TWI379074B - Calibration method of a radiometric optical monitoring system used for fault detection and process monitoring - Google Patents

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I379Q74 修正版修正曰期：2012/08/24 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 更呈於準確光學發射_測量的獲得。 使用#罐驻罢在故障偵測及過程監測中 使用先5曰裝置之輻射杈準系統及方法。 【先前技術】 在半導體加工領域，為了從晶片 ::在半導體晶片上選擇性地移除或沈積材二體 曰曰片移除材料透過使用某種類型的蝕刻加 且包括反應離子蝕刻、深離子蝕刻、? ' 刻。在4上沈積材料可以包括化學和物理氣相沈積 相沈積、電子束物理氣相沈積、賤錢 、 耀此積、脈衝鐳射沈積、 为子束^ “速氧氣沈積。其他移除和 的。這樣的處理是緊密控制的，並且在密封的加工 完成。因為確實數量的㈣沈積在基底晶片上或者從其上 移除’其j展必彡 1連續地並且準確地監測以财確定停止 時間或特定處理的終點。光學監測腔體處理是—種非常有 用的工具’用於確枝行中處理的階段或終點。例如，透 過對腔^中目標發射或反射預定波長的光進行光譜分析， 可為特定的已知發射線對腔體内部進行光學監測。傳統的 方法包括光學發射光譜法（_cal emission spectn)sc〇py， OES)、吸收光譜法、反射計法f。典型地，光學感測器或 光源放置在腔體外部並且鄰近視口或視窗，具有對待觀察 6 I379Q74 修正板修正日期：2012/08/24 腔體中目標區域有利的點。 光學監測腔體處理存在的一個問題是，在很多這此處 理過程中難於或者不可能準確測量絕對數值。這根本上是 由於光學路徑中污染物的積聚’例如進行光學測量視窗的 污濁。因而，現有技術中已知的校準處理在大範圍上主要 包含對這些未解決問題的考慮。雖然可以使用寬頻校準光 源在整個光譜範圍内對攝譜儀及其相關攝譜探測器進行校 準，這種準確等級有時被認為是過度的’因為視窗將基本 I 上立刻開始污濁，從而降低後續光學測量的準確性。由於 光學視窗變得污濁，有時假定其傳輸在攝譜儀的整個光言普 範圍上基本是均勻影響的。從而，可以透過不依賴於處理 和診斷演算法中的絕對數值在某種程度上補償报多視窗污 濁的缺點。從而’很多測量過程利用相對數值的比較而非 絕對數值的比較。現有技術強調對與加工氣體相關特定光 譜的測量準確性以及對視窗上污染物影響的測量準確性。 • McAndrew 等人所著名稱為 “Method f0r calibration 〇f a Spectroscopic Sensor” 的美國專利 N〇 583523〇 公開了一 種系統，利用具有至少一個具有光透射視窗的光埠（或光 人口和光出口）的測量單元，光束沿著測量單元中的内部 光路經過透射視窗。該校準系統還具有光腔體，其包含光 源以及探測器，光源用於產生穿過光人口進人單元的光 束，探測器用於測量穿過光出Dα , 士 工扣口離開早兀的光束。進氣口 與光腔體相連，將包含已知遭度氣體類型和運載氣體的校 準氣流引入到光腔體。然後執行校準氣流的光譜測量。使 7 I379Q74 v - 修正版修正日期：2012/08/24 - 用該校準系統，可以實現攝譜儀相對於各種濃度的特定氣 體類型和運載氣體的光譜校準。

Smith 等人所者名稱為 Method and Apparatus for Monitoring Plasma Processing Operations ’，的美國專利 No.6246473公開了 一種儀器和校準方案，用於等離子腔體 中視窗内和外表面的原地測量。該儀器包含視窗監測或校 準模組，以便確定視窗内表面對等離子加工過程中從加工 腔體發射的光的影響，如果這種影響存在的話。該校準意 ^ 圖致力於波長漂移、強度漂移或者兩者，其與等離子加工 上獲得的光發射資料有關。本質上，校準設備具有雙光路， 一個光路用於對從加工腔體内側發射、穿過視窗的光進行 光學監測’另一個光路用於獲得從校準光源反射的光，用 於評估視窗内表面的狀態。校準光源（或多個光源）位於 外部並且投射反射裂開視窗表面的經校準的光，用於對視 窗進行傳輸比較。透過參考將專利5835230和6246473兩 • 者整體結合至此。 在其他不足當中，這些參考文獻都沒有致力於與沿著整個 • 光路、從腔體内側到攝譜感測器系統的校準相關問題。而 且，現有技術校準技術極大地依賴於當地基本標準校準光 ' 源的使用。 【發明内容】 本發明關於一種在故障偵測及過程監測中使用的光譜 設備之輻射校準系統和方法。首先，基於各種標準選擇參 8 I379Q74 修正版修正日期：2012/08/24 考攝譜儀，例如剛性、穩定性和操作設計因素。在初始校 準階段，將參考攝譜儀的回應校準到當地基本標準（可追 溯到穩定的公認標準經校準的光源，或者作為替代，與可 追溯到公認標準的未校準光電探測器一起使用的未校準穩 定光源）。挑選的參考光源至少包括：用於將光色散為光譜 的色散元件、用於將來自攝譜儀的光譜光轉換為未加工（未 校準）光譜強度資料的光學探測器、以及處理能力（用於 將未加工光譜強度資料轉換為經校準資料的軟體和/或固 件）。攝譜儀光學路徑中的任何氣體通路應當清除氧氣或者 空氣流通以避免在光學路徑中積聚臭氧。當地基本標準校 準光源典型地包括燈及電源，可以是任何類型的但是應當 設計用於校準攝譜裝置並且具有可以追溯到公認標準（例 如由美國國家標準和技術研究院（National Institue of Standards and Technology，NIST)發佈的標準規範）的強度 和精確度。而且，標準校準光源實際上可以是設計用於特 定目的的兩個或多個單獨的標準校準光源。例如，用於執 行強度校準的一個或多個標準光源和用於進行波長校準的 一個或多個標準光源。最佳地，標準校準光源的帶寬應當 包含參考攝譜儀的光譜範圍。 校準階段的初始步驟典型地在攝譜儀的製造者處完 成，但也可以在最終用戶處完成並且如下進行。由參考攝 譜儀回應於接收來自當地基本標準校準光源光產生的未加 工光譜資料。透過將未加工光譜資料與對於當地基本標準 校準光源的已知光譜資料進行比較，可以對參考攝譜儀產 9 I379Q74 ::;參考輪出校正係數。這些參考輸出=::: =:=，用於將未加工光譜資料轉換為與= 校準知強度相匹配的經校準光譜資料。一旦 攝譜儀將對其光譜範圍内的任意光源產生 的“挪置。因而參考攝譜儀 攝譜儀的回應被使用於將-個it:;攝 = = =:=:準。參考攝譜儀和量產攝譜 . 參考先源的光譜輕射並且回庫於井而甚吐 早獨的輸出。最佳地，量產參考光源册，生 於量產攝譜儀的光譜範圍 源不^、應虽類似 而且不需要已知先的精確先:強要:校準先源’ 者摄罐扁、、住* 度口為这些貧訊將由泉 收來是，參考和量產攝譜儀同時接 的需要。可二 除對已知強度穩定光源 先後祕猶、、如果置產參考光源相對穩定，則可以 校準輸出譜儀的輸出。將量產攝譜儀的未 上出校，可 =強度。一旦校準完成，量產攝譜儀將以 二先源產生定量的光譜測量（類似於參考攝碰 光源。Ά意’完成量產攝譜儀的校準沒有使用標準校準曰 =可以透過類似方式校準其他的量產攝譜儀。透= 更重要的，便利於的比較，甚至 个⑽疋㈣父準的攝譜儀從不 I379Q74 修正版修正日期：2012/08/24 * 同加工腔體獲得的結果之定量比較。 如果需要，應當以預定間隔或者在預定的使用次數之 後，對照當地基本標準檢查參考攝譜儀的完整性並且重新 校準。也可以檢查校準之間的改變量。如果漂移量在預定 等級以上，參考攝譜儀和/或標準校準光源的穩定性應當受 到關注，並且應當對校準系統執行日常保養。 依照本發明的其他實施例，量產攝譜儀和光學耦合系 統可以作為一個單元進行校準。透過如此處理，可以針對 I 由增加光學辆合系統產生通過量的任意變化校準攝譜儀之 ' 回應。再次，光學路徑中的所有空氣通路應當清除氧氣或 者空氣流通以避免在光學路徑中積聚臭氧。如果耦合系統 使用光纖，為了校準應當完全相同地安排光纖，因為其將 與量產腔體一起配置。如果在初始校準階段不知道量產構 造，那麼可以記錄用於校準的光纖佈置並且和校準資料一 起發送到製造機構。透過這種方式，量產操作者可以與初 φ 始校準階段完全相同的佈置對光纖和量產腔體進行配置。 由於運輸或者光纖對加工腔體的重新配置，仍然可能出現 通過量的輕微變化。因而，依照本發明的再一個例示性實 施例，最初作為一個單元一起校準的量產攝譜儀和光學柄 * 合系統可以進行微調以解決運輸或重新配置的改變。而 且，這一微調校準階段也將解決由耦合到加工腔體單元產 生的通過量變化。希望的是，校準階段這個步驟在製造機 構完成，通常由等離子腔體操作者完成。在此可以假設， 來自初始校準階段的任何校準變化在攝譜儀整個光譜範圍 11 I379Q74 • 修正版修正日期：2012/08/24 • 上應當是怪定的。因而，單波長光源（或窄帶光源）是充 分的。最佳地，如果使用單波長，應當選擇光源使得波長 在將執行過程測量有用光譜範圍的一部分中。微調校準階 段開始於定位單波長光源使得光必須穿過由攝譜儀探測的 窗口。光源應當位於每個加工腔體完全相同的位置，從而 可以在不同腔體上隨意複製校準結果。保證可重複對準的 一種機構是透過使用放置光源的對準/定位夾具。保證可重 複結果的另一個機構是在預定位置產生光腔體，用於在位 ^ 於加工腔體相對於視窗的壁上永久地安置光源。光腔體應 ' 當具有光腔體視窗以保護光源，並且進一步包含可以在加 工期間關閉的窗板以保護光腔體視窗避免受到等離子和加 工腔體中存在的其他污染物的損害。 可選擇的以及依照本發明的再一個例示性實施例，上 面討論的攝譜儀校準可以整體在製造機構完成。從而，量 產攝譜儀經由光學耦合系統耦合到加工腔體。在此，目的 φ 不僅是為了校準量產的攝譜儀，而且也校準由與攝譜儀相 關光學系統任意部分產生的任意通過量變化，包括加工腔 體内的部分。校準總的來說如上所述進行，首先將當地基 ' 本標準校準光源放置在加工腔體中等離子光對於腔體視窗 • 最可見的位置（或者在單獨光源腔體中鄰近加工腔體）。然 後總的來說如上面所討論的校準攝譜儀、光學耦合系統和 加工腔體。可以對耦合到單獨加工腔體的每個攝譜儀重複 該過程。作為結果，然後可以將單獨的攝譜儀校準到當地 基本標準，但其校準解決了由與攝譜儀相關的光學系統任 12 I379Q74 v ' 修正版修正日期：2012/08/24 ' 意部分造成的通過量變化，包括加工腔體内的部分。 最佳地，可以如上所述校準參考攝譜儀並且參考攝譜 儀的回應用於校準其他攝譜儀。最初，選擇參考攝譜儀並 且將其耦合到加工腔體，用於從位於加工腔體内或者在單 獨光源腔體中鄰近加工腔體的當地基本校準光源接收光。 然後參考攝譜儀的輸出回應可以用作第二標準，用於在後 續校準中使用不同光源校準一個或多個量產攝譜儀。在這 部分校準過程中，量產參考光源取代當地基本標準校準光 ^ 源。量產攝譜儀光學耦合到具有參考攝譜儀的腔體。最佳 ' 地，量產攝譜儀配置為，其將用於監測來自腔體的光譜。 參考和量產攝譜儀同時接收來自量產光源的光。然後可以 如上所述將量產攝譜儀的輸出校準到參考攝譜儀的回應。 然後參考攝譜儀可以從腔體移除，並且用於如上所述僅使 用量產參考光源校準耦合到其他腔體的其他量產攝譜儀。 應當將光纖和其他光學耦合元件仔細地排列為在每個腔體 φ 上與參考攝譜儀完全一致的位置。可以對照第二標準、參_ 考攝譜儀的輸出週期性地檢驗量產參考攝譜儀的完整性， 透過將參考單元耦合到加工腔體並且將其輸出與加工腔體 ' 對相同光源的輸出進行比較。可選擇的，與僅依賴於對每 - 個腔體一次校準到當地基本標準，參考攝譜儀可以對每個 腔體重新校準到當地基本標準校準光源。然後，來自參考 攝譜儀的對量產參考光源的經校準的輸出回應用於校準耦 合到該腔體的量產攝譜儀。 可選擇的，參考攝譜儀和量產攝譜儀可以不是同時接 13 I379Q74 i ' 修正版修正日期：2012/08/24 * 收來自量產光源的光。在這種情況下，參考攝譜儀首先光 學耦合到加工腔體並且接收來自量產參考光源的光。為使 用該參考攝譜儀的腔體聚集經校準的光譜資料，並且記錄 經校準的光譜資料輸出。然後將參考攝譜儀從加工腔體移 除。這些測量現在成為第二標準，用於使用量產參考光源 校準量產攝譜儀。將未校準的量產攝譜儀耗合到加工腔體 並且接收來自量產參考光源的光。然後對其輸出進行校 準，使用記錄來自參考攝譜儀的經校準的光譜資料輸出。 ® 然後可以在其他加工腔體上對不同量產攝譜儀重複該處 理。 【實施方式】 根據附圖以及根據下面的詳細描述，本發明的其他特 徵將是顯而易見的。 發射光譜學是一種監測等離子狀態的靈敏技術。通常 希望盡可能接近地在等離子環境中再現一組條件，例如在 使用等離子環境進行蝕刻、沈積、或半導體工業中常見的 其他目的的工業過程中。有時在多個加工腔體中產生完全 相同的條件是有利的。可選擇的，在某些情況下，將加工 腔體返回到待定的先前狀態是有益的。發射光譜學提供了 一種實現途徑。等離子的光發射包含來自很多不同原子和 分子狀態的成分。這些發射的一致性和相對強度是等離子 精確狀態的靈敏指示器。因而，透過在給定時刻對來自等 離子腔體光譜的這些方面進行監測和記錄，至少大致上可 14 I379Q74 % ' 修正版修正曰期：2012/08/24 - 以在稍後的時刻對腔體進行調整、甚至調整不同的腔體， 以再現發射光譜的狀態，進而等離子的狀態。 由於發射光譜靈敏地依賴於等離子的狀態，通常發 現，某些重要加工腔體的數值可以根據光譜的分析、尤其 是根據發射強度進行推斷。因而，光譜也可以作為用於控 制等離子的回饋系統的一部分，或者作為測量某些重要加 工參數的工具。 然而，這些設計的實現存在一個伴隨著的難點。監測 ® 工業等離子工具中光譜的通常方式是使用光學監測系統， " 其包括基於光電探測器陣列的光學分光計和將來自腔體内 部等離子光對準分光計的光學耦合系統。將光譜記錄為一 組窄光譜帶中的光強度測量序列，通常以特定的時間間隔 重複。困難在於，除了等離子所發射光的性質之外，所記 錄的光譜受到其他的因素影響。這些因素包括分光計的波 長和強度校準，以及光學耦合系統的狀態。在這些應用中 φ 通常採用的分光計並非必然校準的，從而當暴露於相同輸 入光源時其回應彼此匹配。另一個問題是，進入等離子腔 體的視窗可能被污染物覆蓋，其吸收或散射未知分量的 • 光。另一個問題是，耦合系統其他部分的效率可能由於設 置過程中不可避免的擾動或變動而改變。為了充分利用用 於上述目的發射光譜監測的潛能，希望對這些外部的影響 進行消除或補償，從而在所記錄光譜中觀察到的任何變化 可以歸因於腔體中所發生光發射的實際變化。

Smith的美國專利No.6246473公開了對這些外部影響 15 I379Q74 ' 修正版修正日期：2012/08/24 • 進行消除或者至少進行量化的一種嘗試。其中，使用加工 腔體外部的光源來校準分光計、光耦合系統或者兩者，以 便補償由於例如視窗污濁所發生的變化。校準裝置具有雙 光路，一個光路用於進行透過視窗的光學測量，另一個光 路使用反射離開視窗表面的外部校準光源用於評估視窗内 表面的狀態。第二光路結束於加工腔體的一個或多個校準 光源。這種方法的一個好處是，至少關於光學視窗的内表 面到攝譜儀的通過量，可以將腔體的狀態對校準光源進行 ® 調整，然後可以將未來的狀態與初始化校準測量進行比 較。由於視窗污濁產生的傳輸變化可以被識別以及與校準 狀態比較，用於在生產過程中調整光學測量。這個方法依 賴於外部校準光源，用於建立通過路徑的狀態。 所需要的是一種致力於這些外部影響的方法，不僅允 許操作者對來自同一個腔體的光學測量進行比較，而且允 許對從不同腔體獲得的測量進行比較。此外，在這些方法 φ 中，限制對校準光源的依賴將是有利的。 依照本發明的一個例示性實施例，穩定光學攝譜儀與 穩定光學耦合系統相結合，對攝譜儀的回應和相關聯的光 ' 學耦合系統的通過量進行校準，從而可以隨意地複製光學 • 測量。與不同腔體之間的變化和待測的加工變化相比，對 於常數輸入光等級的輸出變化較小，在這種意義上來說該 攝譜儀應當是穩定的。透過恰當的設計，攝譜儀可以設計 為穩定的。這種設計的主要組分是：機械剛性；探測器和 電子器件的溫度穩定性；以及避免使用磷光劑以探測紫外 16 I379Q74 修正版修正日期：2012/08/24 光。穩定攝譜儀的一個適當例子是可以從Texas州

Carrollton 的 Verity Instruments 公司獲得的 SD1024 攝譜 儀。應當瞭解，半導體工業中進行光學測量通常使用的攝 譜儀類塑一般包括至少三個功能分離的元件：將光色散為 光^的色政元件，將特定波長的光譜強度轉換為強度電^ 貝料的，子探剛器，以及將強度電子資料轉換為校準資料 的處理&力’體和/或固件。因而，典型的攝譜儀將至少 包含、光學轉合器或者用於接收光的其他光學 兀件以及自4個資料連接、料用於發送和接收資 料和可執行程h的其他#㈣Μ # 。在下文中，這: 細件將共_為攝職。還應當理解，術語攝譜儀在某些 情形中理解為攝譜儀和探測器的結合，而在其他情/中： 為兩者是分離的·^供丄Ml yτ5"' 一、 叹備。由於探測器的準確選擇依賴於待記 錄光的波長’’使用的術語認為攝譜儀和探測器是分離 的。 、-更明確地，關於光學耦合系統，應當對兩個基本元件 進订响述—關於其對於攝譜儀對外部影響的回應的作用。 更重要的7件是力ϋ工腔體的光學視窗。通常需要採用特殊 的步驟保持視窗的播 的傳輸特性’因為内表面由於腔體中反庳 氣體作用而趨向於扯、、…九』、、 應 、破/¾染或被侵钱。存在多種技術致力於 這個問題，皋男μ 夕上面對於專利6246473的討論。然而近來 在Harvey所著戈“ ” 七稱為 “ Multichannel Array as Window

Protection” 的義 由 , 、固專利申請No.ll/726958中公開了一種 更加可靠的防止插处、… 兄画5染的方法，該專利申請轉讓給了本 17 I379Q74 v ' 修正版修正曰期：2012/08/24 * 發明的受讓人，並且透過引用將該專利申請整體結合至 此。在其中，多通道陣列設置在視窗和加工腔體内部之間。 在一個實施例中，在視窗和多通道陣列之間形成窗口腔 體，其使用加工氣體加壓。通道的數量和通道的個體尺寸 設計為，加工氣體以極低速率流入反應器腔體的内部，由 此將任何來自量產腔體的污染物在其到達視窗前清掃返回 量產腔體的内部，而不影響腔體内生產氣體的流動。由於 始終沒有污染物或反應蝕刻化合物接觸視窗，其傳輸保持 I恒定。 在任何對攝譜儀回應外部影響的討論中，應當考慮光 學耦合系統第二元件是將來自視窗的光引導至攝譜儀的機 構。視窗和攝譜儀之間的光路應當是在攝譜儀光譜範圍上 光學穩定的。最簡化的方法是將分光計直接放置在視窗後 面。如果預期的視野與分光計的數值孔徑匹配良好，則這 是個可以接受的方法。如果不是，則需要透鏡或反射鏡將 φ 視野與分光計的接收角相匹配。保證機械剛性也是必要 的，以便使搞合穩定。如果存在短波紫外線（UV )輻射， 如果使用透鏡，則同樣需要選擇透鏡或反射鏡塗層的材料 以防止曝光過度。另一個潛在的不穩定源是空氣路徑中氧 • 氣或臭氧對光的吸收。如果存在波長低於250nm的光，可 能同樣需要淨化攝譜儀的内部體積以及視窗和攝譜儀之間 的空間，以及/或者使這些空間通風以轉移任何產生的臭 氧。 通常，在光學監測應用中較佳是光纖耦合，因為其允 18 1379074 % ' 修正版修正日期：2012/08/24 • 許分光計放置在便利的位置。光纖耦合對穩定耦合系統提 出了特殊挑戰。首先，光纖傳輪在暴露於UV輻射的情況 下遭受衰變。如果UV輻射出現在待監測的光譜中，那麼 應當細心選擇能夠抵抗UV輻射的光纖元件。有多種技術 使這些影響最小化（例如來自 Massachusetts州East

Longmeadow 的 CeramOptec 的 Optran UV 非曝光石英光 纖），例如參見Skutnik等在2004年4月的SPIE Conference at Photonics Europe 的 SPIE 論文#5465-37 “Reliability of 鲁 High NA，UV Non-Solarizing Optical Fibers” ，透過參考將 其整體結合至此。 處理UV輕射問題的另一個方法是將低於截止點波長 的輻射積極地過濾出去。雖然這潛在地降低了用於加工監 測、錯誤檢測、和端點目的的光譜效用，這將使得光纖傳 輸更加穩定，進而可以呈現有益的折衷。 光纖使用中的第二個挑戰是’光纖傳輸可能受到光纖 • 位置變化的影響，無論變化沿著其波長出現在什麼位置。 光纖或光纖束彎曲半徑的微小變化可能造成通過量發生變 化’變化的量在這些應用的背景中是顯著的。因而，如果 攝譜儀在校準後移動到新的位置，例如為了構造便利，應 當在輕合到加工腔體時仔細再現與校準過程中所使用的準 確空間構造。可能在校準時記錄這個特殊的光纖構造，並 且將這個資訊轉遞到設備所使用的位置。然後這一資訊可 以在目的地機構用於光纖的重新配置。可選擇的，對安裝 位置的約束可以首先在目的地點確定並且傳遞給製造者。 I379Q74 修正版修正日期：2012/08/24 然後，製造者可以在校準過程中與在目的地機構完全相同 地對光纖進行放置。 另一種選擇是將光纖限制在與攝譜儀一起裝配的剛性 管道中，由此保證其校準的位置構造得以在遠端安裝地點 複製。依照本發明的再一個例示性實施例，光纖可以由液 態光導替代。液態光導被認為比常規的玻璃光纖對於微小 位置變化具有較低的靈敏度。這種液態光導的一個例子 是，可從德國 Deisenhofen 的 Lumatec Gesellschaft fiir medizinisch-technische Gerate mbH獲得的 Series 250 Liquid Light Guide 0 最後’需要一種對分光計的回應進行校準的方法。如 果使用攝譜儀和光纖耦合器，兩者可以作為一個單位一起 校準，由此解決光學耦合器對校準的外部影響。提供分光 計輻射校準的技術是已知的，例如Larason等在NIST Special Publication 250-41 的 “Spectroradiometric Detector Measurements ” （ 可以在 網 址 /physics.nist.gov/Divisions/Div844/facilities /phdet/pdf/ sp250-41.pdf獲得）中所討論的，透過引用將其整體結合至 此。 第一圖是現有技術中已知的攝譜校準系統的圖示。通 常’這一校準發生於攝譜儀的製造者，但也可以由最終用 戶完成。攝譜儀102接收來自輻射源1 〇4的光譜輻射並且 將光色散到光譜。光學探測器103接收來自攝譜儀102的 光譜並且將光譜光轉換為未加工的光譜強度資料（否則稱 20 I379Q74 乂 修正版修正曰期：2012/08/24 • 為未校準的光譜資料）。透過瞭解輻射源104的強度和波 長，可以將攝譜儀102和光學探測器103校準到這些數值。 如這裡所使用的，光學攝譜儀可以稱作攝譜儀/探測器，兩 者分別具有適當單元附圖標記，或者僅僅稱作攝譜儀，攝 譜儀和探測器一起具有適當的單元附圖標記。 通常，現有技術輻射校準所使用的照明源是單波長 的，對應其波長（或者窄帶源）具有單個已知的參考強度。 在這樣的情況下，在攝譜儀/探測器102/103接收單波長光 ® 並且對於該波長產生未加工的光譜資料。將未加工的光譜 ' 資料與對於該波長的已知參考強度資料進行比較，並且根 據強度的比較產生輸出校準係數。輸出校準係數應用到攝 譜儀測量的所有波長，由此將攝譜儀產生的未加工光譜資 料轉換為可以輸出的校準後光譜資料。可選擇的，輻射源 104可以是具有已知光譜強度的標準寬頻照明源。在這種 情況下，為攝譜儀/探測器102/103光譜範圍内的每個波長 φ 產生各自的參考輸出校正係數。 可以預期，至少在最初，本發明依靠當地基本校準標 準。根據相關技術領域中使用的公認術語，術語“基本標 • 準”指的是“一種指定或者廣泛公認為具有最高計量性 - 質、並且其數值可接受而不需參考其他相同性質標準的標 準”（參見NIST網站的定義章節）。如這裡所使用的，術 語“當地基本標準”指的是具有起源於公認標準、例如適 當的NIST標準的特性的基本標準，其是當地使用的、通 常用於校準。當地基本標準是給定實驗室或研究室可獲得 21 I379Q74 乂 修正版修正日期：2012/08/24 - 的最佳標準。例如當地基本標準校準光源可以是任何具有 起源於公認標準的光譜強度和準確度的穩定光源，例如起 源於適當的NIST標準光源。當地基本標準校準光源易於 從技術光源的銷售者和/或製造者獲得，例如California州 Irvine的Newport Corporation，然而目前的校準過程不應當 如現有技術中常見地完全依賴於當地基本標準。已知的、 恆定輸出的光源實現困難並且昂貴，尤其在包含波長 300nm以下紫外光的寬波長範圍上。而且，所有的光源甚 ® 至是NIST燈泡都有隨工作時間漂移的傾向（例如參見第 ' 十三圖中例示性NIST校準光源的強度漂移）。因而最佳 地，校準過程不應當完全依賴於作為參考源的當地基本標 準。 依照本發明的一個例示性實施例，單個攝譜儀系統設 計為參考單元，其他攝譜儀對光源的回應校準為參考攝譜 儀的回應。參考攝譜儀可以透過現有技術中已知的任何適 φ 當方式校準。從而，參考攝譜儀起到第二標準的作用，其 可追溯到例如當地基本標準校準光源。因而，用於校準其 他攝譜儀的光源不需要是校準光源並且光的精確光譜強度 ' 不需要是已知的，因為該資訊將有參考攝譜儀準確測量。 • 用一個攝譜儀作為參考攝譜儀保證了多個攝譜系統具有於 參考攝譜儀完全相同的回應，其都可追溯到基本標準。從 而，消除了那些攝譜儀對校準光源的需求。 此外，本發明不需要使用任何特殊用途的攝譜設備來 實現本發明。現有技術中已知的光學攝譜儀適用於這個目 22 修正版修正日期：2012/08/24 的，在上面給出的條件下，即機械剛性、探測器和電子器 件的溫度穩定性，並且避免使用磷光劑探測紫外光。 第七圖是依照本發明是一個例示性實施例的流程圖， 描述了將大量生產的攝譜儀校準到第二標準的一般程式， 所述第二標準可追溯到當地基本標準。程式開始於，將參 考攝譜儀的回應校準到具有已知光譜強度的當地基本標準 校準光源（步驟702)。如下面將進一步討論的，基於多個 標準選擇一個光學攝譜儀作為參考單元，包括其機械剛 性、溫度穩定性等。適當的當地基本標準校準光源實際上 可能是兩個或多個校準光源，但每個都應當具有NIST可 追溯的準確性和光譜強度。提供輻射校準攝譜儀到當地基 本標準校準光源的技術是熟知的，在不脫離本發明範圍和 實質的情況下可以採用任何適當的技術來校準參考攝譜 儀。可選擇的，參考攝譜儀可以校準到作為當地基本標準 的經校準的光電探測器，該當地基本標準可追溯到公認的 標準（在圖中未示出）。在此，使用例如熟知的替代方法來 校準參考攝譜儀。在這種情況下，與經校準的光電探測器 一起使用未校準的穩定光源，將參考攝譜儀對於未校準光 源的回應校準到當地基本標準經校準的光電探測器的回 應。在任一種情況下，一旦經過校準，參考攝譜儀用作可 以對任何其他攝譜儀進行校準的第二標準。從而，希望參 考攝譜儀對於其光譜範圍内的任何光源可以產生定量的光 譜測量。 參考攝譜儀的回應經過校準後，參考單元產生的測量 I379Q74 修正版修正日期：2012/08/24 可以用作第二標準，當從相同來源接收輻射時用於對其他 攝譜儀的回應進行校準。由於上述校準不依賴於當地基本 標準校準光源的可用性，在製造過程中可以使用量產光源 來校準攝譜儀。例如，參考攝譜儀接收來自量產光源的光， 並且作為回應產生經校準的光譜強度資訊輸出（步驟 704 )。然後由參考攝譜儀產生的經校準強度可以用作參 考，使用量產光源對其他攝譜儀進行校準（步驟706)。透 過這種方式校準的攝譜儀將產生可以與參考攝譜儀相比較 定量的光譜測量。而且，由於取消了使用當地基本標準校 準光源來校準量產攝譜儀；可以不使用當地基本標準而得 到這些結果。然而，當地基本標準校準光源應當是可獲得 的，用於週期性地對照當地基本校準來檢驗參考攝譜儀的 校準（步驟708)。當前的校準程式可以在製造設施或者在 最終用戶的地點實現。參考下面討論的圖示和流程圖可以 理解該一般性發明的更多特殊方面。 第二A圖及第二B圖描述了依照本發明一個例示性實 施例輻射光學系統的校準系統，例如上面緊鄰的關於第七 圖中描述流程圖所討論的方法。第二A圖顯示了用於校準 參考攝譜儀的例示性系統部分，第二B圖描述了用於校準 多個量產攝譜儀的例示性系統部分，所述的後一個校準使 用參考攝譜儀而不使用當地基本標準校準光源。這裡使用 術語“量產攝譜儀”來區分其校準不利用當地基本標準校 準光源的攝譜儀，取而代之校準該參考攝譜儀使用更加一 般可獲得光源的回應。雖然在量產環境下可以如下描述地 24 1379074

V '· 修正版修正日期：2012/08/24 校準這些攝譜儀，這一校準技術決不限於量產和製造者環 境。第八圖及第九圖是依照本發明一個例示性實施例的流 程圖，描述了使用參考攝譜儀系統校準輻射光學系統的程 式。更明確地依照本發明的例示性實施例，第八圖的流程 圖顯示了將參考攝譜儀的回應校準到當地基本標準校準光 源的程式，而第九圖的流程圖顯示了將量產攝譜儀的回應 校準到可追溯到當地基本標準的第二參考標準的程式。 下面轉向第二A圖及第八圖，參考攝譜儀/探測器 ® 210/213和當地基本標準校準光源206每個都光學耦合到積 分球208上的單獨埠。如上面提到的，選作參考的攝譜儀 對於恆定輸入光等級應當是穩定的，並且其輸出的變化與 不同腔體之間的變化和程式變化應當是微小的（步驟 802)。因此，參考攝譜儀應當具有：1)機械剛性，2)溫 度穩定的探測器，以及3)其電子器件應當較佳為且不依 賴於進行UV探測的磷光劑。磷光劑將UV光轉換為易於 φ 探測的較長波長的光，磷光劑隨著長期暴露於輻射可能改 變其轉換效率。提供當地基本標準校準光源用於校準（步 驟 804)。 • 來自當地基本標準206的光經過積分球208，由攝譜 • 儀/探測器210/213接收（步驟806)。如相關技術領域中通 常理解的，積分球總的來說用作光收集器。入射到内表面 上任何點的光線平均地分佈到所有其他這樣的點，並且這 樣光的初始方向的影響得以最小化（合適的積分球可以從 Newport Corporation獲得）。雖然積分球的使用對於本發明 25 1^79074 修正版修正日期·· 20丨2/08/24 不是必需的，較佳地應當提供某些裝置來產生均衡的輻射 刀佈以填充攝譜儀的入口裂縫。 參考攝譜儀/探測器210/213回應於接收來自當地基本 ^準校準光源206的光，產生未加工的或者未校準的輸出 (步驟808)。然後將該輸出與對於當地基本標準校準光源 已知的光碏強度相比較（步驟810)。基於該比較可以 為=考攝譜儀/探測器210/213產生一組參考輪出校正係數 驟,812)。這一比較可以在參考攝譜儀/探測器210/213 詳：：：1或者可以在攝譜儀校準模組201處執行，該攝 這此失=組2G1遙控遠離參考攝譜儀/探測器讀犯。 k二乡考Μ校正係數和輸出演 光譜資料轉換為盼、.隹 M S用於將未加工的 血去地的光譜f料，該經校準的光譜資料 Μ田地基本裇準校準光源的已知 準，對於任素朵、、语、強度相匹配。一旦經杈 用π將夫/:、歹如非標準光源204，這些係數可以 ==譜資料轉換為經校準的光譜強度輸出。 才二攝譜儀可以使用例如Method 权準，该方法採用可使用的⑽ 下面轉向第二B圖及第六圖^ ^ 雇不使用於剩下的^ 圖，當地基本標準校準光源 統脫離。以如下方式接徂曰以謂工閒了以凡王攸糸 以式產參考光源204，光譜強度可 量產^ 2知的（步驟9G2)。參考攝譜儀210/213和 ^ °日/2G3~1接收來自量產參考光源204的光（步 驟904)，例如經過積分 、y 述的球 第二B圖及第三圖所描 的參考攝錢210/213和量產攝譜儀2咖3心光學輕 26 I379Q74 修正版修正日期：2012/08/24 合到積分球208上的不同埠，以同時接收來自量產參考光 源204的光。然而較佳地，量產攝譜儀202/203-1隨後耦合 到與參考攝譜儀210/213相同的璋用於校準，因為來自不 同埠的光可能包含可能使校準惡化的細微差別。在任何一 種情況下，參考攝譜儀210/213產生經校準的光譜資料輸 出；從而，根據經校準的參考攝譜儀/探測器210/213輸出， 由量產參考光源204產生的絕對光譜強度是已知的（步驟 906)。實質上，由參考攝譜儀210/213產生經校準輸出成 為事實上的校準標準，用於對其他攝譜儀的輸出進行校 準，所述其他攝譜儀接收來自同一個來源，例如量產參考 光源204的光。 量產攝譜儀202/203-1產生未加工的或者未校準的輸 出（步驟908 )，並且該未校準的輸出與作為參考攝譜儀 210/213產生的經校準輸出接收的對於量產參考光源204的 “已知”光譜強度相比較（步驟910)。當量產攝譜儀 202/203-1和參考攝譜儀210/213同時檢視同一個來源時， 透過對兩者輸出的比較，消除了對已知強度穩定光源的需 求。然後基於該比較可以對量產攝譜儀202/203-1產生一組 參考輸出校正係數。如上面提到的，這些參考輸出校正係 數將來自量產攝譜儀202/203-1的未加工光譜資料轉換為 經校準的光譜資料，後者與參考攝譜儀210/213產生的量 產參考光源已知強度相匹配（步驟912 )。當前的校準程式 可能對量產攝譜儀202/203-1到202/203-N進行重複。當前 的校準程式可以由任何參考攝譜儀210/213或量產攝譜儀 27 1379074 v 修正版修正日期：2012/08/24 - 202/203-1當地調用，或者由攝譜校準模組201遠端調用。 應當承認，即使已經基於先前提到的穩定性需求仔細挑選 了參考攝譜儀，應當參照當地基本標準定期地檢查參考單 元的完整性。 如果量產攝譜儀202/203-1和參考攝譜儀210/213使用 光纖耦合到光源，那麼兩個來源同時檢視同一個來源的條 件沒有實現，因為各個光纖地傳輸性質一般來說是不同 的。光纖束傳輸中微小差異是單獨的最大擾動，其限制了 ® 可以獲得的精度，即使光纖束是新的並且製造為完全一 致。然而，在短時期内任意兩個光纖束之間的差異基本上 是怪定的。因此，透過進行兩次測量並且在測量之間交換 光纖束，可以移除其擾動影響獲得良好的近似。測量 和M2是信號Spmd和sref的比例的測量，受到兩個光纖束的 傳輸1和τ2的擾動： =(T,sprod)l{T2sref)

--(1) M2={T2Sprod)!{TxSref) (2) 對量產攝譜儀的校正後測量等於數量VM1M2。如果兩個 攝譜儀直接檢視源而沒有之間的光纖那麼在單次測量中應 當已經測量了這個數量。 依照本發明的另一個例示性實施例，攝譜儀和相關耦 合光纖的校準可以分階段執行，以便考慮由於運輸或者其 他光學元件附加而產生的光學通過量的變化。首次並且是 28 I379Q74 修正版修正日期：2012/08/24 最困難的部分在攝譜儀製造者的地點執行。在第三圖及第 十圖中對這個程式進行了圖形描述；第三圖是依照本發明 一個例示性實施例的校準系統的圖解，第十圖是流程圖， 描述了將量產攝譜儀的回應和光學耦合系統的通過量校準 到可追溯到當地基本標準的第二標準的過程。在此，將量 產攝譜儀302/303與光纖316和收集光纖314進行匹配（步 驟1002)。如果使用光纖，則應當將光纖與用於加工腔體 完全一致地進行排列。光纖和光纖束的彎曲半徑的輕微變 化可能造成通過量發生顯著的量變。如果該資訊不可獲 知，可以記錄光纖在校準過程中的佈置並且將其傳遞給製 造機構。或者，可以將光纖限制為剛性管道。 然後使用光纖316和收集光纖314來校準量產攝譜儀 302/303，如上面關於第九圖中描述的流程圖所示程式描述 的（步驟1004)。實質上，收集光纖314例如透過積分球 308光學耦合到未校準的光源，例如光源304，其產生具有 或者不具有任意已知光譜強度的光。該光在量產攝譜儀 302/303和參考攝譜儀310/313接收。量產攝譜儀302/303 產生未校準的輸出307,參考攝譜儀310/313產生經校準的 攝譜資料輸出305。這裡再次，經校準的攝譜資料輸出305 提供用於校準量產攝譜儀302/303的次級參考。未校準的 輸出307與經校準的輸出305進行比較，根據比較的結果 校準量產攝譜儀302/303的輸出。透過如此，校準了量產 攝譜儀302/303和相連光學耦合系統組合系統的回應。然 後量產攝譜儀302/303與其光纖316和收集光纖314 —起 29 I379Q74 瓠 .. 修正版修正日期：2012/08/24 耦5到量產腔體（步驟1006)。最佳地，光纖316在校準 期間應當在加工腔體準確配置，以便減輕光纖位置變^對 光纖傳輸的影響。可選擇的，光纖可以由液態光導或其^他 不受位置變化影響的柔性光導取代。對於某些應用，僅對 麵合到其光學收集系統的量產攝譜儀3〇2/3〇3進行校準， 如上面緊鄰部分所描述的，這樣可以提供在等離子環境中 再現一組條件和/或在多個加工腔體中產生完全一致的條 φ 件所需的準確性。然而，其沒有考慮由於等離子腔體而對 光學傳輸的任何影響。因而，更加徹底的攝譜儀校準包含 在加工腔體處執行的二次校準進程。 一旦將量產攝譜儀校準到參考攝譜儀，量產攝譜儀耦 合到等離子腔體’如第四圖中所示。在此，量產攝譜儀 402/403光學耦合到光纖416和光耦合器414,後者耗合到 腔體420的視窗412。接下來，對量產攝譜儀402/403和光 學耦合系統、例如光纖416和光耦合器414執行最後的“微 • 調校準進程。如果光纖416無法安排在加工腔體中與初 始校準進程期間結構完全一致的位i，則尤其需要微調進 私。使用單波長（或者至少為窄波長段，雖然也可以使用 寬頻光源το成微調）穩定光源就地完成微調校準進 • 紅，知疋易於以低成本以及便攜方式獲得的。光源409位 於腔體420的内部422，其在腔體中的位置是等離子光對 於視窗412最'sfgM ^ . J見的。元全一致的位置應當用於所有相似 腔體中光源的敌置。可以使用對準爽具407來使光源409 的位置最恰當，以芬田 # 以及用於在其他加工腔體中複製該位置。 30 可選擇的，如第 修正版修正日期：2〇丨2臓4 示性實施例，參考^圖所相及㈣本發明的另-個例 内部佈置。最佳地、，廣腔體540可以沿著加工腔體520的 與视窗512相對的辟光源腔體54G可以位於加工腔體520 學路後上。在此，^並且沿著等離子對於視窗最可見的光 保護避免接觸等離子' 5ί)9^σ光學對準夾具507由視窗542 覆蓋。窗板544開啟、視囪542自身由可移動的窗板544 便保護视窗542。 ^進行校準，當等離子打開時關閉以 依照本發明的再〜 光源_佈置在〜個例示性實施例，如第六圖所示， 移動窗板644之^ ’光源腔體_内以及在視窗642、可 ^ ^ A ，並且在光學元件646之後，用於在腔 ㈣622中的預定位置產生等離子光«⑽。預 期的是，投射的等龉 離子光擬態648的最佳位置與腔體中等 :子的位置完全一致，或者位於定位實體光源的最佳位 置，即在等離子_於视窗612最可見的路徑上（如上面關 於第五圖射®述的）。光學元件646可以是凹面反射鏡和囊 聚透鏡中n使用光學系統646，可以比僅使用視窗 642 (如上面緊鄰部分關於第五圖所討論的）傳輸更多的光 透過腔體620並且進入攝譜儀6〇2/〇3。最佳地，内部622 中照明圖案的形狀類比由等離子所產生的光（如圖所暗示 的）。依照本發明的另一個例示性實施例，光學系統646可 以在等離子對於視窗612最可見路徑中放置實體光源的位 置產生光源的實像。在任何一種情況下，成像和非成 像光學系統可以如這裡描述的進行修改。 31 丄j/yv/4 ^ 修正版修正曰期：2012/08/24 旦 圖是依照本發明例示性實施例的流程圖，描述 二：：產攝譜儀和耦合到加工腔體的光學耦合系統進行微 。义’進私的過程。將參考第四圖描述該過程，然而第四 至=中描述的任何线構造可㈣效地與微調校準進程

输41 = 4·準進程開始於將量產攝譜儀402/403、光 =叫絲合器414光料合到腔請的視窗412(步 骑1102接下來’具有已知強度的窄帶光源彻位於腔 體權内部422敎位置（步驟1HM)。然後來自窄帶光 源409的光由量產攝譜儀彻4〇3接收（步驟削6)，後者 產生輸出（，驟1108)。回想到該量產攝譜儀術/4〇3的回 應先别已、㈣5C準到參考攝譜儀的輪出，因而其輸出至少是 部分校準的。此外’ 4產_儀術/彻沒有校準到加工 腔體42G(包含視窗412)的光學通過量。量產攝譜儀彻4〇3 校準的如何可以透過將其輪丨與對於窄帶錢_已知光 譜強度進行比較來顯現（㈣111())。如果比較讓人滿意

的，則不需要進一步的校準妓且過程結束。另一方面，如 果比較指出需要微調校準，那麼由量產攝譜儀4〇2/4〇3對 於窄帶光源409相關光譜產生的輪出設定為窄帶光源4〇9 的已知光譜強度（步驟1112)。這可以透過在量產攝譜儀 402/403的整個光谱乾圍上進行獨立於波長的強度調整來 完成。 依照本發明的再一個例系性實施例，參考攝譜儀和其 光學搞合系統的通過量可以與加工腔體一起校準。期望的 是’這一操作可以完全在製造設施處完成。第十二圖是依 32 1379074 '， 修正版修正日期：2012/08/24 - 照本發明例示性實施例的流程圖，描述了對參考攝譜儀的 回應、光學耦合系統和加工腔體的通過量進行校準的方 法。最初，如關於第四至六圖中任何一個所描述的，參考 攝譜儀與其光學耦合系統一起耦合到量產腔體（步驟 1202)。接下來，當地基本標準在量產腔體内對準（步驟 1204)。如第四圖所描述的，當地基本標準可以放置在等離 子腔體體積内；如第五圖所描述的，在光腔體内，在參考 分光計視野的接收角視場内；如第五圖所描述的，或者投 ^ 射為來自光腔體的實像。然後參考攝譜儀校準到當地基本 標準，如上面關於第八圖所描述的流程圖所示的方法討論 的。就是說，光由光源投射而在參考攝譜儀處接收，後者 產生輸出。然後該輸出與對於當地基本標準的已知光譜強 度進行比較，並且為參考攝譜儀產生一組輸出校正係數， 其將未加工的強度輸出轉換為對於當地基本標準的已知光 譜強度。必然地，參考攝譜儀和從腔體到攝譜儀的通過量 φ 都校準到當地基本標準校準光源。 此時，可以開始使用參考攝譜儀在量產環境中進行光 學測量。可以使用當地基本標準校準光源週期性地檢驗攝 • 譜儀的完整性，如第四圖所描述的，透過將當地基本標準 • 再次定位在等離子腔體體積内；如第五圖所描述的，透過 開啟光腔體的窗板以便將來自當地基本標準的光投射進入 量產腔體的體積；或者如第六圖中所描述的，透過在量產 腔體中投射來自光腔體中當地基本標準校準光源的實像。 由於在設施中_合到加工腔體的每一個攝譜儀需要校準到 33 1379074 备 V 修正版修正日期：2012/08/24 - 當地基本標準，前面提到的參考攝譜儀優點可能是沒有實 現的。 因而，依照本發明的再一個例示性實施例，參考攝譜 儀的輸出用作第二校準以對同樣耦合到加工腔體的第二攝 譜儀進行校準。透過這樣處理，第二攝譜儀、腔體、以及 從腔體到攝譜儀的通過量全部校準到可追溯到當地基本標 準的第二標準，而不使用當地基本標準校準光源用於其校 準。 ® 下面返回到第十二圖，透過使用量產參考光源代替當 地基本標準校準光源並且如第四至六圖中任何一個所示進 行配置（步驟1208)，可以實現一種校準方法。量產參考 光源的強度可以是已知或未知的。接下來，回應於量產參 考光源發射的光，由參考攝譜儀產生經校準的輸出（步驟 1210)。然後量產攝譜儀耦合到加工腔體（步驟1212)(未 在圖中明確顯示），並且回應於量產參考光源發射的光，由 • 量產攝譜儀產生未校準的輸出。然後可以使用參考攝譜儀 對量產參考光源的回應對量產攝譜儀進行校準（步驟 1214)。 • 最佳地，參考攝譜儀以這樣的方式與量產攝譜儀同時 • 耦合到加工腔體，以便利用透過腔體和腔體視窗的共同光 路，由此使得兩個攝譜儀都能夠同時接收來自量產參考光 源攝譜儀的校準光。透過如此處理，透過將量產攝譜儀的 輸出與來自參考攝譜儀的經校準的輸出進行比較，使用量 產參考光源週期性地驗證了量產攝譜儀校準的完整性。 34 1379074 V 修正版修正曰期：2012/08/24 - 希望的是，上面緊鄰部分描述的使用單參考攝譜儀的 校準過程能夠在設施處對每個加工腔體執行。最佳地，如 果從隨後腔體獲得的經校準輸出的變化與待測的過程變化 相比較小，則對於隨後的腔體可以省略最初的參考校準（步 驟 1204 和 1206)。 使用上面討論的校準技術，從任何量產攝譜儀獲得的 任何經校準的光譜資料可以與從另一個加工腔體上任何其 他量產攝譜儀獲得的經校準的光譜資料進行比較。此外， ^ 因為透過參考攝譜儀將光譜資料校準到了光譜標準規範， 可以再現來自腔體發射光譜的任意先前狀態。可選擇的， 可以在當前腔體中再現來自另一個腔體的發射光譜狀態。 除了允許儀器之間的和基於時間的比較之外，任何經校準 的參考攝譜儀可以實體重新定位到另一個加工腔體而無需 再次校準攝譜儀（然而，透過將從量產攝譜儀獲得經校準 的光譜資料與由參考攝譜儀獲得的經校準的光譜資料進行 • 比較，可以驗證對於攝譜傲的參考輸出校正係數）。 下面描述的例示性實施例選擇並描述用於最佳地解釋 本發明和實際應用的原理，並且用於使其他本領域技術人 ' 員能夠理解本發明伴隨各種修改的各種實施例適用於預期 • 的特定應用。下面描述的特定實施例沒有任何意圖限制本 發明的範圍，在不脫離本發明的範圍和目的的情況下可以 實現為多種變化和情形。因而，本發明沒有意圖限制到所 示的實施例，而是賦予這裡描述的原理和特徵相一致的最 大範圍。 35 1379()74 '、· 修正版修正日期：2012/08/24 - 圖中的流程圖和方塊圖闡明瞭依照本發明各種實施例 的糸統、方法、以及電腦程式產品的結構、功能性、以及 可能執行的操作。在這點上，流程圖或方塊圖中的每一個 方框可以代表一個模組、片段、或者部分代碼，其包括一 條或多條可執行指令用於實現特定的邏輯功能。還應當注 意的是，在某些替代實施方式中，方框中記載的功能可以 以不同於圖中記載的順序發生。例如，接連顯示的兩個方 框實際上可以充分同時的執行，或者有時可以以相反的順 ^ 序執行方框，取決於所包含的功能。還應當注意的是，方 塊圖和/或流程圖示例的每個方框、以及方塊圖和/或流程圖 示例中方框的組合可以由執行特定功能或行為的特殊用途 基於硬體的系統實現，或者由特殊用途的硬體和電腦指令 地組合實現。 這裡使用的術語僅僅是為了描述特定的實施例，而不 是為了限制本發明。如這裡所使用的，單數形式“一個”、 φ “這個”和“那個”意圖同樣地包含複數形式，除非上下 文明確地指示其他情況。還應當理解，本說明書中使用的 術語“包含”和/或“包括”指定了所陳述的特徵、整體、 ' 步驟、操作、單元、和/或元件的存在，而不排除存在或者 - 增加一個或多個其他的特徵、整體、步驟、操作、單元、 元件、和/或其組合。 【圖式簡單說明】 在所附的申請專利範圍中闡述了被認為是本發明特性 36 1379074 V 修正版修正日期：2012/08/24 - 的新穎特徵。然而，透過參考下面例示性實施例的詳細描 述以及結合附圖，將更佳地理解本發明本身以及其較佳的 使用模式、其他目的及優點，在附圖中： 第一圖是現有技術中已知的攝譜校準系統之示意圖。 第二A圖及第二B圖是依照本發明例示性實施例用於輻射 光學系統校準的系統。 第三圖是依照本發明例示性實施例校準系統之示意圖。 第四圖是依照本發明例示性實施例校準系統之示意圖，其 ^ 中量產攝譜儀安裝到等離子腔體。 第五圖是依照本發明例示性實施例校準系統之示意圖，其 中量產攝譜儀安裝到等離子腔體並且包含用於校準 而安裝有窗板的光腔體。 第六圖是依照本發明例示性實施例校準系統之示意圖，其 中量產攝譜儀安裝到等離子腔體並且包含用於將光 實像投射進入等離子腔體内部的透鏡和/或反射鏡。 φ 第七圖是依照本發明例示性實施例的流程圖，描述了將多 個量產攝譜儀的回應校準到可追溯到當地基本校準 標準第二標準的一般過程。 ' 第八圖是依照本發明例示性實施例的流程圖，描述了將參 考攝譜儀的回應校準到當地基本校準標準的過程。 第九圖是依照本發明例示性實施例的流程圖，描述了將量 產攝譜儀的回應校準到可追溯到當地基本標準的第 二標準的過程。 第十圖是依照本發明例示性實施例的流程圖，描述了將量 37 I379P74 '' 修正版修正日期：2012/08/24 • 產攝譜儀的回應和光學耦合系統的通過量校準到可 追溯到當地基本標準的第二標準的過程。 第十一圖是依照本發明例示性實施例的流程圖，描述了當 耦合到加工腔體時將量產攝譜儀的回應和光學耦合 系統的通過量校準到可追溯到當地基本標準的第二 標準的過程。 第十二圖是依照本發明例示性實施例的流程圖，描述了當 耦合到加工腔體時對參考攝譜儀的回應和光學耦合 I 系統的通過量進行校準的過程。 第十三圖是流程圖，顯示了與標準校準標準相關聯的漂移。 【主要元件符號說明】 100 現有技術校準系統 102 量產攝譜儀 103 探測器 104 量產光源 200 攝譜儀校準系統 201 攝譜儀校準模組 202 量產攝譜儀 203 光學探測器 204 量產參考光源 205 經校準的攝譜儀輸出 206 當地基本標準校準光源 38 1379074 修正版修正日期：2012/08/24 207 未校準的攝譜儀輸出 208 積分球 210 參考攝譜儀 213 光學探測器 300 攝譜儀校準系統 301 攝譜儀校準模組 302 量產攝譜儀 303 光學探測器 304 量產參考光源 305 經校準的攝譜儀輸出 306 當地基本標準校準光源 307 未校準的攝譜儀輸出 308 積分球 310 參考攝譜儀 313 光學探測器 314 收集光纖 316 傳輸光纖（光學纖維） 400 腔體校準系統 402 量產攝譜儀 403 光學探測器 407 對準夾具 409 腔體參考光源 39 1379074 修正版修正日期：2012/08/24

412 腔體窗口 414 收集光纖 416 傳輸光纖（光學纖維） 420 加工腔體 422 加工腔體内部 424 晶片支架 500 腔體校準系統 502 量產攝譜儀 503 光學探測器 507 對準夾具 509 腔體參考光源 512 腔體窗口 514 收集光纖 516 傳輸光纖（光學纖維） 520 加工腔體 522 加工腔體内部 524 晶片支架 540 參考光源腔體 542 光源腔體窗口 544 光源腔體窗口窗板 600 腔體校準系統 602 量產攝譜儀 1379074 修正版修正日期：2012/08/24 603 光學探測器 607 對準夾具 609 腔體參考光源 612 腔體窗口 614 收集光纖 616 傳输光纖（光學纖維） 620 加工腔體 622 加工腔體内部 624 晶片支架 640 參考光源腔體 642 光源腔體窗口 644 光源腔體窗口窗板 646 光源透鏡（反射鏡） 648 等離子光擬態

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Claims (1)

1. v v 修正版修正日期：2012/08/24 和過程監測的輻射光學監測系統 十、申請專利範圍： -種用於故障偵測總 校準方法，包括： 將第一攝譜儀校準到當地基本標準； 笛—ί第—攝譜儀處接收來自第一光源的光，其中該 “源發射多個未知的光譜強度； 在第二攝譜儀處接收來自該第—光源的光；

   回應於在該第一攝譜儀處接受來自該第一光源的 、，產生經校準的光譜資訊； 回應於在該第二攝譜儀處接受來自該第一光源的 光，產生未校準的光譜資訊；以及 將該第—攝譜儀校準到由該第__攝譜儀產生經校 準的光譜資訊。 申明專利範圍第1項所述的校準方法，其中該當地

   基^標準是經校準的光電探測器，其具有可追溯到已 知標準的回應，並且將第一攝譜儀校準到當地基本標 準的步驟進一步包括： 在該第一攝譜儀處接收來自第二光源的光； 在該經校準的光電探測ϋ處接收來自該第二光源 的光； 回應於在該經校準的光電探測器處接收來自該第 二光源的光，產生經校準的光譜資訊； 回應於在該第一攝譜儀處接收來自該第二光源的 光，產生未校準的光譜資訊；以及 42 \· \·

   4、 5、

   7、 8、

   將哕笛一锯吃广 修正版修正日期·_ 夺㈤儀校準到由該經校準㈣電探測器 產生經校準的光譜資訊。 ΰ 如申請專利_第2項所述的校準方法， 4© Ctt g ν£ /、丁成匕!知 铩準疋美國國家標準和技術研究院（NIST)標準。 ^申睛專利範圍第1項所述的校準方法，其中該當地 基本標準是第二光源。 如申請專利翻第4項所述的校準方法，其中該第二 光源發射多個已知的光譜強度。 如申請專利範圍第5項所述的校準方法，其中由該第 一光源發射的已知光譜強度可以追溯到美國國家標準 和技術研究院（NIST)標準。 如申請專利範圍第4項所述的校準方法，其中該第一 和第二攝譜儀同時接收來自該第一光源的光。 如申請專利範圍第1項所述的校準方法，其中將該第 二攝譜儀校準到由該第一攝譜儀產生經校準的光譜資 戒之步驟進一步包括： 將由該第二攝譜儀產生未校準的光譜資訊與由該 第—攝譜儀產生經校準的光譜資訊進行比較；以及 基於對由該第二攝譜儀產生未校準的光譜資訊與 由^第一攝譜儀產生經校準的光譜資訊之比較，產生 校正係數。 如申請專利範圍第1項所述的校準方法，進一步包括： 在第二攝譜儀處接收來自該第一光源的光； 回應於在該第三攝譜儀處接收來自第一光源的 43 修正版修正日期：2012/08/24 光’產生未校準的光譜資訊；以及 將該第三攝譜儀校準到由該第一攝譜儀產生經校 準的光譜資訊。 0、如中請專利範®第丨項所述的校準方法，進包 括： 將該第二攝譜儀光學輕合到光學輕合系統，該 光學輕合系統具有通過量等級； 透過該光學耦合系統接收來自該第一光源的 光；以及 々回應於S亥光學耦合系統的通過量等級，改變該 第二攝譜儀的校準。 1、 ^申請專利範圍第10項所述的校準方法，其中該光 學轉合系統進-步包括光纖，該方法進—步包括： 記錄該光纖的空間構造。 2、 如中請專利範㈣1()項所㈣校準方法，進一步包 •攝譜儀的校準微調到第三光源。 請專簡圍第12項所述的校準方·;，其中將該 攝譜儀的校準微調到第三光源的步驟包括： 將^光予耦合系統光學耦合到佈置在加工腔體 用於觀察該加工腔體内部的視窗； 在該第二攝譜儀處接收來自三光源的光； 將該第二攝譜儀的校準調整到與該第三光源相 關聯的光譜資訊。 44 $ 修正版修正曰期：2012/08/24 如申请專利範圍第13項所述的校準方法，其中該第 〜二光源發射—單一光譜波長的光。 5、如申請專利範圍第13項所述的校準方法，其中該第 二光源發射多個光譜波長的光。 0 如申凊專利範圍第11項所述的校準方法，進一步包 括： 將遠第三光源佈置在該加工腔體内部。 7、如申請專利範圍第13項所述的校準方法，其中該加 工腔體進一步包括沿著該加工腔體内部佈置的光腔 體，該方法進一步包括： 將該第三光源佈置在該加工腔體的光腔體中。 、如申請專利範圍第17項所述的校準方法，進一步包 括： 保護該第三光源遠離等離子和該加工腔 的反應物。 ° 9如申凊專利範圍第π項所述的校準方法， =合系統:學輕合到佈置在加工腔體:的二 觀察該加工腔體内部視窗的步驟進一步包括： 空 2〇 在該第二攝譜儀的校準㈣ 間構造對該光纖進行空間配置。、^纖的 進—步包 如申請專利範圍第！項所述的校準方法， 括： 45 2 修正版修正曰期：2012/08/24 弟二攝譜儀的校準微姻第三光源的步驟包括： 將該第二攝譜儀光學轉合到佈置在加工腔體上 的用於觀察該加工腔體内部的視窗； 在該第二攝譜儀處接收來自該第三光源的光； 將該第二攝譜儀的校準調整到與該第三光源相 關聯的光譜資訊。 、.如申請專利範圍第21項所述的校準方法，其中該第 二光源發射一個或多個光譜波長的光。 ‘如申請專利範圍第22項所述的校準方法，進一步包 括： ’ 將該第二光源佈置在該加工腔體内部。 如申靖專利範圍第23項所述的校準方法，其中該加 工腔體進一步包括沿著該加工腔體内部佈置的光腔 體，該方法進一步包括： 將5玄第一光源佈置在該加工腔體的光腔體内。 如申請專利範圍第1項所述的校準方法，進一步包 括： 基於預定等級的測量穩定性，選擇第一攝譜儀。 如申請專利範圍第5項所述的校準方法，其中將第 攝瑨儀权準到具有已知光譜強度的第二光源的步 驟進一步包括： 將該具有已知光譜強度的第二光源佈置在該視 窗的視角内；以及 將δ玄第一攝谱儀光學叙合到佈置在加工腔體上 修正版修正日期：2012/08/24 的用於觀察該加工腔體内部的視窗。 2 7、如申請專利範圍第26項所述的校準方法，進一步包 括： 將該第一光源佈置在該視窗的視角内；以及 將該第二攝譜儀光學輕合到該佈置在加工腔體 上的用於觀察該加工腔體内部的視窗。 、如申請專利範圍第27項所述的校準方法，其中該第 -和第二攝譜儀同時接收來自該第—光源的光。 、如申請專利範圍第27項所述的校準方法，其中該加 :腔：進一步包括沿著該加工腔體内部佈置的光腔 體’ 5亥方法進一步包括： 3 0 將s亥弟一光源和該第-决、、β 士 u 加工腔體的光腔體内。原中的一個佈置在該 =申請翻範圍第29項所㈣校準方法，進-步包 3 ::該第一光源和該第二光源中的 離子和该加工腔體内部的反應物。 寻 '如申請專利範圍第27項所述的校準方法， 工腔體進一步包括沿著該加 ，、中〜加 體，該方法進-步包括： 體内捕置的光腔 將該第一光源和該第二井 3 2 加工腔體的光腔體内。 ’、、一個佈置在該 、如申請專利範圍第4項所述 括： 』仅+方法，進一步包 47 ;· 修正堪修正日期：2012/08/24 括： 檢驗該第一攝譜儀的校準到該第二光源。 、如申請專纖㈣32項所述的校準方法，其中檢驗 該第-攝譜儀的校準到該第二光源的步驟進一步包 個； 探測預定的時間週期或預定的測量數量中的一 在該第-攝譜儀處接收來自該第二光源的光； 回應於在該第-攝譜儀處接收來自該第二光源 的光，產生經校準的光譜資訊；以及 ▲將由該第-攝譜儀產生經校準的光譜資訊校準 到該第二光源的已知光譜強度。 4 、如申請專利範圍第4項所述的校準方法，進一步包 括： 統； 將該第一攝譜儀光學耦合到第一光 合系 在該第-制儀處透過該第—光學輕合系統接. 收來自該第一光源的光， 並相躲透騎第—轉耦合线接收來自 。亥第一光源的光，產生第一光譜資訊； 將該第二攝譜儀光學輕合到第二光學轉 統； 在·二攝譜儀處透過該第二料㉘合系統接 收來自該第一光源的光， 並且回應於透過該第二光料合“接收來自 48 1379074 修正版修正日期：2012/08/24 - 該第一光源的光，產生第二光譜資訊； 將該第一攝譜儀光學耗合到該第二光學耗合系 統； 在該第一攝譜儀處透過該第二光學搞合系統接 收來自該第一光源的光， 並且回應於透過該第二光學耗合系統接收來自 該第一光源的光，產生第三光譜資訊； 將該第二攝譜儀光學耦合到該第一光學耦合系 統， 在該第二攝譜儀處透過該第一光學_合系統接 收來自該第一光源的光， 並且回應於透過該第一光學輕合系統接收來自 該第一光源的光，產生第四光譜資訊； 其中將該第二攝譜儀校準到由該第一攝譜儀產 生經校準的光譜資訊的步驟進一步包括： φ 將該第一光譜資訊和第三光譜資訊與該第二光 譜資訊和第四光譜資訊進行比較。 49