CN105823781A - 对半导体制造腔室中的易损件的剩余寿命的估计 - Google Patents

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Abstract

一种在用等离子体处理半导体衬底的腔室内使用的易损件，所述易损件包括主体和触发特征。所述主体具有配置为在腔室中的处理期间暴露于等离子体的表面，所述触发特征在主体中一体形成。所述触发特征包括空隙，所述空隙位于主体的表面之下，其中所述空隙配置为当所述表面因暴露于等离子体一段时间而被腐蚀时变得可见。所述空隙变得可见是主体的表面上的可识别的特征，显示了易损件的磨损程度，磨损程度与易损件的剩余处理时间的量有关。

Description

对半导体制造腔室中的易损件的剩余寿命的估计
本发明要求2015年1月28日提交的、名称为“对半导体制造腔室中的易损件的剩余寿命的估计”的美国临时申请No.62/109,016的优先权。该临时申请通过引用的方式并入本发明。
1.技术领域
本发明实施方式涉及用于提高半导体处理均匀性的方法，更具体地，涉及用于产生关于半导体制造腔室中的易损件的剩余寿命的系统通知的方法、系统和计算机程序。
背景技术
2.相关技术的描述
长期以来等离子体被用来处理衬底(例如晶片或平板)以形成电子产品(如集成电路或平板显示器)。半导体晶片通常被置于蚀刻腔室内，具有光致抗蚀剂掩模层，以将蚀刻引导到下面的材料。蚀刻处理去除没有被光致抗蚀剂覆盖的下面的材料。
蚀刻处理也可从等离子体腔室内的零件的表面去除材料。随着时间的过去，在处理腔室内的零件可能被损坏或因为暴露于等离子体和蚀刻处理而改变。
在一个或多个零件有缺陷的腔室中，处理效率可大幅度降低，导致判断和解决问题的高昂成本。有时候，因为系统管理员没有意识到个别易损件应被替换，所以超出零件的预期寿命的零件仍被保留在腔室内。
本发明是在这个背景下产生的。
发明内容
方法、装置、系统和计算机程序被提出以用于预测半导体制造设备中的易损件的剩余寿命。应当理解的是，本发明可以多种方式实行，例如方法、设备、系统、装置或计算机可读介质上的计算机程序。以下将描述几个实施方式。
希望的是一种自动评估腔室内的易损件的寿命的系统，并判断零件何时应被替换，以高效地操作半导体处理系统。
在一个实施方式中，示出了一种用在腔室内的易损件，等离子体在腔室中被用来处理半导体衬底。所述易损件包括主体和触发特征。所述主体具有配置为在腔室中的处理期间暴露于等离子体的表面。所述触发特征在主体中一体形成并包括空隙(void)，所述空隙位于主体的表面之下。所述空隙配置为当所述表面因暴露于等离子体一段时间而被腐蚀时变得可见。所述空隙变得可见是主体的表面上的可识别的特征，显示了易损件的磨损程度，磨损程度与易损件的剩余处理时间的量有关。
在另一个实施方式中，示出了一种系统。所述系统包括腔室、易损件、检视镜(inspectionscope)以及控制器。所述腔室配置为产生用来处理半导体衬底的等离子体。所述易损件配置为用在腔室内，所述易损件包括主体和触发特征。所述主体具有配置为在腔室中的处理期间暴露于等离子体的表面，且所述触发特征在主体中一体形成。所述触发特征包括空隙，所述空隙位于主体的表面之下，并且所述空隙配置为当所述表面因暴露于等离子体一段时间而被腐蚀时变得可见。进一步地，所述检视镜配置为用于当易损件在腔室内时视察所述易损件。所述控制器配置为基于通过检视镜得到的信息判断所述空隙是否可见，所述空隙变得可见是主体的表面上的可识别的特征，显示了易损件的磨损程度，磨损程度与易损件的剩余处理时间的量有关。
在另一个实施方式中，示出了一种用于检测易损件的磨损的方法。所述方法包括将易损件置于用于半导体制造的腔室内的操作，其中所述易损件包括主体和触发特征，所述主体具有配置为在腔室中的处理期间暴露于等离子体的表面，所述触发特征在主体中一体形成。所述触发特征包括空隙，所述空隙位于主体的表面之下，其中所述空隙配置为当所述表面因暴露于等离子体一段时间而被腐蚀时变得可见，所述空隙变得可见是主体的表面上的可识别的特征，显示了易损件的磨损程度。所述方法进一步包括将检视镜插入所述腔室的操作，和分析通过检视镜得到的信息，来判断所述空隙是否可见的操作。所述方法进一步包括当空隙可见时，在替换腔室内的易损件之前判断剩余的时间量的操作。
本文示出的实施方式提供了用于预测湿法清洗的时间的方法、系统和计算机程序，导致增加的制造可预见性，而停工期最小化。通过管理易损件的寿命，易损件的成本被最小化，同时腔室的操作得到改善。通过下面的详细的描述，结合附图，其他一些方面也将变得显而易见。
附图说明
参考下面的说明结合附图可最好的理解本发明。
图1A是根据一个实施方式的电容耦合等离子体处理系统。
图1B是根据一个实施方式的晶片的边缘部分的详细的侧视图。
图2A是根据一个实施方式的具有用于检测在边缘环上的磨损的触发装置的边缘环的详细的侧视图。
图2B是根据一个实施方式的具有多个触发特征的边缘环的俯视图。
图3A示出了根据一个实施方式的在上表面有腐蚀的边缘环。
图3B示出了当触发盖被完全腐蚀的边缘环。
图4A-4C示出了可被嵌入边缘环的触发特征的几个实施方式。
图4D是根据一个实施方式的具有沟槽式的触发特征的边缘环的俯视图。
图5A-5B示出了根据一个实施方式的具有三个不同长度的孔的触发特征。
图5C-5F示出了根据几个实施方式的具有不同结构的触发特征的俯视图。
图6A-6H示出了根据几个实施方式的具有不同形状的多个不同的触发特征。
图7A是根据一个实施方式的判断易损件是否需要替换的方法的流程图。
图7B是根据一个实施方式的判断易损件的剩余寿命的方法的流程图。
图7C是根据一个实施方式的在半导体处理腔室的操作过程中安排易损件的检视的方法的流程图。
图8是用于执行本发明的实施方式的计算机系统的简化示意图。
具体描述
下面的实施方式描述了用于产生关于半导体制造腔室中的易损件的剩余寿命的系统通知的方法、装置、系统和计算机程序。
触发特征被嵌入易损件的表面以评估该零件(诸如在半导体腔室中的边缘环)的剩余寿命。在一个实施例中，触发特征包括在嵌入边缘环的空间之上的盖元件(cappingelement)。所述盖元件与边缘环共面，并且当边缘环的上表面因为腔室上的蚀刻而被腐蚀时，所述盖元件也被腐蚀。在一定量的腐蚀之后，所述盖元件彻底磨损并且所述盖元件下方的空间暴露于边缘环的上表面上。然后可使用目视检查以分析边缘环的表面并且判断触发特征是否可见。一旦触发特征可见，在替换易损件之前留下预定量的寿命。
很明显，本发明可在没有一些或全部这些特定细节之下实行。在其他示例中，不详细描述众所周知的处理操作以避免不必要地模糊本发明。
图1A是根据本发明的一个实施方式的电容耦合等离子体处理系统。所述电容耦合等离子体处理系统包括等离子体处理腔室110，和控制器122、射频(RF)源124、泵126以及一个或多个气体源128耦合到所述等离子体处理腔室110。在一些实施方式中，所述腔室可具有一个或多个耦合到上电极的RF源。等离子体处理腔室110包括用于支撑待处理的晶片102的静电卡盘104和边缘环106。在一些实施方式中，等离子体处理腔室110也可包括用于将等离子体限制在腔室中的限制环以及腔室壁盖136。
在一些实施方式中，等离子体处理腔室110可包括检视镜132(例如管道镜)，其包括光学延伸部140，所述光学延伸部可操作以通过阀140进入腔室内部来检视腔室中的一个或多个零件。可使用任何检视镜，只要该检视镜能够检测触发特征。在一些实施方式中，检视镜可以是可从反射中检测颜色或差异的光学相机、成像相机、SIMs(扫描电子显微镜)、RGB照相机、红外相机、深度感知相机或任何其他相机中的一种。
腔室中的一些零件是易损件，由于腔室中的蚀刻或其他处理的影响，在一定小时的操作之后，因为零件的退化，它们不得不被替换。例如，边缘环106、限制环138、腔室壁盖136是易损件的示例，但其他腔室可包括其他也是易损耗并随着时间流逝需要被替换的零件。
RF源124可包括多个RF源或能够产生从约100kHz到约300MHz之间的RF信号的多个频率的单一RF源。举例来说，一些RF信号具有约27MHz到约60MHz的频率。RF信号可具有在约50w和约10kw之间的RF功率。举例来说，在约100w和约1500w之间。RF源124可产生脉冲或非脉冲RF信号。
控制器122包括与电容耦合等离子体处理系统100通信、监测和控制电容耦合等离子体处理系统100的处理器、存储器、软件逻辑、硬件逻辑和输入和输出子系统。控制器122也包括一个或多个配方，其包括多个设定值和用于操作电容耦合等离子体处理系统的不同的操作参数(例如电压、电流、频率、压强、流速、功率、温度等)。
等离子体处理腔室110也包括上电极116。在操作中，上电极116通常接地但可被偏置或耦合到第二RF源(未示出)。RF源124提供RF信号到静电卡盘104并且气体源128将希望的(多种)处理气体注入到腔室110内。然后等离子体120形成在上电极116和静电卡盘104之间。等离子体120可被用于蚀刻晶片102的表面或使形成在等离子体处理腔室110的不同内表面上的沉积挥发。
在一些实现方式中，控制器可以是系统的一部分，该系统可以是上述实例的一部分。这种系统可以包括半导体处理设备，包括一个或多个处理工具、一个或多个处理室、用于处理的一个或多个平台和/或具体的处理组件(晶片基座、气流系统等)。这些系统可以与用于控制它们在处理半导体晶片或衬底之前、期间和之后的操作的电子器件一体化。电子器件可以称为“控制器”，该控制器可以控制一个或多个系统的各种元件或子部件。根据处理要求和/或系统的类型，控制器可以被编程以控制本文公开的任何工艺，包括控制工艺气体输送、温度设置(例如，加热和/或冷却)、压强设置、真空设置、功率设置、射频(RF)发生器设置、RF匹配电路设置、频率设置、流速设置、流体输送设置、位置及操作设置、晶片转移进出工具和其他转移工具和/或与具体系统连接或通过接口连接的装载锁。
宽泛地讲，控制器可以定义为接收指令、发布指令、控制操作、启用清洁操作、启用端点测量等等的具有各种集成电路、逻辑、存储器和/或软件的电子器件。集成电路可以包括存储程序指令的固件形式的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片和/或一个或多个微处理器或执行程序指令(例如，软件)的微控制器。程序指令可以是以各种单独设置的形式(或程序文件)通信到控制器的指令，该设置定义用于在半导体晶片或系统上或针对半导体晶片或系统执行特定过程的操作参数。在一些实施方式中，操作参数可以是由工艺工程师定义的用于在制备晶片的一个或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯期间完成一个或多个处理步骤的配方(recipe)的一部分。
在一些实现方式中，控制器可以是与系统集成、耦接或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦接。例如，控制器可以在“云端”或者是fab主机系统的全部或一部分，它们可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监测制造操作的当前进程，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新的工艺。在一些实例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，该参数和/或设置然后从远程计算机通信到系统。在一些实例中，控制器接收数据形式的指令，该指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而分布，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本文所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的实例可以是与结合以控制室内工艺的一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室上的一个或多个集成电路。
在非限制性的条件下，示例的系统可以包括等离子体蚀刻室或模块、沉积室或模块、旋转清洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、跟踪室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其他的半导体处理系统。
如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其他的工具电路或模块、其他工具组件、组合工具、其他工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者在将晶片的容器往来于半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口的材料搬运中使用的工具通信。
图1B是根据一个实施方式的晶片的边缘部分的详细的侧视图。边缘环106包围静电卡盘104。在一个实施方式中，边缘环106的表面的一部分在晶片102的边缘下面延伸，但在其他实施方式中，边缘环106在不支撑晶片102的情况下可紧挨着晶片102。因为晶片102由静电卡盘104支撑，RF功率被驱动通过静电卡盘并进入晶片。
在蚀刻处理期间，蚀刻副产物150沉积在等离子体处理腔室110的内表面上。蚀刻副产物150可包括聚合物残渣、钛和其他金属化合物以及硅化合物。蚀刻副产物可沉积在等离子体处理腔室110内的等离子体120解离的处理气体种类可扩散到的任何表面上，包括空间106C’和等离子体处理腔室的其他内表面。此外，随着时间流逝，腔室的一些零件可由于蚀刻处理而被腐蚀(例如减少了边缘环106的厚度)。
图2A是根据一种实施方式边缘环的详细侧视图，该边缘环带有用于检测该边缘环磨损的触发装置。此处提供的实施例包括在边缘环内的触发特征以例如通过确定边缘环剩余的使用寿命或者通过确定该边缘环应被立刻更换或者确定必须执行维护流程来帮助确定边缘环的损坏时间。
已对附图2A中的边缘环106进行了修改以包括触发特征。在一种实施方式中，该触发特征包括盖元件202(也称作触发盖或简言之称作盖)和微室204，该微室是一位于易损件(例如边缘环)内的并被盖元件202覆盖的空间(也被称作孔、凹口、腔或空隙)。该空隙是限定在该边缘环106内的特意设置的元件。在一些实施方式中，该空隙被埋设在该边缘环的主体内部。而且，该空隙可以分布在边缘环内的预定位置处。
如下文所详细描述的，该空隙可具有多种几何形状之一。当该空隙上方的盖元件202由于暴露于等离子体而受到腐蚀时，该空隙的几何形状(全部或部分)通过视觉检测将会变得可见和可探测的。
随着时间的过去，由于室的运行，盖元件202受到腐蚀，同时边缘环106也被腐蚀。由于盖元件202与边缘环的上表面是共面的，因此边缘环和盖元件将以相同的速率受到腐蚀，因为它们是用相同的材料形成的。如果盖元件以不同的材料形成，那么由于来自盖元件的不同材料在室内的污染，在室内将会有工艺偏移(processshift)。
当盖元件202被完全腐蚀时，空间204在边缘环106的表面上变得可见，并且视觉检测能够识别该孔以确定边缘环106的使用寿命。
在边缘环106的表面上的孔的外观可表示需要立即更换边缘环，或者应该在室运行的预定数量的小时内预先安排更换该边缘环。例如，可预先安排24小时后更换，或者其它小时数，或者预定数量的天数或周数，或者处理预定数量的晶片，或者处理预定批数的晶片，或者处理预定组数的晶片。这使得半导体制造设备的操作员可以为边缘环计划合理的维护，在设备的性能恶化之前更换边缘环。
应注意的是，此处提供的实施例是参照边缘环来描述的，但是其原理同样也可以应用到随时间而受到腐蚀或劣化的其它易损件上，例如限制环、壁盖、衬垫、喷头、聚焦环、保护罩等等。
图2B是根据一种实施方式的带有多个触发特征的边缘环的俯视图。该触发特征可以被一次或多次地安装在边缘环106上。例如，在一种实施方式中，该触发特征可以在边缘环106内被放置一次(未示出)。在图2B所示的示例性实施方式中，在边缘环106的表面上方分布了四个触发特征202。通过这种方式，检查边缘环106的大约90°夹角内的表面就足以确定触发特征是否已被激活。而且，通过沿着边缘环的表面分布触发特征，可能确定边缘环的表面上是否存在不均匀的磨损。
在一些实施方式中，当该触发特征的盖元件被腐蚀而使得下方的空间未被覆盖时，该触发特征被设置为被激活。在其它实施方式中，基于孔表面的可见数量来将该触发特征设置为被激活。
图2B所示的实施方式显示了盖元件的直径占据了边缘环的宽度的大约一半或一半以上。在其它实施方式中，盖元件可占据边缘环的宽度的10％至50％。在其它实施方式中，盖元件的直径可占据边缘环的宽度的50％至90％。
可注意到图2B中的实施方式中的盖元件的形状是圆形的，但是其它实施方式可以包括具有不同形状的盖元件，这在下文参照图4A-4D和5A-5F进行了详细的描述。
在一种实施方式中，触发特征的深度(包括盖元件202和微室204)大约是边缘环106的宽度的一半。在其它实施方式中，触发特征的深度可以在边缘环106的宽度的10％至90％的范围内。在一些实施方式中，触发特征的深度甚至可以是边缘环的宽度的100％或接近100％，这在下文参照图6G和6H进行了描述。
图3A显示了根据一种实施方式的上表面被腐蚀的边缘环。随着时间的过去，由于在操作室时边缘环和盖元件的表面的蚀刻，边缘环106和盖元件202的宽度减少。
在图3A中，边缘环和盖元件的表面被腐蚀。盖元件的部分202a已经被破坏，而部分202b仍然在真空微室204上方。因此，此时，微室204还没有暴露并且通过视觉检测，触发是不可见的。
图3B显示了根据一种实施方式的当触发盖被完全腐蚀时的边缘环。该触发特征使得能够检测边缘环106的使用寿命的结束。此时，盖元件已被完全破坏，并且通过视觉检测，室204的孔是可见的。例如，可以在室内引入管道镜(borescope)140来获取边缘环的图像，并且随后可分析图像以检测孔的存在。该管道镜可利用可见光谱的图像、红外线图像、声波、超声波或者射频波来检测边缘环上的孔。
在一种实施方式中，对用管道镜140获取的图像的分析包括确定微室204剩余部分的深度。然后，基于该深度对边缘环剩余的使用寿命作出估计。例如，第一深度可表示应该在期间t1之后更换边缘环，而另一个深度可表示在期间t3之后更换等等。在另一种实施方式中，边缘环的表面上的孔的外观可表示应当立即更换、尽可能快地更换或者在由控制器指示的预定时间内更换边缘环。
在一种实施方式中，在第一次检测了孔之后，控制器为边缘环设置所留的预定数量的时间。例如，控制器可创建为边缘环所留的预定数量的时间，或者控制器可根据室内所使用的工艺创建为边缘环所留的时间数量。例如，在针对不同的工艺操作室时，可执行测试，然后基于第一次检测到孔来为每个工艺确定时间。
因此，用触发特征对边缘环进行了修改，从而使得当使用寿命结束时，标记出现，该标记能够通过简单的、自动化的光学检查和图像处理来检测。可在例如更换一组晶片时(例如在将一组晶片装载入半导体制造设备之前)执行触发特征的检测，这不会影响生产率，并且对操作设备的成本的影响很小。通过优化易损件的使用寿命，能降低易损件的成本并且能提高半导体制造设备的性能。
图4A-4C显示了能够被嵌入边缘环内的触发特征的若干实施方式。图4A显示了具有倒截锥形的盖元件402。在生产过程中，盖元件402可以被胶合到边缘环，或者通过使该盖元件具有能与边缘环的相应表面互锁的侧面连接。
图4B显示了具有截锥形的盖元件404。在边缘环的制造过程中，盖元件404被推入到腔中，并且由于底部具有比顶部更宽的周长，该盖元件404能位于适当的位置。在另一种实施方式中，盖元件404是截棱锥。
此外，在一些实施方式中，真空微室406具有棱锥形，或截棱锥形，或圆锥形，或截圆锥形。通过这种方式，一旦盖元件被破坏，随着时间的过去，孔的可见区域会变大，这能指示边缘环剩下多少使用寿命。
在图4C的实施方式中，盖元件408包括突出环，其被限定来匹配边缘环的相应的凹口。在边缘环的制造过程中，盖元件408被推入边缘环，直到该突出将盖元件锁定在适当位置。其它的实施方式可具有其它的互锁机制，例如锯齿形的互锁机制。
图4D是根据一种实施方式的带有挖有沟槽的触发特征的边缘环。如上所述，盖元件的顶部可以是圆形的，但是也可以是其它的形状。例如，在图4D的示例性实施方式中，触发特征具有沿着边缘环顶部延伸的沟槽形状。
沟槽的长度可以从一毫米或一毫米以上至覆盖边缘环的周长的大部分或者全部。此外，可以有一个或多个沟槽分布在边缘环的整个表面上。例如，边缘环上的触发特征的数量可以从1至100变化，或者更多。此外，所有触发特征的深度可以是相同的，或者一些触发特征的深度可以是变化的，下文将对此进行详细描述。
图5A是根据一种实施方式的具有三个不同长度的孔的触发特征的俯视图。在该实施方式中，触发特征具有上表面，其两个侧面(对应于边缘环的径向方向)是直线，而另外两个与边缘环同中心地延伸的侧面是弧形，该弧形的中心在边缘环的中心上。
在图5A的示例性实施方式中，三个触发特征被嵌入到边缘环中。图5B显示了图5A的边缘环的侧视图。每个触发特征具有不同的深度，因此，当边缘环的蚀刻发生时，可见孔502、504、506的数量将以0开始，然后当所有的盖被磨损掉时达到3(假定蚀刻是均匀的)。随着腐蚀继续进行，一个孔将消失，从而孔的数量将变为2，等等。然后可见孔的数量被用作确定易损件的剩余使用寿命的度量。
图5C-5F显示了根据若干实施方式的具有不同布局的触发特征的俯视图。图5A显示了具有之字形(与汽车轮胎上的纹路相似)的触发特征508。在另一种实施方式中(未示出)，触发特征具有弯曲的之字形，其与蜿蜒滑过田地的蛇相似。
图5D包括在边缘环的表面上平行延伸的两个沟槽510。这通过图像分析改善了触发特征的可检测性。
图5E显示了限定在边缘环的表面上方的多个触发特征512。例如，在一种实施方式中，边缘环包括6个触发特征，其以3×2的布局设置在边缘环的表面上方。图5F显示了具有三角形顶表面的触发特征514。
图6A-6H显示了根据若干实施方式的具有不同形状的多个不同触发特征。在一些实施方式中，触发特征不包括盖元件，并且在边缘环被制造时，空间是可见的。此外，可注意的是，其它实施方式可具有与图6A-6F中的触发特征相同的触发特征，但是增加了一个或多个盖元件。在一些实施方式中，在边缘环内可以有带有盖的孔与不带有盖的孔的组合。
图6A包括在边缘环内的6个空间，其中一个空间具有第一深度，两个空间具有大于第一深度的第二深度，以及三个空间具有大于第二深度的第三深度。在一种实施方式中，空间被间隔开以避免具有孔的特征的外观聚在一起，这对等离子体而言像大的孔，从而会导致室内的工艺偏移。为了避免工艺偏移，孔被间隔开以避免在边缘环的表面上方导致均匀性的缺失。
最初，视觉检测将显示6个空间，随着时间的过去，第一空间将消失，剩下5个可见的空间。随后，当环的更多的表面被蚀刻掉时，3个空间是可见的。如果孔是被盖住的，那么特征可以靠得更近，因为孔不面对等离子体。
与图6A相似，图6B包括3个具有不同深度的特征。边缘环的使用寿命可通过可见孔的数量和/或可见孔的深度来测量。
图6C显示了三个倒锥形且具有不同深度的触发特征。在另一种实施方式中，孔的形状是倒棱锥形。如上所述，可见孔的数量将确定部件的使用寿命，并且孔的尺寸也提供孔有多深的指示，因为随着孔越来越浅(例如环的表面被蚀刻)，孔的尺寸会减小。
此外，每个孔的尺寸被配置为当孔变得可见时避免在室内产生工艺偏移。如果孔太大，等离子体会进入到孔中，并在边缘环的表面上方导致均匀性的缺失。此外，孔被间隔开以在孔变得可见时避免工艺偏移。如果若干孔紧靠在一起，那么它们相对于等离子体就相当于一个大孔，从而会在室内导致均匀性的缺失和工艺偏移。为了避免工艺偏移，孔被配置成间隔开，从而当孔相对于等离子体可见时，孔不会导致工艺偏移。
图6D显示了具有不同形状的触发特征。例如，第一特征具有较浅的深度和矩形横截面，第二特征比第一特征深并具有圆锥形形状，以及第三特征比另外两个特征深并具有矩形的横截面。通过提供不同的深度和特征形状，基于可见孔的数量和孔的尺寸，环的表面的图像分析将提供关于环的剩余的使用寿命的更多的信息。
图6E显示了包括带有三个不同深度和球状底部的三个触发特征的实施方式，其与不同尺寸的试管相似。
图6F显示了带有相同深度和球状底部的三个触发特征的实施方式。此外，图6F的实施方式包括不同高度的盖。因此，当腐蚀发生时，第一个孔将首先变得可见，然后当腐蚀继续进行时，第二个孔将也会变得可见，最终，当腐蚀去除了全部3个盖元件时，所有三个孔将是可见的。因而，可见孔的数量能被用作边缘环的剩余使用寿命的度量。
图6G和6H显示了触发特征不具有底面的边缘环，即触发特征被限定为到达边缘环的底部。图6G显示了一触发特征，该触发特征具有从边缘环的上表面延伸的盖特征，以及在盖特征下方的到达边缘环底部的中空的空间。在一种实施方式中，该中空的空间的形状是圆锥形或者棱锥形的，当然其它的形状也是可以的。在操作中，边缘环的表面最初是平的，但是当盖特征被蚀刻掉以后，孔将出现在边缘环的表面内。随着蚀刻继续进行以及更多的边缘环表面被蚀刻掉，孔的尺寸将变大，从而提供了易损件的剩余使用寿命的指示。
图6H与图6G是相似的，但是其没有盖元件，因为空间是由边缘环本身覆盖的。图6H的实施方式的优点之一是该触发特征是在边缘环底部的凹口，并且该触发特征比较容易制造，因为它所需要的是改变边缘环的形状。
应当指出，在上述图中所示的实施方式是示范性的。其它实施方式可采用先前所描述的特征的不同组合，例如，触发特征的数量改变，触发特征在边缘环的表面上方的分布，盖元件的尺寸和形状，盖元件下方空间的大小和形状等等。因此，如图1A-1B、2A-2B、3A-3B、4A-4E、5A-5F和图6A-6H所示的实施方式不应被解释为排他性或者限制性的，而是示范性或说明性的。
图7A是根据一个实施方式的用于判定易损部件是否需要更换的方法的流程图。虽然在该流程图中的各个操作被依次呈现和描述，但一个普通技术人员将理解，所述操作中的一些或全部可以以不同顺序执行、被组合或省略、或者被并行地执行。
在操作702，本发明的易损部件的触发特征被识别以用于检测易损部件的剩余寿命。例如，触发特征可以是图2A中的触发特征202，并且当真空微腔室204在边缘环的表面上暴露且可见时，边缘环的寿命被认为已耗尽。在另一实施方式中，当触发特征在边缘环的表面上是第一次可见时，边缘环被认为剩余有预定的寿命量。其他实施方式可以包括不同类型的触发和不同方式的基于触发特征的形状或大小的变化来测量易损部件的剩余寿命。
从操作702，该方法进行到操作704，其中在半导体制造装置内的腔室处于运作中。从操作704，该方法进行到操作706，其中易损部件被检查以用于指示易损部件上的剩余寿命的触发特征的可能检测。
从操作706，该方法进行到操作708，其中进行检查以判定是否在操作706中检测到触发。如果检测到触发，则该方法进行到操作710，而如果没有检测到触发，则该方法进行到操作704以继续腔室的操作。
在操作710，触发的检测被记录和/或产生系统通知，系统通知指示易损部件的剩余寿命量。在一个实施方式中，基于所检测到的触发的易损部件的性能的历史测量，被用于预测易损部件上的剩余寿命。
从操作710，该方法进行到操作712，其中进行检查以判定是否腔室的操作可继续。例如，如果触发特征检测到腔室的性能将低于不可接受的阈值，则系统可判定腔室的操作不能继续，直到易损部件被替换。如果能够继续，则方法返回至操作704以对腔室进行操作，而如果判定腔室的操作无法继续，则方法进行到操作714，在操作714中请求易损部件的替换。
应当注意，该方法可以应用于可通过管道镜检查的任何部件，该管道镜可以从小闸阀的一侧注入(如在图1A所示)。通过在腔室不工作的同时执行该检查，能够避免在加工期间对管道镜和/或晶片污染。
图7B是根据一个实施方式的用于判定易损部件的剩余寿命的方法的流程图。虽然在该流程图中的各种操作被依次呈现和描述，但一个普通技术人员将理解，所述操作中的一些或全部可以以不同顺序执行、被组合或省略、或者被并行地执行。
在操作722中，图像(或多个图像)通过与系统控制器通信的图像分析仪接收。接收到的图像是半导体制造系统的易损部件的。
从操作722，该方法进行到操作724，其中接收到的图像(或多个图像)被分析以用于触发特征的检测，该检测可以指示与易损部件的寿命相关联的条件，例如该易损部件必须更换或者必须在预定时间内更换的指示。触发特征检测可以包括检测以下中的一个或多个：在易损部件的表面上的孔；与易损部件的整体区域不同颜色的表面内的面积；在易损部件的表面上的沟槽外观；在易损部件的表面上的一个或多个孔的外观，等等。
从操作724，该方法进行到操作726，其中进行检查以判定是否在操作724中检测到触发。如果检测到触发，则该方法进行到操作730，如果没有检测到触发，该方法进行到操作728，其中写入表示执行了分析且未检测到触发的日志条目。
在一个实施方式中，触发特征可以是将示出使得检测快速且非模糊的光学图像中的急剧变化的任何特征。在一个实施方式中，避免了在材料或几何总量变化方面的差异，因为它们可能造成污染和/或工艺移位的问题。
在操作730中，触发特征被分析以判定易损部件的剩余寿命量，或者判定易损部件是否没有剩余寿命。该分析可以基于以下进行：孔或沟槽的深度；在易损部件的表面上的可见孔的形状；在易损部件的表面上所检测到的触发特征的数量；所检测到的触发的形状和/或尺寸；易损部件上与该易损部件的颜色不同的区域，等等。
从操作730，该方法进行到操作732，其中指示分析结果的日志条目被创建。从操作732，该方法进行到操作734，其中为半导体制造设备的系统管理员生成系统通知，和/或生成指示易损部件必须立即或者在预定的时间内更换的警告。
图7C是根据一个实施方式的在半导体处理腔室操作期间用于易损部件的调度检查的方法的流程图。在操作752，半导体制造机器接收一批衬底，包括将要处理的多个衬底。在一个实施方式中，该过程包括在衬底表面上蚀刻特征。
在操作期间754中，该批衬底由半导体制造设备处理。从操作754，该方法进行到操作756，其中该批衬底退出制造设备且被发送到传输设备。
在该批已被处理之后，在操作758，管道镜被插入到腔室，同时腔室不工作。一旦管道镜被注入到该腔室内，管道镜可以被旋转760和平移以检查腔室内的各部件。在操作762中，管道镜摄取被检查的易损部件的一个或多个图像。
在操作764中，由管道镜所摄取的图像或多个图像被分析以用于一个或多个触发特征的可能检测。每个图像可被处理以检测指示已达到磨损寿命的形态变化。检测有缺陷的边缘环对于在边缘环的磨损可能引起工艺偏移或漂移的应用中是至关重要的。
从操作764，该方法进行到操作766，其中进行检查以判定是否已检测到触发。如果触发已被检测到，则方法进行到操作768，如果触发没有被检测到，则该方法进行到操作770。
在操作768中，在系统日志中生成条目，指示触发已被检测到。此外，该系统可以基于所述触发检测生成一个或多个系统通知，并识别在易损部件上剩余有多少寿命，或者判定在易损部件上是否没有剩余寿命。
在操作770中，进行检查以判定管道镜是否需要分析额外的易损部件。如果更多的部件要被检查，则该方法回到操作760以定位管道镜来用于拍摄图像，而如果没有更多的部件要被检查，则方法回至操作752，其中系统已准备好接收新的一批衬底。
在一个实施方式中，用于检测边缘环上的损耗的方法包括用于将边缘环放置在半导体制造腔室内的操作。该边缘环被配置成在处理期间围绕衬底，并且该边缘环包括环形主体和在环形主体内的触发特征。触发特征包括覆盖孔的盖元件，并且当所述盖元件被侵蚀时该孔是可见的。
该方法还包括用于在腔室中插入检视镜(的操作、以及用于分析由检视镜捕获的边缘环的图像来判定盖元件是否可见的操作。此外，该方法包括用于当孔是可见时在腔室内替换边缘环之前判定剩余时间量的操作。
本文呈现的实施方式提供了方法、系统和计算机程序以为湿法清洁预测时间，提高制造的可预测性，最小化停机时间。通过管理易损部件的寿命，最小化消耗部件的成本，同时改进了腔室的操作。
在一个实施方案中，触发特征被设计成使寿命周期与触发特征相关联。设备的操作者能够基于在由图像分析仪的相应分析中触发特征所提供的信息来限定何时清洁或更换部件。
图8是用于实现实施方式的计算机系统的简化示意图。但是应当理解的是，本文描述的方法可以与数字处理系统一起执行，例如常规的通用计算机系统。被设计或编程成执行仅一个功能的专用计算机可在替代方案中使用。计算机系统包括中央处理单元(CPU)804，其通过总线810耦合到随机存取存储器(RAM)828、只读存储器(ROM)812和大容量存储设备814。系统控制器程序808驻留在随机存取存储器(RAM)828内，但也可以驻留在大容量存储814内。
大容量存储设备814表示了持久的数据存储设备，如软盘驱动器或固定盘驱动器，其可以是本地或远程的。网络接口830提供经由网络832的连接，允许与其它设备通信。但应当理解的是，CPU804可体现在通用处理器、专用处理器或专门编程逻辑设备内。输入/输出(I/O)接口提供与不同的外围设备的通信，并且通过总线810与CPU804、RAM828、ROM812和大容量存储设备814连接。外围设备实例包括显示器818、键盘822、光标控制824、可移动媒体设备834，等等。
显示器818被配置成显示本文所描述的用户接口。键盘822、光标控制824、可移除媒体设备834和其它外围设备被连接到I/O接口820，以便在命令选择中与CPU804传送信息。应该理解的是，出入外部设备的数据可通过I/O接口820通信。实施方式也可以在分布式计算环境内实施，在该分布式计算环境中任务由通过有线或无线网络连接的远程处理设备执行。
实施方式可与各种计算机系统配置一起执行，所述各种计算机系统配置包括手持式设备、微处理器系统、基于微处理器的或可编程的消费电子产品、小型计算机、大型计算机等。该实施方式也可以在分布式计算环境中实施，在该分布式计算环境中任务由通过网络连接的远程处理设备执行。
考虑到上述实施方式，应当理解的是，实施方式可以采用涉及存储在计算机系统中的数据的各种计算机实现的操作。这些操作是那些需要对物理量进行物理操纵的操作。构成实施方式一部分的本文所描述的任何操作是有用的机器操作。实施方式还涉及用于执行这些操作的设备或者装置。该装置可以被特别地构造用于所需目的，诸如专用计算机。当被定义为专用计算机时，该计算机也可以执行并非专用目的一部分的其他的处理、程序执行或例程，同时仍然能够操作用于专用目的。可替代地，操作可以由通用计算机执行，通过存储在计算机存储器、高速缓存或通过网络得到的一个或多个计算机程序选择性地激活或配置。当数据通过网络获得时，数据也可以通过网络上的其他计算机进行处理，例如云计算资源。
一个或多个实施方式也可以构造为在计算机可读介质上的计算机可读代码。该计算机可读介质是可存储数据的任何数据存储设备，这些数据可随后由计算机系统读取。计算机可读介质的例子包括硬盘驱动器、网络附加存储(NAS)、只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、CD-R、CD-RW、磁带以及其他光学和非光学式数据存储设备。计算机可读介质可包括分布在网络耦合的计算机系统上的计算机可读有形介质，从而计算机可读代码被分布式存储和执行。
虽然该方法的操作被以特定顺序描述，但应当理解的是，其他内务操作可以在操作之间执行，或者操作可以被调整使得它们在稍微不同的时刻发生，或者可以在系统中分配，允许处理操作发生在与处理相关联的不同间隔，只要重叠操作的处理以所期望的方式执行。
虽然为了清楚理解的目的而对前述实施方式已经在一些细节上进行了描述，但显而易见的是，某些变化和修改可在所附权利要求的范围内实施。因此，本实施方式应被认为是说明性的而不是限制性的，并且实施方式并不限于本文所给出的细节，而是可以在所附权利要求的范围和等同物内进行修改。

Claims (20)

1.一种在用等离子体处理半导体衬底的腔室内使用的易损件，所述易损件包括：
主体，其具有配置为在所述腔室中的处理期间暴露于等离子体的表面；和
在所述主体中一体形成的触发特征，所述触发特征包括空隙，所述空隙位于所述主体的表面之下，其中所述空隙配置为当所述表面因暴露于等离子体一段时间而被腐蚀时变得可见，所述空隙变得可见是所述主体的表面上的可识别的特征，显示了所述易损件的磨损程度，所述磨损程度与所述易损件的剩余处理时间的量有关。
2.一种如权利要求1所述的易损件，其中剩余处理时间的量与所述空隙通过检视镜首次可见时确定的预定时间段有关。
3.一种如权利要求1所述的易损件，其中所述触发特征进一步包括盖元件，所述盖元件基本上与所述主体的表面共面，所述盖元件位于所述空隙之上，所述盖元件与所述易损件材料相同，以避免处理衬底时在腔室内的工艺偏移。
4.一种如权利要求1所述的易损件，其中所述易损件进一步包括：
一个或多个分布在所述易损件上方的额外触发特征。
5.一种如权利要求4所述的易损件，其中所述一个或多个额外触发特征包括不同深度的盖元件。
6.一种如权利要求4所述的易损件，其中所述一个或多个额外触发特征包括不同深度的各个空隙。
7.一种如权利要求1所述的易损件，其中在所述空隙上方的盖元件与所述主体的材料相同。
8.一种系统，包括：
腔室，其配置为产生用来处理半导体衬底的等离子体；
用在腔室内的易损件，所述易损件包括主体和触发特征，所述主体具有配置为在所述腔室中的处理期间暴露于等离子体的表面，所述触发特征在所述主体中一体形成，其中所述触发特征包括空隙，所述空隙位于所述主体的表面之下，其中所述空隙配置为当所述表面因暴露于等离子体一段时间而被腐蚀时变得可见；
检视镜，其用于当所述易损件在所述腔室内时检视所述易损件；和
控制器，其配置为基于通过所述检视镜得到的信息判断所述空隙是否可见，所述空隙变得可见是所述主体的表面上的可识别的特征，显示了所述易损件的磨损程度，所述磨损程度与易损件的剩余处理时间的量有关，其中所述空隙的尺寸配置为，当所述空隙在所述表面被磨损后暴露于所述等离子体时，避免在腔室内的工艺偏移。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述检视镜配置为利用一个或多个可见光谱的图像、红外图像、声波、超声波以及射频波来检视所述易损件。
10.如权利要求8所述的系统，其中所述触发特征的深度为所述主体的宽度的大约一半。
11.如权利要求8所述的系统，其中所述触发特征的深度在所述主体的纵向宽度的10％到99％的范围内。
12.如权利要求8所述的系统，其中所述空隙的形状是圆柱形。
13.如权利要求8所述的系统，其中所述空隙的形状是截锥形。
14.如权利要求8所述的系统，其中所述触发特征进一步包括盖元件，所述盖元件与所述主体的表面共面，所述盖元件位于所述空隙的上方，其中所述盖元件包括配置为匹配在所述主体的相应凹痕处的突出环。
15.一种用于检测易损件的损耗的方法，所述方法包括：
将所述易损件置于用于半导体制造的腔室内，其中所述易损件包括主体和触发特征，所述主体具有配置为在腔室中的处理期间暴露于等离子体的表面，所述触发特征在主体中一体形成，其中所述触发特征包括空隙，所述空隙位于所述主体的表面之下，其中所述空隙配置为当所述表面因暴露于等离子体一段时间而被腐蚀时变得可见，所述空隙变得可见是所述主体的表面上的可识别的特征，显示了所述易损件的磨损程度；
将检视镜插入所述腔室；
分析通过所述检视镜得到的信息，以判断所述空隙是否可见；和
当所述空隙可见时，在替换所述腔室内的所述易损件之前判断剩余的时间量。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述触发特征进一步包括盖元件，所述盖元件与所述主体的表面共面，所述盖元件位于所述空隙上方，其中所述盖元件是圆形的。
17.如权利要求15所述的方法，其中位于所述空隙上方的盖元件具有沿所述主体的沟槽形状。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述触发特征进一步包括在相应的额外空隙上方的额外的盖。
19.如权利要求15所述的方法，其中所述空隙具有倒锥形的形状。
20.如权利要求15所述的方法，其中当由一个或多个处理器执行时，所述方法的操作由计算机程序执行，所述计算机程序嵌入非瞬时计算机可读存储介质中。
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