CN113597659A - 用于原位边缘环腐蚀监测的传感器和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开内容总体上涉及一种用于确定与在等离子体处理腔室内的蚀刻中使用的环组件的腐蚀有关的度量的方法和设备。在一个示例中，设备被配置为获取指示在等离子体处理腔室中设置在基板支撑组件上的边缘环上的腐蚀的度量。传感器获取边缘环的度量。度量与边缘环中的腐蚀量相关。在另一示例中，环传感器可布置在基板支撑组件的外周的外部。度量可由环传感器通过等离子体屏来获取。

Description

用于原位边缘环腐蚀监测的传感器和系统
背景技术
技术领域
本文所描述的示例总体上涉及基板处理方法与设备，并且更具体地涉及用于检测边缘环中的腐蚀的改进的设备。
相关技术说明
在半导体处理腔室中，基板可以在诸如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)或其他腔室之类的等离子体处理腔室中进行各种等离子体处理操作，诸如沉积、蚀刻和退火。将基板放置在诸如静电吸盘(ESC)之类的基板支撑件的顶表面上，静电吸盘用于固定基板以进行等离子体处理(诸如蚀刻操作)。环组件可以沿着围绕基板的基板支撑件的顶表面的外周设置。在蚀刻处理期间，环组件可防止基板支撑件的腐蚀，并且另外沿着基板支撑件的外周使等离子体成形，以便形成从基板的中心到边缘的均匀的等离子体分布。
环组件可以由石英、硅、SiC或其他合适的材料制成。在蚀刻处理期间，环组件可能由于暴露于蚀刻气体、等离子体或两者而腐蚀。环组件的腐蚀可能会导致工艺漂移，这是由于从环中去除的材料会影响沿基板边缘的处理等离子体的分布。这种工艺漂移将不可避免地导致基板上的缺陷。在显著腐蚀影响处理结果之前，在预防性维护期间更换环组件，以确保工艺一致性并防止制造缺陷影响处理良率。但是，更换环组件需要大量时间和费用，因为在维护操作期间必须停止处理设备。
环腐蚀一直是生产力和技术发展两者的长期问题。由于边缘环的腐蚀速率在很大程度上取决于等离子体的化学性质和工艺条件，因此很难精确地确定环的使用寿命，这可能导致生产低效。确定边缘环腐蚀的现有方法主要是试探性的，其中操作者在一定时间段之后安排边缘环更换。根据操作者观察到的腐蚀严重程度，可以缩短或延长所述时间段。制造商必须权衡在边缘环的腐蚀导致缺陷、由此降低制造良率之前关闭制造设备以更换环组件的折衷和益处。
因此，在本领域中需要减少制造停工时间，同时保持良好的处理结果。
发明内容
等离子体处理腔室被配置成监测边缘环的方法。一个腔室具有腔室主体，所述腔室主体包含多个壁，所述多个壁限定内部容积。基板支撑组件设置在内部容积内。基板支撑组件具有外周。基板支撑组件包含延伸至外周的基板支撑件。基板支撑组件具有顶表面。具有上表面的边缘环被设置在顶表面上靠近外周。至少第一传感器被设置在腔室主体内在顶表面下方并在基板支撑组件的外周的外部。环传感器被配置成检测边缘环的度量。
在本文公开的另一示例中，提供了一种等离子体处理腔室，所述等离子体处理腔室包含腔室主体，所述腔室主体具有多个壁，所述多个壁限定内部容积。基板支撑组件设置在内部容积内。基板支撑组件具有外周。基板支撑组件还具有延伸至外周的基板支撑件、以及顶表面。边缘环具有上表面并且被设置在顶表面上靠近外周。传感器被设置在腔室主体内在基板支撑组件的顶表面下方。环传感器被配置成检测边缘环的度量。度量与边缘环的位移、阻抗和/或声波传播相对应。
在又另一示例中，提供用于处理基板的方法。方法包含将边缘环设置在顶表面上靠近外周，所述环具有上表面。方法还包含将传感器设置在腔室主体内在顶表面下方。利用环传感器获得边缘环的度量。度量与边缘环的位移、阻抗或声波相对应。方法进一步包含：基于度量来调整边缘环的高度。方法还包含：通过在腔室主体内暴露等离子体来处理基板。
附图说明
为了能够详细理解本公开内容的上述特征的方式，可通过参考本文中的示例来获得以上简要概述的本公开内容的更具体描述，附图中示出了所述示例中的一些示例。然而，应注意，附图仅示出示例，并且因此不应被视为限制示例的范围，并可承认其他等效的示例。
图1A是示例性处理腔室的示意性侧视图，处理腔室具有用于监测基板支撑组件的边缘环的腐蚀的环传感器。
图1B是沿着图1A中的线BB截取的处理腔室的示意性横截面平面图。
图2A是图1A的基板支撑组件的一部分的平面图，示出了设置在基板支撑组件内的环传感器的一个示例。
图2B是图1A的基板支撑组件的一部分的平面图，示出了设置在基板支撑组件的外周的外部的环传感器的另一示例。
图3A是具有环传感器的一个示例的图1A的基板支撑组件的一部分的平面图。
图3B是具有环传感器的替代示例的图1A的基板支撑组件的一部分的平面图。
图3C是具有环传感器的替代示例的图1A的基板支撑组件的一部分的平面图。
图3D是具有环传感器的替代示例的图1A的基板支撑组件的一部分的平面图。
图4是用于在图1的处理腔室中处理基板的示例性方法。
图5示出了用于图1A的基板支撑组件中的环传感器的各种位置。
图5A是图5所示的石英管的一部分的剖视图。
图6是适合于实现用于确定与环组件的腐蚀有关的度量的等离子体处理腔室和方法和设备的各种示例的计算机系统的示意图。
为了促进理解，已尽可能使用相同的附图标记指示附图中共有的相同元件。可以预期，一个示例的元件与特征可被有益地并入其他示例中而无需进一步的叙述。
具体实施方式
本文公开的示例总体上涉及配置成监测边缘环的方法的等离子体处理腔室。有利地，监测边缘环腐蚀使得能够进行工艺配方调整以减少腐蚀。精确监控边缘环的使用寿命不仅有助于提高生产率，而且通过减少环组件的更换频率来降低运营成本。边缘环的原位监测还允许对边缘环位置的实时控制，以增强处理操作期间可能的等离子体均匀性。
下面参考在配置成蚀刻基板的系统中的使用来说明性地描述本文的示例。然而，应当理解，所公开的主题可用于其他系统配置中，诸如化学气相沉积系统、物理气相沉积系统和其他系统，其中基板支撑件上的环组件暴露于处理腔室内的等离子体中。还应理解，本文公开的示例可以适于在配置成处理各种大小和尺寸的基板的其他处理腔室中实践。
有利地，本文的公开内容的示例使得能够原位测量环组件的腐蚀。通过更精确地确定腐蚀，可以在处理腔室中保持更一致的等离子体分布。维持一致的等离子体分布会影响所生产基板的质量。因此，本文公开的设备和方法的应用允许增加基板处理中的良率。另外，与简单地依赖于操作者遵循固定时间表的现有方法相反，可以基于环组件腐蚀的实际程度来安排预防性维护。此外，通过基于环的实际腐蚀来安排预防性维护，由于服务间隔之间的平均时间延长，拥有成本得以降低。此外，因为操作员能够避免在常规的基于时间规划的维护期间停止生产、而只是发现没有发生足够的腐蚀以保证环组件更换的情况，所以降低了成本。
尽管上文将传感器描述为设置在基板支撑组件的顶表面下方，但是应当理解，本文公开的传感器也可以定位在顶表面处。因此，在此应注意，被描述为在顶表面下方的传感器的每个描述也可以设置在顶表面处，并且在顶表面处设置的传感器的每个描述也可以定位在顶表面下方。
图1A是具有环组件128的等离子体处理腔室100的截面图。等离子体处理腔室100可以是等离子体蚀刻腔室、等离子体增强化学气相沉积腔室、物理气相沉积腔室、等离子体处理腔室、离子注入腔室或其他合适的真空处理腔室。如图所示，等离子体处理腔室100是适合于蚀刻基板W的蚀刻腔室。基板W可以是半导体晶片、玻璃面板或其他工件。
等离子体处理腔室100可以用于各种等离子体工艺。在一个示例中，等离子体处理腔室100可用于用一种或多种蚀刻剂执行蚀刻。例如，处理腔室可用于维持来自诸如CxFy(其中x和y可以是不同的允许组合)、O2、NF3、SF6、CHxFy或它们的组合、或Cl2、HBr、BCl3、SiCl4等等气体的等离子体。等离子体处理腔室100包括腔室主体102，腔室主体102包括多个侧壁191、腔室盖192和腔室底部193。多个侧壁191、腔室盖192和腔室底部193包围并限定内部容积103。
气体喷嘴108耦接到穿过腔室盖192形成的孔116。孔116耦接至导管106。气体面板104通过导管106耦接到孔116，并且被配置为通过喷嘴108将气体提供至腔室主体102的内部容积。
腔室主体102包括穿过腔室底部193形成的第二孔116。第二孔116流体耦接至泵118，泵118被配置为从腔室主体102的内部容积103中去除气体，并与内部容积103保持真空。
多个线圈114设置在腔室主体102上方。线圈114耦合到电源112，诸如RF电源。内部容积103中存在的气体，通过经由线圈114感应耦合至气体的功率而被激励以形成等离子体。
基板支撑组件120设置在腔室主体102的内部容积103中。基板支撑组件120具有顶表面131和外周132。基板支撑件122是基板支撑组件120的一部分。基板支撑件122可以是静电吸盘。基板支撑件122具有基板安装表面133，基板安装表面133被配置为在处理期间在其上接受基板W。环组件128和基板支撑件122部分地形成基板支撑组件120的顶表面131。
环组件128设置在基板支撑件122上。基板支撑件122的上表面201(在图2中示出)与基板支撑组件120的顶表面131共面。环组件128定位在顶表面131上、紧邻基板支撑组件120的外周132。
一个或多个环传感器140邻近环组件128设置。在一个示例中，环传感器140被示为在基板支撑组件120的顶表面131下方。在另一个示例中，在等离子体屏124的顶表面下方示出了环传感器140。环传感器140由导电杆141支撑。导电杆141可以由任何合适的导电金属(包括铝)制成。导电杆141定位在基板支撑组件120的外周132的横向外侧，使得环传感器140也定位在外周132的横向外侧。在另一示例中，一个或多个环传感器140定位在导电套筒142内。在此示例中，导电套筒142横向地定位在基板支撑组件120的外周132的内部。在此示例中，一个或多个环传感器140也横向地定位在外周132的内部。
等离子体屏124定位在基板支撑组件120的外周132的外部并与基板支撑组件120的外周132相邻。等离子体屏124具有平行于基板支撑组件120的顶表面131定位的上表面125。在一个示例中，等离子体屏124的上表面125与环组件128处的顶表面131共面。在另一个示例中，等离子体屏124的上表面125与基板支撑件122的基板安装表面133共面。等离子体屏124具有多个开口126，所述多个开口126被配置成允许气体通过开口126，同时基本上防止等离子体从其中穿过。例如，开口126可以是成角度的或具有防止从等离子体屏124的上表面125上方的区域通过开口126到等离子体屏124下方的区域的垂直视线的其他形状。
简要转到图1B，图1B是沿着图1A中的线BB截取的处理腔室的示意性横截面平面图。在一个示例中，每个环传感器140被定位成与基板支撑组件120的中心轴线199相距距离197。每个环传感器140定位成从中心轴199到设置在边缘环228下方的相邻环传感器140成角度198。在一个示例中，三个环传感器140以120度的角度相等地间隔开。在另一个示例中，四个环传感器140以90度的角度相等地间隔开。然而，应当理解，环传感器140的相等间隔不是必需的，并且在一些示例中，环传感器在不规则间隔(诸如以适应基板支撑组件120的结构)时同样有效。
现在转到图2A，图2A是图1A的基板支撑组件120的一部分的平面图，示出了设置在基板支撑组件120内的环传感器140的一个示例。基板支撑组件120包括静电吸盘(ESC)202，即基板支撑件122、环组件128和导电套筒210。环组件128可以是单个环或多部件组件。在一个示例中，环组件128具有内环204和边缘环228。
内环204至少部分地由静电吸盘202支撑。内环204具有边缘顶表面205、边缘底表面207和边缘垂直表面209。边缘垂直表面209平行于边缘环228的内表面224。边缘环228的外表面226邻近等离子体屏124设置。
边缘环228部分地由基板支撑组件120中的内环204和导电套筒210支撑。边缘环228包括上表面220、下表面222、内表面224和外表面226。上表面220基本上平行于下表面222。内表面224基本上平行于外表面226，并且基本上垂直于下表面222。边缘环228的横截面分布是基本上矩形的，但是可以可替代地具有其他构造。
环传感器140设置在导电套筒210内，导电套筒210定位成靠近边缘环228的下表面222。边缘环228的下表面222与导电套筒210之间可能存在间隙或间隔。环传感器140设置在基板支撑组件120的顶表面131下方。每个环传感器140还邻近边缘环228设置。环传感器140可以是接近度传感器(例如电容传感器)、位移传感器、阻抗传感器或声学传感器。布线206将环传感器140的输出耦合至通信电路208，通信电路208将由环传感器140获取的数据传输至图6所描绘的控制器618。数据可以是数字的或模拟的。由环传感器140获取的数据指示边缘环228的度量。度量还对应于边缘环228的腐蚀。环传感器140还可经由通信电路208从CPU620接收指令。
图2B示出了等离子体处理腔室100的一部分的局部截面图的另一示例。环传感器140设置在基板支撑组件120的外周132的外部。环传感器140可以设置在导电杆230内。导电杆230邻接等离子体屏124的下表面。等离子体屏124电耦接到环组件128。在一些示例中，等离子体屏124具有与边缘环228、静电吸盘202或两者邻接的额外的外环。环传感器140可以被嵌入等离子体屏124内。环传感器140也可以与等离子体屏124的表面共面。以与图2A中的示例基本上相似的方式，布线206将环传感器140耦合至通信电路208，通信电路208将由环传感器140获取的数据传输至控制器618(如图6所示并且在下面进行讨论)。环传感器140还可经由通信电路208从CPU 620接收指令。
传感器示例
如上所述，环传感器140可以是位移传感器、阻抗传感器或声学传感器和接近度传感器中的任何一者，下面将对其进行详细描述。在下面的每个示例中，通信电路208在环传感器140与控制器618之间传输数据以供处理。根据此数据，可以确定边缘环228的腐蚀特性。由环传感器140获取的边缘环228的度量可以用于以促进等离子体均匀性的方式来控制边缘环228的位置。度量还可以用于在腔室主体102内保持恒定的等离子体分布，所述等离子体分布用于预测或指示何时需要维修或更换边缘环228。因此，采用本文公开的方法和设备，可以精确地确定或预测用于边缘环228的预防性更换的时机。
位移传感器
图3A是具有环传感器的一个示例的图1A的基板支撑组件的一部分的平面图。位移传感器可以间接测量边缘环228的腐蚀。环传感器140包括柔性膜310。边缘环228的腐蚀可以通过测量柔性膜310的位移来确定。在一个示例中，环传感器140至少部分地设置在导电套筒210的开口312中。开口312包括一个或多个侧壁311。柔性膜310定位在开口312内并附接到侧壁311。在一些示例中，附接构件315附接到边缘环228并且定位在开口312上方。附接构件315接触并移位柔性膜310，其中边缘环228的重量被完全支撑在附接构件315上。
另外参照图5，图5示出了环传感器140在基板支撑组件120中的各种位置。在一个示例中，附接构件315还布置在边缘环228下方的第一位置512处。如图3A所示，附接构件315耦接到边缘环228和柔性膜310。柔性膜310配置成偏转距离Δd。柔性膜310所偏转的距离Δd对应于边缘环228的重量。边缘环228的重量随着环材料的腐蚀增加而减小。在以下示例中的一些示例中，环传感器140安装在导电套筒520内。
在本公开内容的另一示例中，环传感器140可替代地安装在导电套筒520下方的第二位置514处。环传感器140、侧壁311和开口312以与以上描述类似的方式配置。在此示例中，附接构件315也耦接至柔性膜310。
图5A是石英管502的一部分的截面图。如图5A所示，环传感器140可以定位在石英管502的根部(heel)522中。环传感器140在石英管502的根部522中的定位使得能够访问布线206或通信电路208。在此示例中，环传感器140相对于边缘环228基本上静止。环传感器140被配置为测量由导电套筒210的重量和边缘环228的重量引起的力。在此测量配置中，边缘环228不邻接内环204。测得的力可能会受到由导电套筒210接收的摩擦力的影响。当边缘环228安装在基板支撑件122上时，导电套筒210可经受摩擦力。当通过推销(pushing pin)504的运动来调节导电套筒520时，导电套筒520可能邻接石英管502，从而引起摩擦力。导电套筒520还可以邻接其他部件，诸如基板支撑件122，从而以类似的方式产生摩擦力。可以通过控制器618或通信电路208来滤除摩擦力。
在另一示例中，环传感器140可替代地安装在导电套筒520的底部的第三位置516处。环传感器140也可以在第三位置516处安装在推销504内。在此示例中，附接构件315也耦接至导电套筒520和柔性膜310。环传感器140安装在导电套筒520的内部。
在又另一个示例中，环传感器140可替代地安装在推销504下方的第四位置518处。环传感器140也可以定位在基座构件508上方。如此，环传感器140可以定位在基座构件508的内部。环传感器140也可以在此第四位置518处安装在推销504内。推销504安装在基座构件508中。环传感器140邻接推销504的底部506。环传感器140被配置为检测边缘环228的重量。环传感器还被配置为检测导电套筒520的重量。环传感器140还被配置为检测推销504的重量。以与以上示例类似的方式，当边缘环228安装在基板支撑件122上时，推销504可以接收摩擦力。当推销504邻接轴承510时，推销504也可接收摩擦力。在此示例中，轴承510将推销504的相对运动约束到期望的方向。轴承510可以定位在基座构件508内。
环组件128可以通过推销504耦合到导电套筒520。推销504可延伸穿过腔室主体102的腔室底部193的表面。导电套筒520适合于在腔室主体102内在多个下部位置与数个升高位置之间上下移动环组件128。导电套筒520可以耦接至图6所示的致动器624，诸如马达，或可以是带螺纹的螺钉，或用于将环组件128相对于基板支撑件122定位的其他合适的装置。
导电套筒520允许将边缘环228在腔室主体102内在下部传递部分与数个升高的处理位置之间垂直移动。在本文公开的一些示例中，边缘环228与导电套筒520接合。在一些示例中，导电套筒520可以由致动器624驱动。在其他示例中，导电套筒142可以设置在导电套筒520内。
因此，本文公开了在环传感器140的一个示例中，通过确定柔性膜310的偏转度来间接检测边缘环228的腐蚀的若干技术。应当理解的是，以下传感器中的每一者可以不受限制地布置为环传感器140，如图2A和2B所描绘的。
电容式环传感器
环传感器140可以利用电容式环传感器来检测柔性膜310的偏转。环传感器140可以耦接到压阻应变仪，所述压阻应变仪利用压阻效应来检测由于施加的压力而引起的应变。在压阻材料内，随着压力使耦合到环传感器140的薄隔膜(未图示)的材料变形，可测量到的电阻会增加。
施加的压力使薄隔膜(即电容器的极板)偏转长度Δl并使电容改变。施加的压力是由边缘环128的重量产生的力引起的。边缘环128的重量变化与薄隔膜的偏转成比例。因此，电容的变化可用于控制振荡器的频率或改变通过网络的AC信号的耦合。电容也可以通过使用电子电路(诸如开关电容器电路)直接测量。电容式环传感器使用薄隔膜和压力腔来创建可变电容器，以检测由于施加的压力而产生的应变。来自边缘环的施加的压力(即力)使薄隔膜变形了可测量的长度Δl。随着压力使隔膜变形，电容会减小。电容(C)与极板之间材料的介电常数成比例。电容(C)可用以下公式表示：C＝μA/d，μ＝极板之间材料的介电常数，A＝极板面积，d＝极板之间的间距。通过监测环传感器140的电容变化，可以检测边缘环128的腐蚀。
应变仪环传感器
如上所述，环传感器140还可利用应变仪来检测柔性膜310的偏转。应变仪可以物理地固定到柔性膜310。应变仪利用电导率的物理性质及其对柔性膜310的几何形状的依赖性。当柔性膜310被拉伸时，应变仪将变得更窄和更长，这增加了应变仪的电阻。相反地，当导电材料被压缩时，应变仪将加宽和缩短，这降低了应变仪的电阻。根据应变仪的测量电阻，可以确定感应应力的大小，所述感应应力的大小与边缘环128的重量成比例。
例如，应变仪可以是具有电阻(R)的金属材料条带，电阻(R)可以用R＝ρL/WT表示，其中ρ＝电阻率，L＝长度，W＝宽度，并且T＝厚度。金属应变仪取决于尺寸变化以产生电阻变化。施加在条带上的应力使条带变得更长、更窄和更薄，从而导致电阻为：R＝ρ(L+ΔL)/(W-ΔW)(T–ΔT)。输出电压与由金属材料条带的应变引起的电阻变化成比例。
光学干涉传感器
环传感器140可以耦合到光学干涉仪。光学干涉仪还被配置为检测柔性膜310的偏转。光学干涉仪具有至少一个发光元件。发光元件可以发射光或一些其他形式的电磁波。在大多数干涉仪中，来自单个源的光被分成分别沿不同的光路行进的两束，然后这些光束重新组合以产生干涉。
当光束进入柔性膜310的表面时，从发光元件发射的光束在折射表面处改变方向。光束中的每个光束沿不同的路径行进，并且随后在到达检测器之前重新组合。路径差，即每个光束行进的距离之差，在光束之间引起相位差。相位差会在最初相同的光波之间产生干涉图样。如果单个电磁束已经沿两条路径分开，则相位差对应于路径长度本身的物理变化，或沿路径的折射率变化。折射率(n)定义为
Figure BDA0003263357300000111
其中c是真空中的光的速度，v是介质中光的相速度。
薄膜的变形随压力或力的变化而变化。由边缘环128的重量引起的压力或力的变化可引起干涉图案的变化。检测干涉图案的变化使得能够监测边缘环128的腐蚀。
申请人在此公开了利用环传感器140的另一示例直接检测边缘环228的腐蚀的若干技术。
接近度传感器
接近度传感器是环传感器140的另一示例。在此示例中，如图3C和3D所示的包括第一电极350和第二电极360的电极对可被嵌入边缘环228中。环传感器140可以被嵌入在边缘环228的上表面220下方。环传感器140可以被嵌入在边缘环228的下表面222上方。在其他示例中，可以存在附加的电极对。两个电极350和360可以建模为并联的电阻器和电容器。测量跨电极350和360的电容。当边缘环228由高电阻半导体或绝缘材料制成时，边缘环228提供高电阻，因此可以测量第一电极350与第二电极360之间的电容。例如，电容的变化对应于边缘环228的厚度的变化。当边缘环228由诸如金属材料之类的导电材料制成时，边缘环228提供高电容，因此可以测量第一电极350和第二电极360之间的电阻。在此示例中，电阻的变化对应于边缘环228的厚度的变化。可以通过从边缘环228的原始厚度中减去测得的厚度(经由环电容信息)来确定边缘环228中的整体腐蚀，从而确定厚度的变化。替代地，所测得的电容可以对应于边缘环228的绝对厚度。可以将电容与对应于边缘环228的预定阈值最小厚度的阈值进行比较。厚度的变化或所测得的厚度接近阈值最小厚度的速率，也可以用于确定边缘环228的腐蚀速率。无论确定边缘环228中的厚度变化、厚度的绝对值还是腐蚀速率，厚度信息都可以用于预测或指示边缘环228何时需要维修或更换。
接近度传感器可以被配置为发射电磁场或电磁辐射，诸如红外辐射。由环传感器140检测电磁场的变化。接近度传感器被配置为检测边缘环128。接近度传感器的类型对应于边缘环128的材料。例如，电容式接近度传感器或光电传感器可能适用于检测半导体材料或聚合物。在另一个示例中，电感式接近度传感器可以适合于检测金属材料。
压电声学传感器
图3B是具有环传感器的替代示例的图1A的基板支撑组件的一部分的平面图。环传感器140被示为声学传感器，其包括发射元件和接收元件，即发射-接收元件330，诸如收发器。在一个示例中，发射元件和接收元件是两个分开的元件。在另一示例中，发射元件和接收元件是两个明显分开的元件。声学传感器可以直接测量边缘环228的腐蚀。在一些示例中，发射元件和接收元件可以是单个发射接收元件。缓冲层328设置在环传感器140与边缘环228之间。缓冲层328有效地将声波从环传感器140耦合到边缘环228，反之亦然。发射接收元件330邻接缓冲层328。发射的声波324在第一时间源自发射-接收元件330，并且在晚于第一时间的第二时间在发射-接收元件330处接收反射的声波326。
声波环传感器140可以使用压电材料来生成和检测声波。如果波在基板的表面上传播，则被称为表面波；如果波通过基板传播，则被称为体波。压电材料提供在电响应与机械响应之间的转换，以及电信号到机械声波的变换，反之亦然。在此示例中，声波被激发并且通过边缘环228的表面或在边缘环228的表面上传播。波传播路径特性的变化会影响声波的速度和/或振幅。可以通过测量环传感器140的自然频率或相位特性来监测速度/振幅的变化，然后可以将速度/振幅的变化与所测量的相应物理量相关联。在此示例中，所测量的物理量是边缘环228的原始厚度与边缘环228的当前厚度之间的差。边缘环228的厚度变化对应于边缘环228的腐蚀。
环传感器140被配置为测量边缘环228中的腐蚀。边缘环228的腐蚀也可以通过在声波传播通过边缘环228时测量声波的飞行时间tof来确定。在本文中，声波包括发射的声波324和反射的声波326。飞行时间由等式
Figure BDA0003263357300000131
表示。变量t表示飞行时间，v表示通过边缘环228行进的声波的速度，并且d表示由发出的声波324或反射的声波326行进的距离。距离d对应于边缘环228的厚度。除了飞行时间以外，还可以通过计算声波衰减来确定边缘环228的厚度。穿过介质的声波的衰减表示为A＝Aoe-αx，其中x是边缘环228的厚度，A是衰减的声波Ao的幅度变化，并且α是基于边缘环228的材料的衰减因子。
表面声波由纵向分量和垂直剪切分量的叠加组成。波被束缚在表面上，并随着与表面的距离呈指数衰减。表面声波(SAW)装置的常见结构由顶部具有图案化的叉指换能器(IDT)的压电材料组成。当通过压电效应在输入IDT上施加AC电压时，声波被激发并沿表面行进。SAW装置的工作频率(fres)在10 kHz至1GHz范围内。压电材料的工作频率(fres)可由以下等式表示：fres＝VR/λ，其中VR是由材料特性确定的瑞利波速度，而λ是定义为IDT的周期性的波长。体声波行进通过压电材料，并且比表面声波更快，因为体声波包含纵向波或剪切波。在体声波中，频率的变化与有效面积A以及压电材料的密度和压电材料的剪切模量的平方根成反比。可以通过分析声波通过边缘环228的飞行时间来获取度量。还可以通过在波传播通过介质时分析信号的衰减来获取度量。
阻抗环传感器
现在转到图3C和图3D，图3C和图3D是具有环传感器140的替代示例的图1A的基板支撑组件的一部分的平面图。环传感器140可以被体现为阻抗环传感器。阻抗环传感器可以直接测量边缘环228的腐蚀。阻抗(Z)通常定义为装置或电路在给定频率下对交流电(AC)的流动所提供的总阻力，并表示为可以表示为向量的复数量。阻抗向量由实部(电阻，R)和虚部(电抗，X)组成。
在至少一个示例中，第一电极350和第二电极360经由布线206耦合到通信电路208。当电流经由第一电极350和第二电极360流经边缘环228时，环传感器140通过利用等效电路模型362来确定边缘环228的度量，等效电路模型362包括边缘环228和第一电极350与第二电极360、以及环境。信号源部分产生AC信号。在一个示例中，AC信号是RF信号。RF信号以给定频率施加到边缘环228，所述给定频率可以在10Hz与10GHz之间。在另一个示例中，频率可以在10千赫兹与1千兆赫兹之间。RF电流-电压方法是基于电压-电流比与阻抗的线性关系，如欧姆定律所示。整个电路的所提取的阻抗、电阻性阻抗和电容性阻抗与边缘环228的厚度成正比。以此方式，可以实现对边缘环228的腐蚀的直接监控。例如，几欧姆、数十欧姆或数百欧姆的阻抗变化可以对应于大约1微米或更多微米的边缘环228腐蚀。通过本文公开内容，可以实现对小于1微米内的边缘环228腐蚀的高分辨率监控。如在其他每个示例中一样，通信电路208与CPU 620通信。
在相关示例中，可以利用压电传感器来确定机电(EM)阻抗。压电换能器340结合到边缘环228的边缘底表面207。当由交流电压激励时，压电换能器340施加平行于边缘环228的下表面222的局部应变，从而将弹性波传输到边缘环228中。
环传感器布置可以被建模为弹簧-质量-阻尼器系统，其中m表示边缘环228的质量，并且弹簧常数k对应于边缘环228的电阻，并且阻尼系数c对应于边缘环228的材料特性。一般而言，压电换能器具有很高的DC输出阻抗并可以被建模为比例电压源。所述源处的电压V与施加的力、压力或应变成正比。然后，输出电压信号与此机械力相关，就好像输出电压信号已经通过了弹簧-质量-阻尼器模型所代表的等效电路一样。边缘环228的腐蚀可导致边缘环228中的声波特性的变化。声波特性的变化可影响等效质量m、弹簧常数k和阻尼系数C。因此，EM阻抗的阻抗输出特性随着边缘环128的腐蚀持续而变化。可以监测包括自然频率偏移的EM阻抗频谱，以确定边缘环228的腐蚀。
如图4中所描绘，本文中所公开的各种传感器示例可用于处理基板的方法400中。图4是用于在图1的处理腔室中处理基板的示例性方法。方法400开始于框402，在框402中，在等离子体处理腔室中处理基板W。在框404处，利用设置在基板支撑组件120的顶表面131下方的环传感器140来获取边缘环228的度量。度量与边缘环228的位移、阻抗或声波相对应。在一个示例中，环传感器140在基板支撑组件120的顶表面131下方设置在腔室主体102内。环传感器140也可以定位在基板支撑组件120的外周132的外部。在另一个示例中，环传感器140被定位在基板支撑组件120的外周132内部，即，在基板支撑组件120的内部。在框406处，基于度量来调整边缘环228的高度。在框408处，在等离子体处理腔室中处理第二基板。调整边缘环228的高度以考虑到环的任何腐蚀，以确保第二基板的等离子体处理的均匀性。
现在额外参照图6，图6是适合于实现用于确定与环组件128的腐蚀有关的度量的等离子体处理腔室和方法和设备的各种示例的计算机系统的示意图。导电套筒520的控制可以由耦合至中央处理单元(CPU)620的控制器618控制。CPU 620可与存储器622和大容量存储装置、输入控制单元以及显示单元(未图示)一起操作，诸如电源、时钟、高速缓存、输入输出(I/O)电路以及衬垫，其耦接至处理系统的各种部件以便控制基板处理。如上所述，环传感器140还经由布线206与CPU 620通信。
为了便于控制上文所述的等离子体处理腔室100，CPU 620可以是可用于工业设定中的任何形式的通用计算机处理器中的一个，诸如可编程逻辑控制器(PLC)，以用于控制各种腔室与子处理器。存储器622耦接至CPU 620，并且存储器622是非瞬时性的，并且可以是易得的存储器中的一个或多个，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、磁盘驱动器、硬盘、或位于任何其他形式的数字存储，本地的或远程的。通信电路208耦合至CPU 620以用于以常规方式支持处理器。带电物质生成、加热和其他程序通常被存储在存储器622中，通常作为软件例程。包括边缘环228的厚度和边缘环228的厚度变化的腐蚀监测信息也被存储在存储器622中。存储器622还可以存储与腐蚀监测有关的前述变量中的每一者。软件例程还可由第二CPU(未图示)存储和/或执行，第二CPU位于由CPU 620控制的等离子体处理腔室100的远程处。
存储器622的形式为包含指令的计算机可读存储介质，所述指令在由CPU 620执行时促进等离子体处理腔室100的操作。存储器622中的指令为程序产品的形式，诸如实施本公开内容的方法的程序。程序代码可符合多种不同编程语言中的任何一者。在一个示例中，本公开内容可被实施为存储在计算机可读存储介质上以用于与计算机系统一起使用的程序产品。程序产品的(多个)程序限定示例(包含本文所述的方法)的功能。说明性计算机可读存储介质包含但不限于：(i)不可写存储介质(例如计算机内的只读存储器装置，诸如由光驱读取的光盘片、闪存、ROM芯片、或任何类型的固态非易失性半导体存储器)，信息被永久地存储在所述不可写存储介质上；以及(ii)可写存储介质(例如磁盘驱动器或硬盘驱动器内的软盘或任何类型固态随机存取半导体存储器)，可改变的信息被存储在所述可写存储介质上。此类计算机可读存储介质在携载指示本文所述方法的功能的计算机可读指令时是本公开内容的具体实施例。
虽然前述内容涉及特定示例，但可在不脱离前述内容的基本范围的情况下设计其他和进一步的示例，并且前述内容的范围由所附权利要求书确定。

Claims (15)

1.一种等离子体处理腔室，包含：
腔室主体，所述腔室主体具有多个壁，所述多个壁限定内部容积；
基板支撑组件，所述基板支撑组件设置在所述内部容积内，其中所述基板支撑组件包含：
外周；以及
基板支撑件，所述基板支撑件延伸至所述外周并具有顶表面；
边缘环，所述边缘环设置在所述顶表面上靠近所述外周，所述边缘环具有上表面；以及
第一传感器，所述第一传感器设置在所述腔室主体内在所述顶表面下方并在所述基板支撑组件的所述外周的外部，所述第一传感器被配置成检测所述边缘环的度量。
2.如权利要求1所述的等离子体处理腔室，其中所述度量指示所述边缘环的所述上表面的腐蚀。
3.如权利要求2所述的等离子体处理腔室，进一步包含：
第二传感器；以及
第三传感器，其中所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器各自配置成检测所述边缘环中的腐蚀。
4.如权利要求3所述的等离子体处理腔室，其中所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器相对于所述边缘环等距地间隔开。
5.一种等离子体处理腔室，包含：
腔室主体，所述腔室主体具有多个壁，所述多个壁限定内部容积；
基板支撑组件，所述基板支撑组件设置在所述内部容积中，其中所述基板支撑组件包含：
外周；以及
基板支撑件，所述基板支撑件延伸至所述外周并具有顶表面；
边缘环，所述边缘环设置在所述顶表面上靠近所述外周，所述边缘环具有上表面；以及
环传感器，所述环传感器设置在所述腔室主体内在所述基板支撑组件的所述顶表面下方，所述环传感器被配置成检测与所述边缘环的位移、阻抗或声波相对应的度量。
6.如权利要求2或权利要求5中任一者所述的等离子体处理腔室，进一步包含：
等离子体屏，所述等离子体屏耦接至所述基板支撑组件的所述外周，所述等离子体屏具有上屏表面与延伸穿过其中的多个孔口，所述等离子体屏的所述上表面平行于所述基板支撑件的所述顶表面。
7.如权利要求2或权利要求5中任一者所述的等离子体处理腔室，其中所述环传感器是接近度传感器、位移传感器、阻抗环传感器或声学传感器中的一者。
8.如权利要求2或权利要求5中任一者所述的等离子体处理腔室，其中所述度量包括所述边缘环的等效电路模型。
9.如权利要求2或权利要求5中任一者所述的等离子体处理腔室，其中所述第一传感器或所述环传感器包括柔性构件，所述柔性构件的偏转与指示所述边缘环的腐蚀的所述度量相对应。
10.一种处理基板的方法，所述方法包含：
对设置在基板支撑组件上的基板进行等离子体处理，所述基板支撑组件具有边缘环，所述边缘环设置在顶表面上靠近所述基板支撑组件的外周，所述基板支撑组件、所述边缘环具有上表面；
利用设置在所述顶表面下方的一个或多个环传感器来获取所述边缘环的度量，所述度量与所述边缘环的位移、阻抗或声波相对应；以及
基于所述度量来调整所述边缘环的高度。
11.如权利要求5所述的等离子体处理腔室或权利要求10所述的处理基板的方法，其中所述度量指示所述边缘环的所述顶表面的腐蚀。
12.如权利要求10所述的处理基板的方法，其中获取所述度量部分地基于所述一个或多个环传感器的至少一部分的尺寸的变化。
13.如权利要求10所述的处理基板的方法，其中所述一个或多个环传感器等距地定向。
14.如权利要求10所述的处理基板的方法，其中感测所述度量发生在穿过等离子体屏的一点处，所述等离子体屏耦接至所述基板支撑组件的所述外周，所述等离子体屏具有上屏表面与延伸穿过其中的多个孔口，所述等离子体屏的所述上表面平行于所述基板支撑组件的所述顶表面。
15.如权利要求10所述的处理基板的方法，其中获取所述度量部分地基于所述边缘环的等效电路模型。
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