求1的等离子体加工系统，进一步包含光源，与薄幕光学元件相连。
6.根据权利要求1的等离子体加工系统，其中成像器件为相机。
7.根据权利要求1的等离子体加工系统，其中磁场发生器位于反应室之外，具有基本环形的结构。
8.根据权利要求1的等离子体加工系统，其中薄幕光学元件和成像器件位于磁场发生器上方。
9.根据权利要求8的等离子体加工系统，其中薄幕光学元件可移动地安装在反应室至少一个壁上。
10.根据权利要求1的等离子体加工系统，进一步包含至少一个附加的薄幕光学元件，用以产生至少一个附加的光幕，能够照亮反应室中至少一个附加平面。
11.根据权利要求10的等离子体加工系统，其中成像器件用于在微粒被光幕和该至少一个附加光幕照亮时获取相应于反应室中的微粒的图像数据。
12.根据权利要求11的等离子体加工系统，其中光幕以第一彩色光照亮微粒，该至少一个附加光幕以不同于第一彩色光的第二彩色光照亮微粒。
13.根据权利要求12的等离子体加工系统，其中图像处理器用于通过其色彩来分辨被照亮的微粒，从而可以区分被第一彩色光照亮的微粒和被第二彩色光照亮的微粒。
14.根据权利要求10的等离子体加工系统，其中薄幕光学元件和附加薄幕光学元件都是至少柱面透镜、反射镜和棱镜之一。
15.根据权利要求10的等离子体加工系统，进一步包含与薄幕光学元件操作地相连的光源和与该至少一个附加薄幕光学元件操作地相连的至少一个附加光源。
16.根据权利要求15的等离子体加工系统，其中光源为具有第一波长的激光器而附加光源为具有第二波长的激光器。
17.根据权利要求15的等离子体加工系统，其中光源包括第一滤色器而附加光源包括第二滤色器。
18.根据权利要求10的等离子体加工系统，其中薄幕光学元件、成像器件和附加薄幕光学元件中至少一个相对于反应室被固定地安装。
19.根据权利要求1的等离子体加工系统，其中薄幕光学元件相对反应室可以移动，从而该薄幕光学元件用于产生处于反应室中多个平面上的光幕。
20.根据权利要求19的等离子体加工系统，其中薄幕光学元件可绕其光轴旋转以使光幕旋转通过反应室中的多个平面。
21.根据权利要求19的等离子体加工系统，进一步包含与薄幕光学元件相连的驱动机构，用于沿一基本成弓形的方向移动薄幕光学元件。
22.根据权利要求21的等离子体加工系统，其中成像器件与驱动机构同步，从而成像器件用于在微粒被光幕照亮时获取相应于反应室中的微粒的三维数据。
23.根据权利要求22的等离子体加工系统，其中图像处理器用于获得关于薄幕光学元件相对于反应室的位置的数据。
24.根据权利要求23的等离子体加工系统，其中所获得的数据包括相应于薄幕光学元件相对于反应室的成像角度的角度数据。
25.根据权利要求24的等离子体加工系统，其中图像处理器用于至少根据角度数据对图像进行解除投影角度处理。
26.根据权利要求21的等离子体加工系统，其中薄幕光学元件相对于反应室的弓形移动使光幕旋转通过反应室中的多个平面。
27.根据权利要求19的等离子体加工系统，进一步包含与薄幕光学元件相连的驱动机构，设置成沿薄幕光学元件的光轴移动薄幕光学元件。
28.根据权利要求18的等离子体加工系统，其中在驱动机构移动薄幕光学元件时，驱动机构使光幕旋转通过反应室中的多个平面。
29.根据权利要求1的等离子体加工系统，其中磁场发生器中形成有通道。
30.根据权利要求29的等离子体加工系统，进一步包含位于反应室之外的光源，用于通过通道发光。
31.根据权利要求30的等离子体加工系统，进一步包含光源和等离子体发生器之间的护罩，护罩用于减少散射到通道外面的光。
32.根据权利要求30的等离子体加工系统，其中薄幕光学元件与反应室靠近通道的壁相连，并与光源可操作地相联系。
33.根据权利要求10的等离子体加工系统，进一步包含用于穿过光学窗口发光的光源，该窗口位于光源和光幕以及该至少一个附加光幕之间。
34.根据权利要求33的等离子体加工系统，对每个附加薄幕光学元件进一步包含至少一个分束器，该至少一个分束器用于将来自光源穿过窗口之后的光分成多个光束，每束光束用于分离附加薄幕光学元件中的一个。
35.根据权利要求33的等离子体加工系统，其中光源包括至少一个多线激光器。
36.根据权利要求33的等离子体加工系统，其中光源包括多个激光器，这些激光器中至少有两个具有不同波长。
37.根据权利要求10的等离子体加工系统，进一步包含用于薄幕光学元件和每个附加薄幕光学元件的快门。
38.根据权利要求37的等离子体加工系统，其中至少一个快门开启让光从中穿过从而成像器件可获取每个光幕上的图像数据，从而可以测量多个平面上的微粒浓度分布。
39.根据权利要求10的等离子体加工系统，其中薄幕光学透镜系统进一步包含至少一个过滤器，该至少一个过滤器用于将来自光源的光分成多个彩色光束，该多个彩色光束中的每一束提供给每个附加薄幕光学元件。
40.根据权利要求39的等离子体加工系统，其中每个过滤器将光分成各自色彩的光束从而不同色彩的光束被提供给薄幕光学元件和每个附加薄幕光学元件。
41.测量等离子体加工系统中的微粒浓度的方法，该系统具有含有等离子体加工区的反应室和用以在反应室中产生磁场的磁场发生器，在对衬底进行等离子体加工过程中，等离子体加工区内有等离子体产生，该方法包含使磁场发生器、薄幕光学元件和成像器件相互定位以接近等离子体；用薄幕光学元件产生光幕以照亮反应室中的微粒；用成像器件获取相应于被照亮的微粒的图像数据；以及获得光幕中微粒的浓度。
42.根据权利要求41的方法，其中磁场改善了等离子体均匀性。
43.根据权利要求41的方法，其中该光幕用于沿反应室中至少一垂直或水平平面照亮微粒。
44.根据权利要求41的方法，其中该光幕用一种色彩的光照亮反应室中的微粒。
45.根据权利要求41的方法，进一步包含用至少一个附加薄幕光学元件产生至少一个附加光幕以照亮反应室中的微粒。
46.根据权利要求45的方法，其中该至少一个附加光幕用于以色彩不同于光幕的光照亮反应室中的微粒。
47.根据权利要求41的方法，其中该光幕用于穿过磁场发生器照亮反应室中的微粒。
48.根据权利要求41的方法，其中该光幕和该至少一个附加光幕用于以不同色彩的光照亮反应室中的微粒。
49.根据权利要求45的方法，进一步包含使所述光幕和所述至少一个附加光幕中的至少一个旋转通过反应室中的多个平面。
50.根据权利要求49的方法，其中旋转包含使所述光幕和所述至少一个附加光幕中的至少一个绕其光轴旋转通过反应室中的多个平面。
51.根据权利要求49的方法，其中旋转包含绕反应室使所述光幕和所述至少一个附加光幕中的至少一个沿圆周扫过反应室中的多个平面。
52.根据权利要求41的方法，其中产生包括产生平行于衬底的所述光幕和所述至少一个附加光幕中的至少一个。
53.根据权利要求49的方法，其中该光幕和该至少一个附加光幕用于以不同色彩的光照亮反应室中的微粒。
54.使等离子体加工系统的等离子体加工室中微粒浓度最小化的方法，包含将要用等离子体加工的衬底或晶片定位在等离子体加工室中；对衬底或晶片执行等离子体加工；获得反应室中微粒浓度；以及调整等离子体加工工艺以将反应室中的微粒减少到预定水平。
55.根据权利要求54的方法，其中获得包括使磁场发生器、薄幕光学元件和成像器件相互定位以接近等离子体；用薄幕光学元件产生光幕以照亮反应室中的微粒；用成像器件获取相应于被照亮的微粒的图像数据；以及获得光幕中的微粒浓度。
56.根据权利要求54的方法，其中调整包括用等离子体泵将微粒从反应室除去。
57.根据权利要求54的方法，进一步包含至少重复一次定位、执行、获得和调整。
58.根据权利要求54的方法，进一步包含加工衬底或晶片。
全文摘要
等离子体加工系统包括能够产生磁场的磁场发生器和能够产生能照亮系统加工室中的微粒的光幕的薄幕光学元件。成像器件可获取相应于被光幕照亮的微粒的图像数据。磁场发生器、薄幕光学元件和成像器件挨个放置以接近等离子体。图像处理器可处理图像数据从而获得光幕中的微粒浓度。测量等离子体加工系统中微粒浓度的方法包括挨个放置磁场发生器、薄幕光学元件和成像器件以接近等离子体，并获得光幕中的微粒浓度。还给出了使反应室中微粒最小化的方法。
文档编号G01N15/02GK1714287SQ200380103544
公开日2005年12月28日 申请日期2003年11月24日 优先权日2002年11月26日
发明者安德烈·S.·迈特洛维克 申请人:东京毅力科创株式会社