通过处理腔室壁内的透明晶体和透明基板进行薄膜原位测量的制作方法

1.本公开内容的实施方式涉及通过处理腔室壁内的透明晶体和透明基板进行薄膜原位测量。


背景技术：

2.处理腔室表面的变化会影响各种处理参数。例如，蚀刻副产物在腔室壁上的再沉积，可能会改变已知的处理的蚀刻速率。因此，当基板在腔室中被处理时，蚀刻速率(或其他处理参数或状态)可能改变并导致基板之间的不均匀处理。
3.目前没有可靠的方法来监测处理腔室内的表面状况，包括衬垫(或内壁)、盖子、静电卡盘(esc)、处理环等的表面。例如，处理腔室的衬垫的化学、物理、及热条件，已知可通过影响衬垫附近脱气的复合，来影响等离子体处理。多种监测方法已在研发中，例如电容或谐振频率监测，但这些方法，尤其是在处理期间，会受到热或无线电噪声的影响。
4.此外，由于缺乏处理中信息，尤其是随着处理设备老化，基板处理会出现低效和/或不准确的情况。例如，在处理腔室中的处理随着时间推移而发生变化之后，处理有时会导致沉积量(例如，沉积厚度)的变化或沉积组成的变化，这两者都可能导致不可接受的处理基板批次必须报废。此外，对于得知何时在处理腔室内运行清洁处理可能是一种猜测(例如，仅基于处理时间)，并且太频繁地进行清洁处理会影响基板产量。其他处理效率不佳或不准确的情况，将更详细地说明。


技术实现要素：

5.在此描述的一些实施方式涵盖包括透明晶体的处理系统，其中透明晶体的至少一部分嵌入在处理腔室的壁和衬垫内。透明晶体具有近端和远端，远端具有暴露于处理腔室内部的远端表面。透明薄膜沉积在该透明晶体的远端表面上，该透明薄膜的化学性质与衬垫的化学性质大致上匹配。该系统进一步包括光谱仪及耦接至该光谱仪的光耦合装置。光耦合装置将来自光源的光透射通过透明晶体的近端，并且将从该远端表面、该透明薄膜的表面、及沉积在该透明薄膜上的处理膜层的表面的组合反射回来的所接收的光，聚焦进入光谱仪。该光谱仪用以检测经聚焦的光内的代表处理膜层的第一光谱。
6.在另外的或相关的实施方式中，处理腔室包括限定处理腔室的内部的壁、附接到壁的内侧表面的衬垫，以及透明晶体，其中透明晶体的至少一部分嵌入壁和衬垫内。透明晶体具有近端和远端，远端具有与壁的内侧表面大致齐平的远端表面。处理腔室进一步包括沉积在透明晶体的远端表面上的透明薄膜。该透明薄膜的化学性质与衬垫的化学性质大致上匹配。来自该壁外的光将穿过该透明晶体，并从该远端表面反射，并从该透明薄膜的表面反射回来穿过该透明晶体的近端。
7.在一些实施方式中，相关方法包括将透明晶体的至少一部分嵌入处理腔室的壁和衬垫内。透明晶体具有近端和远端，远端具有暴露于处理腔室内部的远端表面。该方法进一步包括，在该透明晶体的该远端表面上沉积透明薄膜，该透明薄膜的化学性质与该衬垫的
化学性质大致上匹配。该方法进一步包括在处理腔室内的透明薄膜上沉积处理膜层。该方法进一步包括，由光耦合装置，将来自光源的光透射穿过透明晶体的近端。该方法进一步包括，由该光耦合装置，将从该衬垫的该远端表面、该透明薄膜的表面、及该处理膜层的表面的组合反射回来的所接收的光，聚焦进入光纤电缆。该方法进一步包括，由该光谱仪接收来自光纤电缆的该经聚焦的光，以及由该光谱仪在该经聚焦的光内检测代表该处理膜层的第一光谱。
8.根据本公开内容的这些和其他方面提供了许多其他特征。本公开内容的其他特征和方面将从以下详细描述、权利要求书、及附图中显得更为清楚。
附图说明
9.在所附附图的图中由示例而非限制的方式图解本公开内容，在所附附图中以类似的附图标记指定相似的元件。应当注意，本公开内容中对“一”或“一个”实施方式的不同引用，不一定是相同的实施方式，并且此种引用表示为至少一个。
10.图1是根据一实施方式的示例处理系统的俯视示意图。
11.图2是根据一实施方式的用于监控处理腔室的系统的简化侧视图。
12.图3是图2的系统的侧视图的放大部分，图示出了根据一实施方式的嵌入处理腔室的壁和衬垫内的透明晶体及沉积的透明薄膜。
13.图4a是根据各种实施方式的透明晶体的简化侧视图，用于解释可以相对于衬垫或壁在近端表面和远端表面上形成的角度。
14.图4b是根据一实施方式的不含表面角度的透明晶体的简化侧视图。
15.图4c是根据一实施方式的具有相关尺寸的透明晶体的详细侧视图，包括图4a的一些角度。
16.图5是根据各种实施方式的与计算机建模版本相比的多个不同处理膜层的反射率对波长的曲线图。
17.图6a是根据一实施方式的用于测量透明薄膜上的处理膜层的第一光谱的方法的流程图。
18.图6b是根据一实施方式的用于测量沉积薄膜的第二光谱(没有光的情形)，以与第一光谱一起确定处理膜层的一个或多个光学膜性质的方法的流程图。
19.图7是根据本公开内容的各个方面的使用透明薄膜上沉积的薄膜的一个或多个光学膜性质来改进处理腔室内的处理的方法的流程图。
具体实施方式
20.在此描述的实施方式涉及了干涉式反射计的使用，参考处理腔室的衬垫(或内壁)，来监测处理腔室的条件和/或处理状态的系统和方法。例如，反射计可用于确定沉积在衬垫表面上或靠近并基本上代表衬垫的反射器表面上的薄膜层(例如，处理膜层)的一个或多个光学薄膜性质。这种光学薄膜性质包括但不限于厚度、折射率(n)值、及消光系数(k)值，这些值可用于确定组成材料，如将更详细说明的。在一些实施方式中，在处理腔室内的基板处理期间，会确定处理腔室的处理状态，因此可以涉及适应处理腔室中等离子体的存在。等离子体包括用于蚀刻基板的腐蚀性气体。在其他实施方式中，在处理之前或之后确定
一个或多个光学薄膜性质，因此不需要在主动处理期间补偿现存的等离子体。
21.在各种实施方式中，确定处理腔室的衬垫的状况通常指示处理腔室的表面状况，包括是否存在应该对其进行校正的处理移转(或偏移)，例如对于校准、清洁、或更换处理装置或处理腔室的其他结构。这种处理移转可能会影响处理基板的性能和产量。此外，确定沉积膜层的厚度可以与正在处理的基板上的沉积薄膜相称(如果在处理期间测量)，并且因此可以用于确认适当的沉积速率、数量、以及在处理后的清洁处理腔室的时间和程度。还可以随时间测量和追踪等离子体中的氟含量。进一步的优点包括能够以在基板处理期间对等离子体空间的破坏最小的方式进行反射测量，并减少硬件引起的歪斜和颗粒的风险。本实施方式还涉及对现有衬垫和处理腔室设计的最小修改。
22.更具体地，所公开的系统和方法包括光源(例如，宽带光源)、光谱仪(或用于记录和测量光谱作为分析方法的其他设备)、以及诸如准直器或反射镜的光耦合装置。这些实施方式以及作为所公开系统的一部分的处理腔室，可以进一步包括透明晶体，其至少一部分嵌入在处理腔室的壁和衬垫内。透明晶体可以由透明陶瓷材料制成，也可以由透明材料制成，例如蓝宝石、金刚石、石英、或碳化硅。透明薄膜(或基板)可以形成在暴露于处理腔室内部的透明晶体的表面上。透明薄膜可以经由使用氧化钇、氧化铝、氧化锆、或类似透明合金的原子层沉积(ald)、化学气相沉积(cvd)或等离子体气相沉积(pvd)的预沉积来沉积。在一个实施方式中，透明薄膜与衬垫的表面大致齐平。透明薄膜还可具有与衬垫的化学特性基本匹配的化学特性。
23.具体而言，在透明晶体上形成的透明薄膜提高了反射光的信噪比(snr)及光谱仪的测量精度。例如，当作为单独的结构与衬垫相邻或齐平放置时，透明薄膜可以更佳地控制在透明薄膜上形成的薄膜堆叠。例如，透明薄膜可以被设计用于所需的光学和/或化学性质。所需的光学性质包括在透明薄膜顶部沉积新处理膜层时产生清晰可见的干涉条纹。这可以提高检测灵敏度，从而提高信噪比。所需的化学性质可以包括例如对处理化学物质的高耐化学性，其使透明薄膜的物理或化学变化最小化以最大化寿命。此外，化学性质应反映出衬垫材料的化学性质，以确保透明薄膜上的沉积尽可能模拟衬垫上的沉积。
24.在各种实施方式中，在腔室内的处理期间，光耦合装置可以将来自光源的光引导通过透明晶体，通过透明薄膜，并到达沉积在透明薄膜上的处理膜层。以此方式，穿过透明晶体和透明薄膜的光从它们各自的表面反射回来，并与从沉积在透明薄膜上的处理膜层的表面反射的光结合。该反射的光可以包括与沉积在衬垫上的处理膜层的条件一致的第一光谱。
25.在这些实施方式中，该光耦合装置将该反射的光的组合聚焦到耦接至该光谱仪的光纤电缆中。该光谱仪可以检测代表处理膜层的该经聚焦的光的第一光谱，并且可以用于确定光学薄膜性质。该光谱仪还可以在腔室内的处理期间，在光源关闭时检测该经聚焦的光的第二光谱。该第二光谱对应于该时刻等离子体的光发射光谱(oes)，并且可以从第一光谱中去除以产生能够被处理的反射计信号。
26.例如，系统和方法的实施方式还可以包括耦接至光谱仪的处理装置(或控制器)。该处理装置可适于接收第一光谱和第二光谱，并通过从第一光谱中减去(例如，减去)第二光谱来计算反射计数据。处理装置可以通过将反射计数据除以参考光谱来计算反射计信号，该参考光谱对反射计数据进行归一化。该参考光谱可以在已知条件下获得，例如在系统
的初始安装期间。
27.该处理装置然后可以将反射计信号拟合至薄膜光学模型，以确定包括处理膜层的一个或多个光学薄膜性质的信息。这种光学薄膜性质包括但不限于厚度、折射率(n)值、及消光系数(k)值，以及组合材料，如将详细说明的。在一些实施方式中，可以做出关于所使用的等离子体、预期沉积厚度、估计的先前膜累积等的假设，以便将反射计信号的数据拟合至薄膜模型，以确定处理膜层的组成材料。一种或多种光学薄膜性质又可以通知与处理腔室内执行的处理相关联的某些终点的确定，包括但不限于是否调整沉积速率、何时停止化学品或等离子体的沉积、何时开始清洁处理腔室、何时停止清洁处理腔室、以及一定量的处理偏移或消耗的腔室寿命。
28.在一个实施方式中，例如，该处理装置(或控制器)将透明薄膜上的处理膜层的厚度与基线测量值进行比较，例如，在处理腔室首次进入操作时所获得的基线测量值。如果该值变化超过阈值变化(例如，对于处理膜层的厚度)，则该处理装置可触发处理腔室内的处理以校正处理膜层的沉积速率。除了将说明的其他动作之外，该处理装置还可以改变处理，以恢复处理状态或者可以警告处理腔室的用户有处理移转的情况。
29.图1是根据本公开内容的一个方面的示例处理系统100的俯视示意图。处理系统100包括传送腔室机械手101和工厂接口机械手121，每一个都适合于从电子器件处理系统(例如如图1所示的处理系统100)中的目的地或到电子器件处理系统中的目的地拾取及放置基板110(有时称为“芯片”或“半导体芯片”)。然而，任何类型的电子器件基板、掩模、或其他含二氧化硅的基板(在本文中通常称为“基板”)可以由所公开的机械手传送和转移。例如，基板110的目的地可以是一个或多个处理腔室103和/或负载锁定设备107a、107b中的一者或多者，其可以分布在传送腔室114周围并耦接至传送腔室114。如图所示，例如，基板传送可以通过狭缝阀111。
30.处理系统100还可包括主机102，其包括传送腔室114及至少两个处理腔室103。主机102的外壳在其中包括传送腔室114。例如，传送腔室114可以包括顶壁(未示出)、底壁(底板)139、及侧壁，并且在一些实施方式中，可以保持在真空中。在所描绘的实施方式中，传送腔室机械手101安装到底壁(底板)139。然而，传送腔室机械手101可以安装在别处，例如顶壁。
31.在各种实施方式中，处理腔室103可适于在基板110上执行任何数量的处理。该些处理可包括沉积、氧化、硝化、蚀刻、抛光、清洁、光刻、计量等。也可以执行其他处理。负载锁定设备107a、107b可适于与工厂接口117或其他系统部件对接，工厂接口117或其他系统部件可从基板托架119(例如，前开式标准舱(foup))接收基板110，基板托架119可停靠在例如，工厂接口117的负载端口。工厂接口机械手121(以虚线示出)可用于在基板托架119与每个负载锁定设备107a、107b之间传送基板110。基板110的转移可以以任何顺序或方向进行。在一些实施方式中，工厂接口机械手121可以与传送腔室机械手101相同(或相似)，但可以进一步包括一机构，其允许工厂接口机械手在由箭头123指示的任一横向方向上横向移动。任何其他合适的机械手可以用作工厂接口机械手121。
32.在实施方式中，作为对任何机械手的示例性解释，传送腔室机械手101包括至少一个臂113(例如，机械手臂)及至少一个耦接至臂113的终端受动器115。终端受动器115可由传送腔室机械手101控制，以便从负载锁定设备107a或107b拾取基板110，引导基板110通过
处理腔室103的狭缝阀111的一者，并准确地将基板110放置到处理腔室103的基板支撑件上。
33.在各种实施方式中，一个或多个处理腔室103可以包括透明晶体120，其至少一部分嵌入处理腔室103的壁和衬垫124(例如，内壁)中。在公开的实施方式中，光可以经准直并引导通过透明晶体120以产生反射的光。该反射的光然后可以通过透明晶体120返回，如参考图2-6更详细地说明。该反射的光可被聚焦至光纤电缆中，该光纤电缆耦接至光谱仪125用于光谱分析。光谱仪125可以执行反射测量来确定该经聚焦的光的一个或多个光谱，其可以用于确定在透明晶体的透明薄膜上沉积的处理膜层的至少一种光学性质，无论是在基板处理期间还是之后。
34.控制器109(例如，工具和设备控制器)可以控制处理系统100的各个方面，例如处理腔室103中的气体压力、单独的气体流量、空间流量比、不同腔室部件的温度、及射频(rf)或处理腔室103的电状态。控制器109可以从工厂接口机械手121、传送腔室机械手101、一个或多个传感器和/或处理系统100的其他处理部件接收信号并向其发送命令。控制器109因此可以控制处理的开始和停止，可以调整沉积速率、沉积组合物的类型或混合等。控制器109还可接收和处理来自各种传感器的感测数据。
35.在各种实施方式中，控制器109包括(或耦接至)处理装置130，并且耦接至光谱仪125。处理装置130可以经配置以接收和处理感测数据，包括由光谱仪125执行的反射测量的结果，包括前述的第一光谱和第二光谱。处理装置130可以通过从第一光谱中减去第二光谱来计算反射计信号。该处理装置然后可以将反射计信号拟合至薄膜光学模型，以确定包括该处理膜层的一个或多个光学薄膜性质的信息。根据分析一个或多个光学膜性质的结果，处理装置130(例如，控制器109)可以在处理改变或调整中引导处理腔室103。例如，控制器109可以调整处理参数或设置，例如沉积速率、沉积组合物的类型或混合、在处理腔室内执行清洁处理的时间、以及将执行参考图7更详细地描述的其他动作。
36.控制器109和/或处理装置130可以是和/或包括诸如个人计算机、服务器计算机、可编程逻辑控制器(plc)、微控制器等的运算装置。控制器109和/或处理装置130可以包括(或者是)一个或多个处理装置，其可以是通用处理装置，例如微处理器、中央处理单元等。更具体地，处理装置可以是复杂指令集运算(cisc)微处理器、精简指令集运算(risc)微处理器、超长指令字(vliw)微处理器、或实现其他指令集的处理器或实现指令组合的处理器。处理装置还可以是一个或多个专用处理装置，例如专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)、网络处理器等。控制器109和/或处理装置130可以包括数据储存器装置(例如，一个或多个磁盘驱动器和/或固态驱动器)、主存储器、静态存储器、网络接口、和/或其他部件。处理装置130可执行指令以执行本文描述的方法和/或实施方式中的任何一个或多个。指令可以存储在计算机可读存储介质上，该计算机可读存储介质可包括主存储器、静态存储器、辅助储存器和/或处理装置(在指令执行期间)。
37.图2示出了根据本文的一个方面的用于监控处理腔室的系统200的简化侧视图。系统200可以包括例如具有衬垫124的处理腔室103，如图1所示。处理腔室103可以包括壁222，衬垫124附接到该壁222。衬垫124专门设计成对处理化学物质具有高耐化学性，从而使衬垫的物理或化学变化最小化，从而使寿命最大化。此外，透明晶体120的至少一部分可以嵌入壁222和衬垫124内，如图所示。透明晶体120可以由透明陶瓷材料制成，也可以由耐用的透
明材料制成，例如蓝宝石、金刚石、石英、碳化硅、或其组合。
38.在实施方式中，系统200还包括光源201(例如，宽带光源或其他电磁辐射源)、光耦合装置204(例如，准直器或反射镜)、光谱仪225、控制器109、以及处理装置130。光源201和光谱仪225可以通过一个或多个光纤电缆232光学耦接至光耦合装置204。
39.在一实施方式中，光源201是限于200-800纳米(nm)波长范围的闪光灯，是脉冲氙光源，并且在开环内的全波长范围内具有小于0.5％的sigma闪光功率变化。在其他实施方式中，波长范围可以进一步变化，例如，可以设置在近红外波长附近。光源201的可变功率控制可以在45％和100％之间，同时在至少一年的寿命期间提供小于8％的功率降低，这可以提供超过十亿次的闪光。为具有不同能力和波长的光源201设想了另外的或不同的实施方式。
40.在各种实施方式中，光耦合装置204可适于在沿着一光路的两个方向上准直或以其他方式传输光。第一方向可以包括来自光源201的光，其经准直并通过透明晶体120传输到处理腔室103中。第二方向可以是来自透明晶体120的反射的光，其传回到光耦合装置204中，这将参考图3更详细地说明。反射光可以被聚焦到光纤电缆232中，并且因此在沿着光路的第二方向上被引导到光谱仪225。此外，光纤电缆232可以耦合在光谱仪225与光源201之间，用于在光源201、到透明晶体120，及回到光谱仪225之间有效地传输光。
41.在一实施方式中，光谱仪225还具有200-800nm波长范围、小于2nm半峰全宽的波长分辨率、至少16位的动态范围、小于32计数的本底噪声，以及6毫秒(ms)或更快的采样率。与光源201相比，光谱仪225可能需要以相同的时间表或更长的时间进行校准。光谱仪225可以适于检测从光耦合装置204接收的反射的光的光谱，例如，从透明晶体120反射回来并由光耦合装置204聚焦到光纤电缆232中的光。
42.在各种实施方式中，控制器109包括或耦接至处理装置130，并且包括或耦接至存储器134或其他计算机储存器。控制器109可以均耦接至光源201、光谱仪225、及处理腔室103。控制器109可以引导光源201闪烁，然后从光谱仪225接收第一光谱。当光源201关闭时，控制器109还可保持光源关闭，并从光谱仪225接收第二光谱。第二光谱可以代表处理腔室内的等离子体或化学处理的oes。处理装置130可以从第一光谱中减去第二光谱以确定某一时刻的反射计信号。处理装置130然后可以将反射计信号数学地拟合至一个或多个薄膜模型，以确定沉积在透明晶体120的透明薄膜上的处理膜层的一个或多个光学薄膜性质。
43.在一些实施方式中，一个或多个光学薄膜性质包括沉积膜厚度以及折射率(n)及消光系数(k)值。折射率是真空中的光速与处理膜层中的光速的比率。消光系数是处理膜层吸收多少光的测量值。处理装置130可以使用n值和k值来确定处理膜层的组成。处理装置130可进一步经配置以分析一个或多个光学膜性质的数据，并基于该分析在处理腔室103内触发新处理或更新当前处理。这样的更新可以包括警报，并且将参考图7更详细地说明。
44.图3是根据一实施方式的图2的系统的侧视图的放大部分，图示出了嵌入处理腔室303的壁222和衬垫124内的透明晶体120。透明晶体120可具有近端和远端，近端具有接收来自光耦合装置204的光的近端表面120a，且远端120b具有远端表面120b以将光穿过近端表面120a反射回光耦合装置204。在一个实施方式中，透明晶体120的远端表面120b可靠近处理腔室303，且可制成与壁222的内侧表面大致齐平。
45.在各种实施方式中，透明晶体120的形状可以像插塞(例如，插塞形状)并且包括轴
301和与轴301一体形成或附接到轴301的凸缘305。该插塞可以是蓝宝石插塞、金刚石插塞、石英插塞、或碳化硅插塞。轴301和/或凸缘305可以是方形、矩形、圆柱形、或其他形状。为简化说明，轴301和凸缘305均显示为圆柱形。如所述的，透明晶体120可以由诸如蓝宝石、金刚石、石英、碳化硅等的透明宝石制成，以提供抗变化和反射光的硬质材料。轴301可以嵌入壁222和衬垫124内，使得远端表面暴露于处理腔室303的内部。
46.凸缘305可以抵靠壁222的外侧表面。在一个实施方式中，密封件313位于凸缘和壁222的外侧表面之间。密封件313可以是例如o形环密封件、矩形密封件或垫圈密封件、球状密封件等。密封件313的材料可以是丙烯二烯单体、含氟弹性体等。凸缘305可具有与密封件313物理接触的内侧表面，其中内表面包括小于20纳米的表面粗糙度(ra)，或至少80/50的划痕值，此为用于表面粗糙度的光学规格。凸缘305的高度光滑的内侧表面可以帮助在处理系统100、200外部的不太清洁的大气与处理腔室303的高度清洁的过滤空气之间提供紧密密封，该处理腔室303也可以在真空下。
47.在各种实施方式中，透明薄膜307可以，例如经由原子层沉积(ald)，而沉积到透明晶体120的轴301的远端表面120a上。在一些情况下，在透明晶体120嵌入壁222和衬垫124内之前，透明薄膜307沉积在透明晶体120上。透明薄膜307可以暴露于处理腔室303的内部。在一些实施方式中，透明薄膜307与衬垫124大致齐平，并且如前所述地被制成具有与衬垫的化学性质大致匹配的化学性质。在各种实施方式中，透明薄膜307是氧化钇、氧化铝、氧化锆、或其组合，以制造类似的透明合金。在一个实施方式中，透明薄膜307是氧化钇，厚度在10nm到1微米(μm)之间，例如270nm厚，并且被沉积到已知厚度，这有助于分析反射光。
48.在各种实施方式中，仔细控制透明薄膜307的沉积处理(例如，ald)以确保它模仿衬垫124的材料，但处于不同的物理状态，例如更光滑和更平坦，以利于光从其表面反射。如此，透明薄膜307以提供腔室精确条件的方式反射光，并且薄度和光滑度增加了远端表面的信噪比(snr)，有利于测试在处理腔室303内的更薄的处理膜层309。透明薄膜307还能钝化并保护透明晶体120的材料，允许昂贵的透明晶体120在处理腔室303的腐蚀性处理环境中持续更长时间。
49.在一些实施方式中，在处理腔室303内的处理期间沉积处理膜层309(例如，处理薄膜层)。处理膜层309可以包括膜堆叠，其将由光谱仪225测量。光耦合装置204可以将由光源201提供的光的准直，并且引导准直光304a穿过透明晶体120的近端表面120a，例如凸缘305的外侧表面。该入射光接着从透明晶体的远端表面120b(例如，轴301)、透明薄膜307的表面、及处理膜层309的表面反射开。这三个反射的光源返回到一起，显示为反射光304b，并返回到光耦合装置204。光耦合装置204可以将反射的光聚焦到光纤电缆232中，以进入光谱仪进行测量(见图2)。
50.每个界面(例如，上述三个表面)处的返回光信号都可以在光学上组合，导致相长干涉和相消干涉。这种干涉的确切性质取决于每一层的相对厚度，例如透明晶体120、透明薄膜307、及处理膜层309(或膜堆叠)。光谱仪225测量的最终结果(并且在归一化到初始参考之后)是具有干涉条纹的光谱。这些条纹可以与数学薄膜模型拟合，然后可以确定处理膜层309的一个或多个薄膜光学参数，例如厚度、n、及k值。n与k值可用于确定组成材料。因此，了解透明薄膜307的确切初始厚度和光学性质有助于将光谱拟合至薄膜模型。
51.图4a是根据各种实施方式的透明晶体420的简化侧视图，其目的是解释可以相对
于衬垫122或处理腔室303的壁222，在近端表面420a(或第一面)和远端表面420b(或第二面)上形成的角度。请注意，为了便于解释，图4a中的线和角度被放大并且因此没有按比例绘制。
52.作为提醒，透明晶体120的远端表面120b可以与处理腔室303的壁222大致齐平。来自近端表面120a的背反射，可能对传感器信号没有贡献，并降低了光谱仪225检测的有效动态范围。因此，透明晶体120可以设计为具有相对于入射准直光404a略微倾斜的第一角度(θ1)。第一角度(θ1)可以例如在二(“2”)和五(“5”)度之间。在一个实施方式中，第一角度(θ1)是三(“3”)度。
53.已穿过的光经折射(例如折射光404b)，因此用于最大反射的近端表面420b的最佳角度可以垂直于该折射光束。在一个实施方式中，该最佳或第二角度(θ2)可以在0.8度与1.8度之间。在一个实施方式中，第二角度(θ2)为1.3度。请注意，θ1等于θ
12
θ
13
。此外，斯涅耳定律(snell’s law)要求：
54.n1sinθ1＝n2sinθ
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0055][0056]
如等式1和2所示。等式3表示远离远端表面420b的最大反射。
[0057]
θ2＝θ
13
＝θ
1-θ
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0058]
因此，如果透明晶体仅作为示例由蓝宝石制成，则以下可能会导致以下近似最佳角度：
[0059][0060]
θ2≈1.3
°
假设θ1＝3
°
，n2＝1.8(蓝宝石)。
[0061]
如果选择不同的第一角度(θ1)，则第二角度(θ2)如等式4所确定的可能不同。在替代实施方式中，该些光学部件(例如，至少光耦合装置204可以倾斜第一角度(θ1))以使入射光对于近端表面420a是最佳的。近端表面420a因此可以相对于处理腔室的壁保持无角度，并且远端表面420b可以稍微倾斜以最大化远离远端表面420b的反射。或者，光耦合装置204可倾斜第二角度(θ2)，并因此相对于远端表面420b处于最佳角度。在此实施方式中，远端表面420a可以相对于壁无角度，然后近端表面420a可以以微小角度倾斜，以减少入射准直光404a的背反射。
[0062]
图4b是根据一实施方式的不包括表面角的透明晶体的简化侧视图。因此，近端表面420a和远端表面420a是平坦的，并且在它们各自的表面中没有设计角度。用于透明晶体的这种类型的插塞更容易制造，但由于来自近端表面420a的背反射，可能会受到降低的动态范围和灵敏度的影响。
[0063]
图4c是根据一实施方式的具有相关尺寸的透明晶体的详细侧视图，包括图4a的一些角度。在图4c中，透明晶体420包括具有大约三度的第一角度(θ1)的近端表面420a。透明晶体420还可包括具有大约1.3度的第二角度的远端表面。第一角度和第二角度的最佳范围的变化是预期的，并且可以根据等式4给定选定的第一角度来计算。尽管图4a和图4b的透明晶体420的设计和制造更复杂，其具有更好的动态范围和对远端表面420b上的膜沉积的敏
感性。
[0064]
图5是根据各种实施方式的与计算机建模版本相比的多个不同处理膜层的反射率对波长的曲线图。请注意，不同的处理膜层的厚度不同并导致相应不同的反射率信号。每个实验(实曲线)包括相应的仿真模型(虚曲线)。该曲线图因此说明可以分析反射率信号(或反射计信号)以确定处理膜层的厚度。
[0065]
图6a是根据一实施方式的用于测量透明薄膜上的处理膜层的第一光谱的方法600a的流程图。方法600a可以用参考图1-4a描述的部件来执行，这将是显而易见的。尽管以特定的顺序或次序显示，除非另有说明，否则可以修改处理的顺序。因此，所显示的实施方式应理解为仅作为示例，而所说明的处理可以以不同的顺序执行，并且一些处理可以并行地执行。此外，在各种实施方式中可以省略一个或多个处理。因此，并非在每个实施方式中都需要所有处理。其他处理流程也是可能的。
[0066]
在操作610，方法600a可以包括提供嵌入处理腔室的壁和衬垫内的至少一部分的透明晶体120。透明晶体120具有近端和远端，远端具有暴露于处理腔室内部的远端表面。嵌入在壁和衬垫内的该部分的透明晶体120可以是轴301，如图3所示。透明晶体120可以是蓝宝石、金刚石、或其他足够硬且足够透明的晶体中的一种。
[0067]
在操作615，方法600a还可以包括使用原子层沉积(ald)在透明晶体120的远端表面上沉积具有与衬垫的化学性质基本匹配的化学性质的透明薄膜。该透明薄膜可以是氧化钇、氧化铝或氧化锆或类似合金的薄膜，并且具有已知的厚度。可以在将透明晶体120嵌入处理腔室的壁和衬垫之前，执行在操作615中进行的沉积。
[0068]
在操作620，方法600a继续于，在处理腔室内的透明薄膜上沉积处理膜层。该处理膜层可以是基于化学或等离子体的沉积薄膜层，并且在清洁处理腔室之前，有时可以包括具有累积底层的膜堆叠。
[0069]
在操作625，方法600a继续于，由光耦合装置将来自光源的光透射穿过透明晶体的近端。光源201可以是闪光灯，且参考图2进行详细说明。光耦合装置204可以是准直器、反射镜、或反射镜组，并且参考图2-3进行详细说明。
[0070]
在操作630，方法600a继续于，由该光耦合装置，将从该远端表面、该透明薄膜的表面、及该处理膜层的表面的组合反射回来的所接收的光，聚焦进入光纤电缆。这三种不同的反射光可以根据这三个不同层的厚度而建设性地和破坏性地相加，如参考图3所述的。
[0071]
在操作635，方法600a可以继续由光谱仪接收来自光纤电缆的经聚焦的光，如参考图2详细叙述的。在操作640处，方法600a可以继续于，由该光谱仪在该经聚焦的光内检测代表处理膜层的第一光谱。
[0072]
图6b是根据一个实施方式的方法600b的流程图，其用于测量沉积的薄膜的第二光谱(没有光的情形)以与第一光谱一起确定处理膜层的一个或多个光学膜性质。方法600b可以用参考图1-4a描述的部件来执行，这将是显而易见的。尽管以特定的顺序或次序显示，除非另有说明，否则可以修改处理的顺序。因此，所说明的实施方式应理解为仅作为示例，并且所说明的处理可以以不同的顺序执行，并且一些处理可以并行执行。此外，在各种实施方式中可以省略一个或多个处理。因此，并非在每个实施方式中都需要所有处理。其他处理流程也是可能的。
[0073]
在操作650，方法600b包括当光源关闭时由光谱仪检测来自该经聚焦的光的第二
光谱。该第二光谱可以是在测量第一光谱时的处理腔室的oes。
[0074]
在操作655，方法600b可以继续于，由处理装置接收该第一光谱和该第二光谱。该处理装置可以是图1-2所示的处理装置130或控制器109。
[0075]
在操作660，方法600b可以继续于，由该处理装置，从第一光谱中减去第二光谱以生成反射计数据。当处理腔室中没有等离子体，也可以在没有该步骤的情况下生成该反射计数据，并且因此第一光谱的测量是在以等离子体为主的处理之前或之后。在操作665，方法600b可以继续于，由该处理装置，将光谱数据除以参考光谱以生成反射计信号。参考光谱可以在已知条件下获得，例如在系统的初始安装期间。该除法可以将光谱数据归一化为光谱信号，该光谱信号能够助于与沉积的处理膜层密切相关的分析。
[0076]
在操作670，方法600b可以继续于，由该处理装置，将该反射计信号拟合至薄膜光学模型，以确定包括该处理膜层的一个或多个光学膜性质的信息。一个或多个光学膜性质可以是膜厚度、n和k的值、和/或处理膜层的组成材料。
[0077]
图7是根据本公开内容的各个方面的方法700的流程图，该方法700使用透明薄膜上的处理膜层的一个或多个光学膜性质来改进处理腔室内的处理。方法700可由处理逻辑执行，其可包括硬件(电路、专用逻辑等)、软件(例如在通用计算器系统或专用机器上运行)、固件或其某种组合。例如，方法700可以由控制器109(例如，处理装置130)执行，因为这些部件在本文中被引用。在实施方式中，可以在控制器109的存储器134内存储各种基线或阈值(例如厚度或n和k的变化)并针对特定组成编索引。这些值可以通过于此所述的各种方法700进行比较来使用。尽管以特定的顺序或次序显示，除非另有说明，否则可以修改处理的顺序。因此，所说明的实施方式应理解为仅作为示例，并且所说明的处理可以以不同的顺序执行，并且一些处理可以并行执行。此外，在各种实施方式中可以省略一个或多个处理。因此，并非在每个实施方式中都需要所有处理。其他处理流程也是可能的。
[0078]
参照图7，方法700可以开始于该处理逻辑处理反射计信号以将该反射计信号拟合至薄膜光学模型，以确定沉积在透明薄膜307上的处理膜层309的一个或多个光学膜性质(例如，厚度、n和k的值、和/或材料组成)(步骤710)。当在处理腔室内处理基板期间进行测量时，方法700可以继续于处理逻辑确定厚度是否符合该处理膜层的基线测量值，例如，已知处理膜层309的组成(步骤715)。如果是，则存在匹配，则方法700可以继续于处理该处理腔室内的基板(步骤705)。如果不匹配，则方法700可以继续于，该处理逻辑基于厚度比较，确定处理膜层309的沉积速率的变化超过阈值变化(步骤720)。
[0079]
在各种实施方式中，该阈值变化可能足以值得沉积处理中的改变。任何这样的阈值变化可能是特定于该应用，并且可以根据需要多少变化来引起处理偏移来凭经验确定。此外，被监控的处理可以是蚀刻、沉积等。方法700可以继续于，该处理逻辑触发该处理腔室内的处理，以校正该处理膜层的该沉积速率(步骤725)。以这种方式，方法700的这一部分可以使用与随着时间的基线测量值相比较的差分测量，来确定该处理腔室的处理是否已经随着时间移转(或偏移)。
[0080]
方法700可以类似地继续于，该处理逻辑确定处理膜层309的材料组成是否匹配预期沉积在透明薄膜上的基线组成(步骤730)。如果是，则存在匹配，则方法700可以继续于处理该处理腔室内的基板(步骤705)。如果不存在匹配，则方法700可以继续于，该处理逻辑发送反馈信号至控制器109(或具有与处理系统操作员的接口的其他计算装置)，以报告由于
在处理腔室中检测到的处理移转而导致的错误(步骤735)。可以在检测到的组成已经偏移预期组成的事实中检测到处理移转。在一个实施方式中，可以在处理系统不活动时执行方法700的这一部分。
[0081]
在一些实施方式中，在处理腔室内的处理基板期间或之后，方法700可继续于处理装置确定透明薄膜上的处理膜层是否已达到累积限制(例如，对符合规范内的需要的累积厚度的限制)(步骤740)。如果不是，则方法700可以继续于处理该处理腔室内的基板(步骤705)。如果是，则方法700可以继续于处理逻辑触发处理腔室以启动处理腔室中的清洁处理(步骤745)。该清洁处理可能旨在清洁该处理装置及组合膜的表面，以改善未来的处理结果，及/或使处理装置恢复到特定规格。该清洁处理也可能需要等离子体处理，因此也可能有一个oes来减去在光源打开的情况下确定的光谱，以确定该反射计信号。
[0082]
在各种实施方式中，方法700可以继续，在由操作745触发的这种清洁处理期间，确定处理膜层是否已经被去除至预定阈值厚度(步骤750)。这个确定可以是检查处理膜层是否已被清洁处理充分减少。一旦处理膜层已被去除至或超过预定阈值厚度，方法700可继续于，该处理逻辑触发该处理腔室以结束在该处理腔室中执行的清洁处理(步骤755)。一旦完成，方法700可继续于，处理该处理腔室内的基板(步骤705)。
[0083]
已设想了图7的方法700的附加或类似方法。例如，在处理腔室内处理基板期间，处理逻辑可以检测处理膜层已经达到透明薄膜307上的厚度的阈值水平的时刻。该处理逻辑可以进一步触发在该处理腔室内沉积该沉积膜层的沉积处理的结束。该处理逻辑可以作出与此类似的其他决定，以更新该处理腔室的处理或处理状态以提高基板产量、质量、和/或减少生产偏移。
[0084]
根据进一步的实施方式，在一些情况下，处理腔室可以在处理每个基板(或基板组)之后或以一些其他周期执行清洁处理。该处理逻辑可以准确地确定在透明薄膜307的远端表面120b或420b上达到该清洁的终点的时刻。然后它可以向处理腔室发送一触发以停止清洁并继续下一步，从而提高产量。如果远端表面120b或420b的清洁速率与腔室的其余部分不同，则可以预先以该差异表现特征，并经由控制器109中的查找表进行补偿。
[0085]
前面的描述阐述了许多特定细节，例如特定系统、部件、方法等的示例，以提供对本公开内容的若干实施方式的良好理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实现本公开内容的至少一些实施方式。在其他情况下，众所周知的部件或方法没有详细描述或以简单的方块图格式呈现，以避免不必要地使本公开内容不清楚。因此，所阐述的具体细节仅仅是示例性的。特定实施方式可以与这些示例性细节不同，并且仍然被预期在本公开内容的范围内。
[0086]
在整个说明书中对“一个实施方式”或“一实施方式”的引用，表示结合该实施方式描述的特定特征、结构或性质被包括在至少一个实施方式中。因此，本说明书各处出现的用语“在一个实施方式中”或“在一实施方式中”不一定都指代相同的实施方式。此外，用语“或”旨在表示包含的“或”而不是排他的“或”。当在本文中使用用语“约”或“大约”时，这旨在表示所呈现的标称值精确在
±
10％以内。
[0087]
尽管以特定顺序示出和描述了本文方法的操作，但是可以改变每种方法的操作顺序，从而可以以相反的顺序执行某些操作，从而可至少部分地执行某些操作，或与其他操作同时进行。在另一个实施方式中，不同操作的指令或子操作可以是间歇和/或交替的方式。
[0088]
应理解的是，以上描述旨在说明性而非限制性。在阅读和理解以上描述后，许多其他实施方式对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，本公开内容的范围应当参考所附权利要求书以及这些权利要求书所享有的等同物的全部范围来确定。