CN113950731A - 用于工艺套件环损耗的检测器 - Google Patents

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Abstract

一种诊断盘，包括盘主体，盘主体具有围绕盘主体的圆周的侧壁、以及至少一个从侧壁的顶部向外延伸的突起。非接触式传感器附接到至少一个突起中的每一个突起的底侧。印刷电路板(PCB)定位在由盘主体形成的内部内。电路系统设置在PCB上并耦合到每个非接触式传感器，电路系统至少包括无线通信电路、存储器和电池。盖位于侧壁内侧的电路系统之上，其中盖将在盘主体形成的内部内的电路系统密封而不受到盘主体外部的环境的影响。

Description

用于工艺套件环损耗的检测器
技术领域
本发明的一些实施例总的来说涉及一种原位工艺套件环寿命终止(End of Life；EoL)检测设备。
现有技术
在等离子体处理期间，充能的气体通常包括高度侵蚀性物质，所述高度侵蚀性物质会蚀刻和侵蚀已处理基板的裸露部分以及已处理基板周围的部件，包括与基板共面并围绕基板的工艺套件环(例如晶片边缘环或简称为“边缘环”以及支撑环)。在导致不一致或不希望的处理结果之前并且在从边缘环侵蚀出的颗粒污染腔室中的处理而在基板上产生颗粒缺陷之前，经侵蚀的边缘环通常在数个工艺周期(例如处理时数，被称为射频(RF)时数)之后被更换。常规地，为了确定边缘环的侵蚀(或磨损)水平并更换边缘环，对处理腔室进行排气并且移除等离子体蚀刻气体的顶部源部件，以提供通向边缘环的通道。这种排气和拆卸不仅劳动强度大，而且在过程中还会损失数小时的基板处理设备的产量。另外，处理腔室的内部暴露可能造成内部污染，因此在打开处理腔室后，将对处理腔室执行冗长的重新认证过程。
发明内容
本文描述的一些实施例涵盖了一种用于诊断边缘环和/或其他工艺套件环的寿命终止(EoL)以及自动更换边缘环和/或其他工艺套件环的方法。方法可开始于使用至少一个非接触式传感器获取设置在处理腔室内的工艺套件环的顶表面的传感器数据。工艺套件环的至少一部分在至少一个非接触式传感器的视场内。方法可继续通过计算系统分析传感器数据以确定工艺套件环的顶表面的侵蚀程度。方法可继续响应于确定侵蚀程度达到寿命终止(EoL)阈值，开始自动更换工艺套件环。
在一些实施例中，诊断盘具有围绕盘的圆周的侧壁，以及至少一个从侧壁的顶部向外延伸的突起。非接触式传感器可附接到至少一个突起中的每个突起的底侧。印刷电路板(PCB)可定位在盘中，且电路系统可设置在PCB上并耦合到每个非接触式传感器。电路系统可至少包括无线通信电路、存储器和电池。盖可位于侧壁内侧的电路系统之上，其中盖将在盘内的电路系统密封而不受到盘外部的环境的影响。
在示例实施例中，处理腔室可以包括腔室主体。处理腔室可包括源盖，源盖耦接到腔室主体的顶部，其中腔室主体和源盖一起封闭内部空间。处理腔室还可包括设置在内部容积内的基板支撑组件，基板支撑组件包括配置成在基板的处理期间将基板支撑在固定位置的吸盘。处理腔室可包括边缘环，边缘环围绕吸盘的圆周定位，其中腔室主体或源盖中的至少一个在边缘环上方或侧的至少一个位置处限定一开口。处理腔室可包括非接触式传感器，非接触式传感器位于开口内和边缘环的视线内，其中边缘环的至少一部分在非接触式传感器的视场内。处理腔室可包括耐等离子体透镜或窗口，耐等离子体透镜或窗口设置在开口处并将非接触式传感器与内部空间隔开，其中耐等离子体透镜或窗口用于保护非接触式传感器免受内部空间中的侵蚀性气体的侵蚀。处理腔室可以包括可操作地耦合到非接触式传感器的计算装置。在实施例中，计算装置将从非接触式传感器接收边缘环的顶表面的传感器数据；分析传感器数据以确定边缘环顶表面的侵蚀程度；并根据确定侵蚀程度达到寿命终止(EoL)阈值的判断，启动边缘环的自动更换。
附图说明
在附图的图中以示例而非限制的方式示出了本发明，在附图中，相同的附图标记指示相似的元件。应当注意，在本公开内容中对“一”或“一个”实施例的不同引用不一定是相同的实施例，并且这样的引用意味着至少一个实施例。
图1A示出了根据本公开内容的一个方面的示例处理系统的简化俯视图。
图1B示出了根据本公开内容的一个方面的图1A的处理腔室的示意性截面侧视图。
图2示出了根据本公开内容的一个方面的诊断盘的俯视图。
图2A示出了根据本公开内容的一些方面的图2的诊断盘的侧视截面图。
图2B示出了根据本公开内容的一个方面的用于接合静电吸盘(ESC)的晶片升降销的图2的诊断盘中的运动学耦接件的侧视截面图。
图2C示出了根据本公开内容的一个方面的晶片升降销，其将诊断盘向下放置在ESC上，并且在运动学耦接件和ESC之间的低接触面积。
图3示出了根据本公开内容的一个方面的诊断盘的侧视截面图，诊断盘被放置在处理腔室的静电吸盘(ESC)的晶片升降销上。
图3A是根据本公开内容的一个方面的图3的诊断盘的一部分的分解图，其中高分辨率相机捕捉边缘和支撑环的传感器数据。
图3B是根据本公开内容的一个方面的图3的诊断盘的一部分的分解图，其中非接触式传感器捕捉边缘和支撑环的传感器数据。
图4是根据本公开内容的各种方面的一种方法的流程图，此方法用于将诊断盘用于诊断边缘(或工艺套件)环的寿命终止(EoL)磨损并开始更换工艺套件环。
图5A至图5B示出了根据本公开内容的一个方面的处理腔室的一组侧视截面图，非接触式传感器通过此处理腔室位于端点窗口中以对边缘环成像。
图6示出了根据本公开内容的一个方面的处理腔室的侧视截面图，其中非接触式传感器位于顶部中央气体喷嘴处以用于对边缘环成像。
图7是根据本公开内容的各种方面的一种方法的流程图，此方法将处理腔室的原位非接触式传感器用于诊断边缘(或工艺套件)环的寿命终止(EoL)磨损并开始更换工艺套件环。
图8示出了根据本公开内容的一个方面的根据本文所公开的一种非接触式传感器的围绕静电吸盘(ESC)的边缘环和支撑环的俯视平面图。
图9A示出了根据本公开内容的替代实施例的屏蔽诊断盘的透视俯视图。
图9B示出了根据本公开内容的方面的示意图，其描绘了诊断盘上的四个非接触式传感器的位置。
图10示出了根据本公开内容的一个方面的诊断盘(例如110)的观察位置，诊断盘被配置成观察工艺套件环的定位(诸如对准和同心度)。
图11是根据本公开内容的一个方面的用于在处理腔室内用新的工艺套件环替换旧的工艺套件环的方法的流程图。
图12A是根据本公开内容的方面的用于配对和初始化诊断盘以用于验证新工艺套件的放置的方法的流程图。
图12B是根据本公开内容的各种方面的用于使用诊断盘验证新工艺套件在处理腔室内部的正确放置的方法的流程图。
图13A、图13B、图13C和图13D分别是诊断盘的第一非接触式传感器、第二非接触式传感器、第三非接触式传感器和第四非接触式传感器捕捉的示例高分辨率图像。
具体实施方式
本公开内容的实施例提供了一种闭合回路、原位系统以及方法，用于监视工艺边缘环侵蚀以确定边缘环的寿命终止(EoL)并且启动由机器人驱动的边缘替换工艺，而无需将处理腔室排气或者打开腔室源盖。除了测量和更换边缘环之外，还可以测量和/或更换其他工艺套件环(例如，诸如支撑环)。应当理解，本文参考边缘环描述的实施例，也适用于处理腔室中的其他工艺套件环。术语“原位”在此是指“就位”，在所述这种意义上，处理腔室保持完好无损，并且无需对处理腔室进行拆卸或暴露在大气中以执行所公开的边缘环的诊断和更换。实施例中描述的所公开的方法和系统，还提供了支撑环平面对准并且围绕吸盘并以吸盘为中心，在处理期间基板(例如晶片)被保持在吸盘上(例如静电吸盘(ESC))。本文中参考晶片讨论了实施例。然而，实施例也适用于其他所处理的基板。
一个实施例可自动更换边缘环而无需使处理腔室排气，这提高了所处理的晶片的良率，并提高了客户制造设施(fab)中的工具时间利用率。另一实施例另外地或可替代地提供晶片边缘可调谐性，以通过垂直移动边缘环(例如使边缘环与晶片表面共面或不共面)，来改变晶片边缘附近的特定位置中的等离子体鞘和/或化学性质。这样的实施例得益于原位诊断方法来确定边缘环的磨损(被侵蚀和/或侵蚀)并且用新的边缘环代替，这提供了改进的处理结果，而不会扰乱处理和/或破坏基板处理系统或处理腔室。
各种实施例可采用非接触式传感器(诸如，深度相机或接近传感器)，以监视并帮助检测边缘环上的侵蚀程度何时超过指示其EoL的磨损阈值。来自非接触式传感器的图像数据或传感器数据(例如，指示边缘环表面的粗糙度的数据)可被发送到计算系统，计算系统可以分析数据以确定侵蚀水平是否在磨损程度阈值内。当侵蚀磨损超过此EoL阈值时，所公开的系统可以开始用新的边缘环自动更换出磨损的边缘环。
在一个实施例中，一个或多个非接触式传感器被包括在诊断盘上，诊断盘适于与晶片具有大约相同的尺寸，并且以与传送晶片所使用的相同的机器人动作被送入和送出(多个)处理腔室。诊断盘可将传感器数据无线传输到计算系统。在另一个实施例中，非接触式传感器(例如高分辨率深度相机)被设置在端点窗口或顶部源气体喷嘴孔内，以监视边缘环侵蚀。传感器数据可以有线地或无线地从此固定的非接触式传感器传输到计算系统。这两种方法都有利地避免了处理腔室的排气或对处理腔室的拆卸，例如通过移除等离子体蚀刻气体的顶部源部件。此工艺节省了宝贵的工时，并且避免基板处理系统的停机时间。另外，实施例防止了处理腔室的内部暴露于大气或外部环境，这减轻了处理腔室的污染。此外，实施例使得能够追踪边缘环的状况，并且使得能够基于经验数据而不是基于猜测来在适当的时间更换边缘环。
图1A示出了根据本公开内容的一个方面的示例处理系统100的简化俯视图。处理系统100包括工厂界面91，多个基板盒102(例如前开式标准舱(FOUP)和侧储存舱(SSP))可以耦合到工厂界面91，以用于将基板(例如，诸如硅晶片之类的晶片)传送至处理系统100中。在实施例中，除了晶片之外，基板盒102还包括边缘环90(例如，新的边缘环)和诊断盘110。诊断盘110可以用于诊断当前在一个或多个处理腔室107内操作的边缘环的EoL。工厂界面91还可以使用与将要解释的相同的晶片传送功能，将边缘环90和诊断盘110传送到处理系统100中以及从处理系统100中传送出。
处理系统100还可以包括第一真空端口103a、103b，第一真空端口103a、103b可以将工厂界面91耦合至相应的站104a、104b，站104a、104b可以例如是脱气腔室和/或装载锁定。第二真空端口105a、105b可以耦合到相应的站104a、104b并且设置在站104a、104b与传送腔室106之间，以促进将基板传送到传送腔室106中。传送腔室106包括围绕传送腔室106设置并且耦接到其上的多个处理腔室107(也称为工艺腔室)。处理腔室107通过诸如狭缝阀等的相应端口108耦接到传送腔室106。
处理腔室107可以包括蚀刻腔室、沉积腔室(包括原子层沉积、化学气相沉积、物理气相沉积或其等离子体增强版本)、退火腔室等等中的一个或多个。一些处理腔室107，例如蚀刻腔室，可在其中包括边缘环(也称为晶片边缘环或工艺套件环)，边缘环有时会进行更换。尽管在常规系统中更换边缘环包括由操作员拆卸处理腔室以更换边缘环，但是处理系统100被配置为便于更换边缘环而无需操作员拆卸处理腔室107。
在各种实施例中，工厂界面91包括工厂界面机器人111。工厂界面机器人111可以包括机器人臂，并且可以是或包括选择性合规组装机器人臂(SCARA)机器人，诸如2连杆SCARA机器人、3连杆SCARA机器人、4连杆SCARA机器人等等。工厂界面机器人111可在机器人臂的一端上包括终端受动器。终端受动器可被配置为拾取并处理诸如晶片之类的特定物体。替代地，终端受动器可被配置为处理诸如诊断盘和边缘环之类的物体。工厂界面机器人111可以被配置为在基板盒102(例如FOUP和/或SSP)与站104a、104b之间传送物体。
传送腔室106包括传送腔室机器人112。传送腔室机器人112可包括机器人臂，在机器人臂的一端处具有终端受动器。终端受动器可配置为处理特定物体，诸如晶片、边缘环、环套件以及诊断盘。传送腔室机器人112可以是SCARA机器人，但在一些实施例中，可具有比工厂界面机器人111更少的链接和/或更少的自由度。
控制器109可以控制处理系统100的各种方面，并可以包括或耦合到无线访问点(WAP)装置129。WAP装置129可以包括无线技术和一个或多个与诊断盘110通信的天线。控制器109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)、微控制器等的计算装置。控制器109可以包括一个或多个处理装置，诸如微处理器、中央处理单元等。更特定而言，处理装置可以是复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器、实施其他指令集的处理器、或实施指令集的组合的处理器。处理装置还可以是一个或多个特别目的处理装置，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号系统处理器(DSP)、网络系统处理器等等。
尽管未示出，控制器109可包括数据存储装置(例如一个或多个盘驱动器和/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。控制器109可以执行指令以执行本文描述的方法和/或实施例中的任何一个或多个，包括图像或传感器数据处理和分析、图像处理算法、生成一个或多个经训练的机器学习模型的机器学习(ML)算法、深度ML算法、和其他用于分析表面传感器数据以检测在工艺腔室107中运行的边缘环的侵蚀程度的成像算法。指令可以存储在计算机可读取存储介质上，计算机可读取存储介质可包括主存储器、静态存储器、辅助存储和/或处理装置(在指令执行期间)。在一些实施例中，可以通过使用扫描装置或其他类型的传感器或相机，对已经被移除并且被确定具有侵蚀磨损的EoL阈值的边缘环进行成像，来获取用于训练ML模型的训练数据。
图1B示出了根据本公开内容的一个方面的图1A的工艺腔室107的示意性截面侧视图。工艺腔室107包括腔室主体101和设置在腔室主体101上的盖133，腔室主体101和盖133一起界定了内部容积。腔室主体101通常耦合到电接地137。基板支撑组件180设置在内部容积内，以在处理期间在其上支撑基板。工艺腔室107还包括用于在工艺腔室107内生成等离子体132的感应耦合等离子体设备142、以及适于控制工艺腔室107的示例的控制器155。
基板支撑组件180包括一个或多个电极153，一个或多个电极153通过匹配网络127耦合到偏压源119，以促进在处理期间对基板施加偏压。举例来说，偏压源119可以是在例如大约13.56MHz的频率下高达大约1000W(但不限于大约1000W)的RF能量的源，但是可以根据特定应用程序的需要提供其他频率和功率。偏压源119可能能够产生连续或脉冲功率中的一者或两者。一些示例中，偏压源119可以是DC或脉冲DC源。在一些示例中，偏压源119可以能够提供多个频率。一个或多个电极153可以耦合至吸附电源160以在处理期间促进基板的吸附。基板支撑组件180可以包括围绕基板的工艺套件(未示出)。下面描述了工艺套件的各种实施例。
感应耦合等离子体设备142设置在盖133上方，并且被配置为将RF功率感应耦合到工艺腔室107中以在工艺腔室107内产生等离子体。感应耦合等离子体设备142包括设置在盖133上方的第一和第二线圈116、118。每一线圈116、118的相对位置、直径比例和/或每一线圈116、118中的匝数可各自被依所需调整，以控制形成的等离子体的轮廓或密度。第一线圈116和第二线圈118中的每一个通过匹配网络114经由RF馈送结构136而耦合到RF电源138。RF电源138可说明性地能够在从50kHz至13.56MHz的可调谐频率下产生高达约4000W(但不限于4000W)，虽然可针对特定应用依所期望提供其他频率与功率。
在一些示例中，可以在RF馈送结构136和RF电源138之间提供诸如分压电容器之类的功率分配器135，以控制提供给相应的第一和第二线圈的RF功率的相对量。在一些示例中，功率分配器135可被合并到匹配网络114中。
加热器元件113可设置在盖133的顶部上，以促进加热工艺腔室107的内部。加热元件113可以设置在盖133与第一和第二线圈116、118之间。在一些示例中，加热器元件113可以包括电阻加热元件，并且可以耦合至电源115(诸如AC电源)，电源115被配置为提供足够的能量以将加热器元件113的温度控制在期望的范围内。
在操作期间，将诸如半导体晶片或适合于等离子体处理的其他基板之类的基板放置在基板支撑组件180上，并且处理气体从气体面板120通过入口121供应到腔室主体101的内部空间中。通过将来自RF电源138的功率施加到第一和第二线圈116、118，将处理气体点燃为工艺腔室107中的等离子体132。在一些示例中，也可以通过匹配网络127将来自诸如RF或DC源的偏压源119的功率提供给基板支撑组件180内的电极153。可以使用阀128和真空泵122来控制工艺腔室107的内部的压力。可以使用穿过腔室主体101的含液导管(未示出)来控制腔室主体101的温度。
工艺腔室107包括控制器155，以在处理期间控制工艺腔室107的操作。控制器155包括中央处理单元(CPU)123、存储器124和用于CPU 123的支持电路125，并且便于控制工艺腔室107的部件。控制器155可为可用于工业设定中以控制各种腔室与子处理器的一般用途计算机处理器的任何形式之任意者。存储器124存储可被执行或引发以由下述方式控制工艺腔室107作业的软件(原始码或物件码)。
图2示出了根据本公开内容的一个方面的诊断盘110的俯视图。图2A示出了根据本公开内容的一些方面的图2的诊断盘110沿着线“2A”的侧视截面图。诊断盘110可包括盘主体201，盘主体201具有围绕盘主体201的圆周的侧壁202、以及从侧壁202的顶部向外延伸的至少一个突起204。在所描绘的实施例中，存在四个突起，例如第一突起204A、第二突起204B、第三突起204C和第四突起204D，每个突起与相邻突起以大约90度间隔开，并且每个突起定位成大致垂直于侧壁202。在各种实施例中，诊断盘110包括更多或更少数量的突起。在替代实施例中，诊断盘110不具有突起，并且被成形为类似于晶片的实心盘。
在实施例中，诊断盘110还包括印刷电路板(PCB)203，PCB 203定位在盘主体201的上侧上，例如，在由盘主体201和侧壁202形成的内部内。电路系统205可以设置在PCB上，并且可以包括多个组件，例如板载控制件209、存储器211或其他板载计算机存储器、无线通信电路215以及电池220。盖210可以设置在侧壁内的电路系统205之上，可用于真空密封电路系统205。
在各种实施例中，非接触式传感器230附接到至少一个突起204中的每一个的底侧。例如，诊断盘110可以进一步包括多个非接触式传感器，例如第一非接触式传感器230A、第二非接触式传感器230B、第三非接触式传感器230C和第四非接触式传感器230D，分别附接到四个突起204A、204B、204C和204D的底侧。在没有突起的实施例中，每个非接触式传感器230附接到诊断盘110的外围的下侧，使得每个非接触式传感器230可以定向在边缘环或工艺套件环之上。每个非接触式传感器230可以例如经由PCB 203上的连接(例如通过侧壁202)耦合至电路系统205。每个非接触式传感器230可以被配置成获取在任何给定的工艺腔室107中使用的边缘环的表面的一部分的传感器数据(例如，表示侵蚀的纹理和/或粗糙度信息)。无线通信电路215可以包括或耦合到天线，以便将传感器数据无线发送到控制器109。在替代实施例中，传感器数据被存储在存储器211中，并且在从工厂界面(例如，从基板盒102之一)中被提取之后，稍后被检索。
在不同的实施例中，非接触式传感器230是图像传感器，例如具有至少四倍放大倍率(例如4X、6X、8X或更大)的变焦的相机。例如，非接触式传感器230可以是或包括电荷耦合装置(CCD)相机和/或互补金属氧化物(CMOS)相机或高分辨率相机。替代地，相机可以具有其他变焦能力。或者，非接触式传感器230可以是可以扫描边缘环的表面的微型雷达传感器。此外，非接触式传感器230可以包括X射线发射器(例如X射线激光)和X射线检测器。非接触式传感器230可替代性地是(或包括)一对或多对产生激光束的激光发射器和接收激光束的激光接收器。当激光束从边缘环的表面反射离开时，可以由一对激光发射器和激光接收器产生传感器测量。在各种实施例中，这些传感器测量值可以由电路系统205和/或控制器109转换成传感器数据。
另外参照图2A，诊断盘110的直径(DIA)可以由两个相对的突起的外周界限定，诸如从第一突起204A的边缘到第三突起204C的边缘。在一些实施例中，直径可以在大约13英寸到大约14英寸之间，或者在300毫米的10-15％之内。此外，盘主体201的直径可以为大约11.5英寸至12.25英寸，其中至少一个突起204中的每一个突起突出直径的大约百分之十，使得从盘主体201的中心大约6.5英寸到6.75英寸之间的区域在每个非接触式传感器230的视场内。
此外，每个非接触式传感器230可被定位为使得在非接触式传感器与盘主体201的底部之间形成间隙。例如，每个非接触式传感器230可以被定位在相应的突起204上，使得非接触式传感器230和盘主体201的底部之间的垂直距离使非接触式传感器230从其上放置有诊断盘的表面移位。诊断盘110的高度可以由侧壁202的高度(H)限定，其可以在0.35英寸和0.45英寸之间。在一个实施例中，诊断盘110的高度约为0.390英寸。在不同的实施例中，包括侧壁202的盘主体201和盖210可以由碳纤维或铝制成，并具有由阳极氧化铝(Al2O3)、陶瓷或氧化钇中的一种制成的涂层。
在一些实施例中，诊断盘110还包括设置在盘主体201的底表面上的多个运动学耦接件235。运动学耦接件235可以配置为倾斜的孔或狭槽，以接收(或接合)位于处理腔室内的静电吸盘(ESC)的晶片升降销(图2C至图3中的253)。图2B示出了图2的诊断盘110中的运动学耦接件235的侧视截面图。运动学耦接件是被设计为通过提供位置的精确性和确定性来精确地约束零件(例如，晶片升降销)的夹具，在此，运动学耦接件235的孔或狭槽的大小与晶片升降销的销圆直径(PCD)相配合(图3)。运动学耦接件235因此可以使诊断盘110在边缘环之上居中，使得非接触式传感器通常定向在正被成像或扫描的边缘环之上。在一个实施例中，存在三个运动学耦接件，其间隔开120度并位于沿盘主体201的半径的距离的大约三分之二处。
图2C示出了根据本公开内容的一个方面的晶片升降销253(其将诊断盘110向下放置在ESC 150上)、以及在运动学耦接件235与ESC 150之间的低接触面积(LCA)250。如图所示，运动学耦接件235可提供拔模斜度，以让升降销253容易地进行升降接合。在各种实施例中，运动学耦接件由瓦佩尔(vaspel)、碳纤维、方钠石或聚醚醚酮(PEEK)之一制成。因为运动学耦合件235不是金属的并且接触ESC 150的表面，所以避免了诊断盘110刮擦或损坏ESC150。LCA 250和运动学耦接件235的材料也可以帮助减少颗粒的产生和污染。
在各种实施例中，控制器109(例如计算系统)可以从工厂界面机器人111、晶片传送腔室机器人112和/或每个非接触式传感器230接收信号，并将控制信号发送到工厂界面机器人111、晶片传送腔室机器人112和/或每个非接触式传感器230。以这种方式，控制器109可以发起诊断，其中，例如，工艺腔室107之一中的边缘环已经被操作了大约300-400RF时数。控制器109可以发信号通知工厂界面机器人111从基板盒102之一拾取诊断盘110，并将诊断盘110传送到例如站104b，此站可例如是装载锁定或脱气腔室。此后，传送腔室机器人112可以例如利用机器人手臂的终端受动器拾取诊断盘110，并且将诊断盘110放置在工艺腔室107中，在工艺腔室107中，诊断盘110可获取传感器数据以便确定边缘环表面的侵蚀程度。传感器数据可以例如使用无线通信电路215经由WAP装置129被无线地发送至控制器109。
图3示出了根据本公开内容的一个方面的诊断盘110的侧视截面图，诊断盘110被放置在处理腔室的ESC 150的晶片升降销253上。诊断盘110被示出为设置在位于传送腔室106内的传送腔室机器人112的机器人臂的终端受动器(例如机器人叶片)的顶部。已经包围ESC 150的左侧部分周围的区域311(边缘环在所述区域311)，此区域311在图3A至图3B中被放大。
图3A是根据本公开内容的一个方面的图3的诊断盘110的一部分的分解图，其中高分辨率相机捕捉边缘和支撑环的非接触式传感器230数据。图3中所示的晶片升降销253可以抬起，并且传送腔室机器人112的机器人臂的终端受动器可以将诊断盘110向下放置在晶片升降销253上。诊断盘上的运动学耦合件235可确保迫使晶片升降销将诊断盘置于ESC150之上的中心位置，以使每个非接触式传感器230垂直位于边缘环90的顶部。在一个实施例中，晶片升降销253仅稍微升高，使得非接触式传感器230到边缘环90留下较小的间隙。当诊断盘110放在晶片升降销253上时，非接触式传感器230可采用前面讨论的任何方法获取传感器数据，并将传感器数据无线传输到控制器109。
图3B是根据本公开内容的一个方面的图3的诊断盘110的一部分的分解图，其中非接触式传感器230捕捉边缘环90和支撑环390的传感器数据。在此实施例中，晶片升降销253可被降低，使得诊断盘110搁置在ESC150的顶部上。在另一个实施例中，另一种机制被用于将诊断盘110引导到ESC150上，例如使用来自非接触式传感器的传感器数据。每个非接触式传感器230都被带到边缘环90的近处附近，但是仍然在非接触式传感器230和边缘环90之间保持间隙。当诊断盘110放在ESC 150上时，非接触式传感器230可以采用前面讨论的任何方法获取传感器数据，并且将传感器数据无线传输到控制器109。
如图3A至图3B中所示，当边缘环90的侵蚀足够深时，位于边缘环90下方并且在边缘环90和ESC 150之间的支撑环390也可能具有侵蚀(或磨损)。因此，当更换边缘环90时，支撑环390也可以例如作为工艺套件环同时被更换。因此，当提及边缘环90的更换时，这也应被理解为涉及工艺套件环的更换，反之亦然。
图4是根据本公开内容的各种方面的一种方法400的流程图，此方法400将诊断盘用于诊断边缘(或工艺套件)环的寿命终止(EoL)磨损，并开始更换工艺套件环。方法400的一些操作可以通过处理逻辑来执行，处理逻辑可以包括硬件(电路系统、专用逻辑等)、软件(诸如在通用计算机系统或专用机器上运行的软件)、固件或以上项的某种组合。方法400的一些操作可以由诸如图1的控制器109之类的计算装置执行，控制器109控制机器人臂和/或非接触式传感器。例如，执行方法400的一个或多个操作的处理逻辑可以在控制器109上执行。
为了简化说明，将方法描绘和描述为一系列动作。然而，根据本公开内容的动作可以以各种顺序和/或同时发生以及与在此未呈现和描述的其他动作一起发生。此外，根据所公开的技术主题，并非需要执行所有示出的动作来实现方法。另外，本领域技术人员将理解并且认识到，方法可替代地经由状态图或事件被表示为一系列相互关联的状态。
参照图4，方法400可以具有处理逻辑，以将一个或一组诊断盘110装载在基板盒102(诸如FOUP或SSP)中的一个中(405)。在一个实施例中，一个或多个诊断盘被储存在FOUP中，FOUP还包含边缘环，或更一般而言，包含工艺套件环。在一个实施例中，多个诊断盘被储存在被设计为容纳诊断盘的FOUP中。方法400可继续进行处理逻辑，所述处理逻辑基于在基板处理系统内的处理腔室的操作的RF时数(例如300至400小时或更多)，和/或基于其他准则(例如，自从对处理腔室中的工艺套件环进行最后一次分析以来所经过的时间)的诊断扫描，来确定工艺腔室107中的工艺套件环已经到期(410)。工艺套件环的至少一部分位于至少一个非接触式传感器230的视场内。
方法400可以继续进行处理逻辑，以与用于移动晶片的移动类似的移动将诊断盘110中的一个从FOUP(或SSP)移动到处理腔室(415)。在实施例中，这些运动包括将诊断盘110从晶片储存区域装载到基板处理系统的装载锁定中(例如通过工厂界面机器人111)，并使用机器人臂的终端受动器在传送腔室内将诊断盘从装载锁定移动到处理腔室(例如通过传送腔室机器人112)。这可以包括使用机器人臂的终端受动器在传送腔室106中拾取诊断盘110并且将诊断盘110放置在处理腔室中。
另外参照图4，方法400可以继续进行处理逻辑，将诊断盘110从机器人臂的终端受动器传送(或移动)到ESC 150(图3A)的晶片升降销253(420)。在一个实施例中，方法400可以进一步包括降低晶片升降销，例如以将诊断盘110设置在ESC上(图3B)(420)。方法400还可包括：处理逻辑使用位于工艺套件环上的诊断盘的至少一个非接触式传感器230，来获取工艺套件环的顶表面的传感器数据(425)。可以在诊断盘110仍位于晶片升降销253上时或在诊断盘110下降到ESC 150之后获取传感器数据。
另外参照图4，在各种实施例中，方法400还包括处理逻辑，处理逻辑分析传感器数据以确定工艺套件环的顶表面的侵蚀程度(430)，这在先前已进行了更详细的讨论。方法400可以进一步包括处理逻辑确定侵蚀程度是否满足侵蚀或磨损的EoL阈值(435)。如果尚未达到EoL阈值，则方法400可以继续进行，处理逻辑将诊断盘110移回至储存区域(例如，FOUP或SSP)(440)，并且在再次获取工艺套件环顶表面的新传感器数据之前继续进行基板处理长达额外数量的RF时数(445)。
但是，如果满足EoL阈值，则方法400可以继续进行处理逻辑，以启动自动的磨损工艺套件环的移除，例如，通过将磨损工艺套件环从处理腔室移回储存区域(例如，FOUP或SSP)(450)。方法400可以可选地继续进行处理逻辑，使用处理腔室的加压气体源(例如，氮气)净化围绕(现已被移除的)磨损工艺套件环的静电吸盘附近的残留物和颗粒(455)。方法400可以继续进行处理逻辑，以例如通过将新的工艺套件环从储存区域移动到处理腔室中来启动自动的工艺套件环更换，以替换磨损工艺套件环(460)。这可能包括使用机器人臂的终端受动器来将新的工艺套件环放入处理腔室。对于在另外的处理腔室中的另外的工艺套件环，可以重复方法400的功能(465)。
图5A至图5B示出了根据本公开内容的一个方面的处理腔室507的一组侧视截面图，非接触式传感器530通过处理腔室507位于端点窗口中以对边缘环成像。处理腔室507可以与图1的处理腔室107相同或相似。处理腔室507可以包括腔室主体501、层叠在主体501内部的耐等离子体衬套502、以及吸盘150(例如ESC 150)。处理腔室507还包括位于处理腔室507的内部空间中的基板支撑组件510，在所述基板支撑组件510上设置有吸盘150。根据本公开内容的实施例，吸盘150将在半导体处理期间将晶片夹紧在适当的位置(或保持在固定的位置)。边缘环90(或工艺套件环)可以围绕吸盘150的圆周而设置，可选地与吸盘150共面。
在一个实施例中，腔室主体501的侧壁在到边缘环90(或工艺套件环)的一侧的位置处限定开口。耐等离子体衬套502可以包括与腔室主体的侧壁中的开口大致对准的附加开口，例如，使得此开口和附加开口从腔室主体501的外部到耐等离子体衬套502的内部是连续的。在此实施例中，开口和附加开口限定了用于处理腔室507的端点窗口，但是可以设想其他窗口/开口。
非接触式传感器530的至少一部分(其可以与非接触式传感器230相同或相似，诸如高分辨率相机)可以定位在边缘环90的视线内的附加开口内。换句话说，边缘环90的至少一部分可以在非接触式传感器530的视场中。非接触式传感器530的前部可以被定位成与耐等离子体衬套502的内表面齐平，以使得对边缘环90具有清晰的视线。在非接触式传感器530内使用鱼眼透镜(具有广角视场)，可以帮助提供对边缘环90的良好视线。非接触式传感器530可以耦合到控制器109，例如计算系统。
耐等离子体透镜或窗口532(例如，硬宝石透镜或窗口)可以设置在非接触式传感器530上方，以保护非接触式传感器530免受侵蚀性气体的侵害。在各种实施例中，耐等离子体的透镜或窗口532是金刚石透镜、刚玉透镜(例如蓝宝石透镜)或黄玉透镜中的一种。非接触式传感器530可以由耐等离子体的透镜或窗口532真空密封，以防止侵蚀性气体接触非接触式传感器530。
在实施例中，非接触式传感器530可以代替诊断盘110上的非接触式传感器230来使用，例如通过获取如图7所示的边缘环90的顶表面(包括边缘)的传感器数据。如先前所讨论的，然后可以将传感器数据无线地或经由有线连接传输到控制器109以进行图像处理，以确定边缘环的侵蚀是否在侵蚀的阈值程度之内，从而被分类为“寿命终止”。
图6示出了根据本公开内容的一个方面的处理腔室607的侧视截面图，其中非接触式传感器630位于顶部中央气体喷嘴613处，用于对边缘环90(或可包括边缘环的工艺套件环)成像。处理腔室607可以与图1的处理腔室107相同或相似。处理腔室607可以包括腔室主体601、层叠在主体601内部的腔室衬套602、耐等离子体衬套602、吸盘150(例如ESC 150)和介电窗口606。处理腔室607可进一步包括耦接到腔室主体601的顶部的源盖603(或气体输送板)。腔室主体601和源盖603(或气体输送板)一起包围处理腔室607的内部容积。在一个实施例中，源盖603至少包括介电窗口606和介电环615。除了气体输送管线618A和618B以及用于将处理气体输送至处理腔室607的其他支撑结构之外，源盖组件还可包括源盖603。
处理腔室607还可包括设置在内部容积内的基板支撑组件610，基板支撑组件包括配置成在基板的处理期间将基板支撑在固定位置的吸盘150。边缘环90(或工艺套件环)围绕吸盘150的圆周设置，可选地与吸盘150共面。
腔室主体601或盖603中的至少一个在边缘环90(或工艺套件环)的上方或通向边缘环90一侧中的至少一个的位置处限定开口。如图6所示，气体喷嘴613可以设置在盖603中的开口内，通过喷嘴613将气体注入处理腔室607的内部。气体喷嘴613可以位于盖603的大致中心处。在一个实施例中，气体喷嘴包括附加开口，所述附加开口的直径小于开口的直径。
在实施例中，非接触式传感器630(可以与非接触式传感器230相同或相似，诸如高分辨率相机)定位在边缘环90的视线内的盖603的附加开口内。边缘环90的至少一部分在非接触式传感器630的视场内。非接触式传感器630可以位于气体喷嘴613的内部，但与盖603的内表面齐平，从而使对边缘环90的视线清晰。在非接触式传感器630内使用鱼眼透镜(具有广角视场)，可以帮助提供对边缘环90的良好视线。非接触式传感器630可以耦合到控制器109，例如计算系统。
耐等离子体透镜或窗口632(例如，硬宝石透镜)可以设置在开口处，并将非接触式传感器630与内部空间分开。耐等离子体的透镜或窗口632可以保护非接触式传感器免受内部体积中的侵蚀性气体的影响。在各种实施例中，耐等离子体的透镜或窗口632是金刚石透镜、刚玉透镜(例如蓝宝石透镜)或黄玉透镜中的一种。非接触式传感器630可以由耐等离子体的透镜或窗口632真空密封，以防止侵蚀性气体接触非接触式传感器630。
在实施例中，非接触式传感器630可以代替诊断盘110上的非接触式传感器230来使用，例如通过获取如图7所示的边缘环90的顶表面(所述顶表面包括边缘环90的边缘)的传感器数据。如先前所讨论的，然后可以将传感器数据无线地或经由有线连接传输到控制器109以进行图像处理，以确定边缘环的侵蚀是否在侵蚀的阈值程度之内，从而被分类为“寿命终止”。
图7是根据本公开内容的各种方面的一种方法700的流程图，方法700将处理腔室的原位非接触式传感器(例如非接触式传感器530或630)用于诊断边缘(或工艺套件)环的寿命终止(EoL)磨损，并开始更换工艺套件环。方法700的一些操作可以由处理逻辑来执行，处理逻辑可以包括硬件(电路系统、专用逻辑等)、软件(诸如在通用计算机系统或专用机器上运行的软件)、固件或以上的某种组合。方法700的一些操作可以由诸如图1的控制器109之类的计算装置执行，控制器109控制机器人臂和/或非接触式传感器。例如，执行方法700的一个或多个操作的处理逻辑可以在控制器109上执行。
为了简化说明，将方法描绘和描述为一系列动作。然而，根据本公开内容的动作可以以各种顺序和/或同时发生以及与在此未呈现和描述的其他动作一起发生。此外，根据所公开的技术主题，并非需要执行所有示出的动作来实现方法。另外，本领域技术人员将理解并认识到，方法可替代地经由状态图或事件被表示为一系列相互关联的状态。
继续参照图7，方法700可以继续进行处理逻辑，所述处理逻辑基于在基板处理系统(710)内的处理腔室的操作的RF时数(例如300至400小时或更多)，和/或基于其他准则(例如，自从对处理腔室中的工艺套件环进行最后一次分析以来经过的时间)的诊断扫描，来确定处理腔室107中的工艺套件环已经到期。工艺套件环的至少一部分在至少一个非接触式传感器530或630的视场内。
方法700可以继续进行处理逻辑，使用至少一个非接触式传感器503或630来获取工艺套件环的顶表面的传感器数据，非接触式传感器可以是如参照图5A至图5B和图6所讨论的位于处理腔室内的原位非接触式传感器(720)。当工艺套件环在原位非接触式传感器的视场内时，以及可选地当处理腔室至少部分地排气时，可以在晶片处理之间的中间时段期间获取传感器数据。然而，方法700的一个优点在于可以在晶片处理期间和之间连续监视工艺套件环的顶表面的状况，而无需完全排气或拆卸处理腔室。
另外参照图7，在各种实施例中，方法700还包括处理逻辑，处理逻辑分析传感器数据以确定工艺套件环的顶表面的侵蚀程度(730)，这在先前已进行了更详细的讨论。方法700可以进一步包括处理逻辑确定程度或侵蚀是否满足侵蚀或磨损的EoL阈值(735)。如果尚未达到EoL阈值，则方法700可以继续进行处理逻辑，继续进行基板处理持续额外的RF时数，然后再次获取工艺套件环的上表面的新传感器数据(745)。
但是，如果满足EoL阈值，则方法700可以继续进行处理逻辑，以启动自动的磨损工艺套件环的移除，例如，通过将磨损工艺套件环从处理腔室移回储存区域(例如，FOUP或SSP)(750)。方法700可以可选地继续进行处理逻辑，使用处理腔室的加压气体源(例如，氮气)净化围绕(已被移除的)磨损工艺套件环的静电吸盘周围的残留物和颗粒(755)。方法700可以继续进行处理逻辑，以例如通过将新的工艺套件环从储存区域移动到处理腔室中来启动自动的工艺套件环更换，以替换磨损的工艺套件环(760)。对于在另外的处理腔室中的另外的工艺套件环，可以重复方法700的功能(765)。
图8示出了根据本公开内容的一个方面的根据本文所公开的一种非接触式传感器的围绕静电吸盘(ESC)150的边缘环90和支撑环390的俯视平面图。ESC 150可以沿着ESC150的边缘的圆周包括平坦区域800(或其他凹口或对准特征)，平坦区域800用于对准放置在其上的晶片。以类似的方式，支撑环390可以包括对应的平坦区域(或凹口或对准特征)，使得当支撑环390和边缘环90被替换为环套件时，整个工艺环套件可以沿着平坦区域800取向，并因此适当地固定在以处理腔室107的ESC 150为中心的位置。
在本公开内容的实施例中，控制器109可以从本文描述的任何非接触式传感器接收传感器数据，其中控制器109可以根据传感器数据确定在环套件更换期间平坦区域是否相互对准。如果平坦区域未正确对准，则控制器109可以向传送腔室机器人112发出信号，以从处理腔室107中取出环套件，然后可以在将其重新插入处理腔室107之前在机器人臂的终端受动器处被重新对准。
例如，控制器109可以确定旋转误差(例如，θ误差)，旋转误差可以是在环套件的目标定向与当前定向之间的旋转角。控制器109可以将指令发送到传送腔室机器人112，以使传送腔室机器人112将终端受动器(和支撑在终端受动器上的环套件)旋转规定量，以校正并消除旋转误差。然后，传送腔室机器人112可以将边缘环90通过具有正确取向的相应端口108放置到处理腔室107中。因此，可在不使用对准器站的情况下使用传送腔室机器人112的自由度来消除边缘环90的旋转误差。在替代实施例中，如将更详细讨论的，可以利用晶片升降销253的功能来校正旋转误差。
在一些实施例中，传送腔室机器人112可校正边缘环90的最大阈值旋转误差。例如，一个传送腔室机器人112可能能够校正高达5度的旋转误差，而其他工厂传送腔室机器人112可能能够校正高达3度的旋转误差、7度旋转误差或一些其他的旋转误差量。如果检测到的旋转误差大于可以由传送腔室机器人112校正的阈值旋转误差，则传送腔室机器人112可以以消除旋转误差或减小旋转误差的方式将环套件放置在临时站(未示出)、重新定位终端受动器然后取回环套件，以使旋转误差小于或等于可以根据终端受动器的旋转进行校正的旋转误差的阈值量。
图9A示出了根据本公开内容的替代实施例的诊断盘110A的透视俯视图。在这些替代实施例中，诊断盘110A包括非接触式传感器，非接触式传感器在盘主体901上的定位与图2中所示的不同，因此每个传感器可以不与另一个非接触式传感器相对放置。例如，诊断盘110可以包括多个非接触式传感器，诸如第一非接触式传感器930A、第二非接触式传感器930B、第三非接触式传感器930C和第四非接触式传感器930D，这些传感器分别以不同的角度附接到四个突起904A、904B、904C和904D上，此将参考图9B更详细地讨论。在某些实施例中，每个非接触式传感器可以被附接到其各自的突起的底侧。
每个非接触式传感器可以沿允许非接触式传感器生成部件的传感器数据的方向定向。例如，每个非接触式传感器可以定向在边缘环、工艺环、静电吸盘等等之上，以生成用于边缘环或工艺环的对准或同心度的传感器数据(例如基于它们之间的间隙测量或静电吸盘与工艺环之间的间隙)或边缘环或工艺套件环的侵蚀或清洁程度的传感器数据。
图9B示出了根据本公开内容的方面的示意图，其描绘了诊断盘110B上的四个非接触式传感器的位置。在所示的实施例中，盘主体901在盘形主体的圆周上的第一位置921处包括凹口。第一位置921可以被称为0°的起始角。凹口可以与预对准器一起使用，使得诊断盘110可以被放置在处理腔室107中的选定位置和/或可以被终端受动器拾取。
在所描绘的实施例中，第一非接触式传感器930A可以附接到第一突起904A，第一突起904A以与凹口的第一位置成大约170°-180°的角度定位。在所描绘的实施例中，第二非接触式传感器930B可以被附接到第二突起904B，第二突起904B被定位成与凹口的第一位置成约225°-235°的角度，其中所描绘的175°角仅是说明在这个角度范围内的角度。在所描绘的实施例中，第三非接触式传感器930C可以附接到第三突起904C，第三突起904C以与凹口的第一位置成大约295°-305°的角度定位。在所描绘的实施例中，第四非接触式传感器930D可以附接到第四突起904D，第四突起904D以与凹口的第一位置成大约55°-65°的角度定位。
第一非接触式传感器930A可以在距盘主体901的外周约295mm至约305mm处附接至第一突起904A。分别附接到第二突起904B、第三突起904C和第四突起904D的第二非接触式传感器930B、第三非接触式传感器930C和第四非接触式传感器930D，可以位于距离盘形主体901的外周约310毫米到约320毫米处。
第二突起904B、第三突起904C和第四突起904D的位置以及对应的第二非接触式传感器930B、第三非接触式传感器930C和第四非接触式传感器930D的位置(如图9A至图9B所示)，不应将其解释为限制性的，因为它们的位置可以根据所使用的处理腔室、所使用的主机架机器人、所使用的传送腔室机器人、机器人的终端受动器等等而变化。至少一个突起和附接到其上的非接触式传感器可以以其他角度或其他位置定位，只要非接触式传感器具有间隙(例如，经过终端受动器)而可看到所诊断的处理腔室内的部件或区域。
在所描绘的实施例中，第一非接触式传感器930A(例如第一相机)被定位成使得其以平坦区域的边缘(图8中的800)和ESC 150的圆形边缘的起点为中心。所描绘的实施例中的第二非接触式传感器930B(例如第二相机)、第三非接触式传感器930C(例如第三相机)和第四非接触式传感器930D(例如第四相机)被定位成观看工艺套件环的环部分，例如边缘环90和支撑环390。根据下文针对图11和图12A至图12B进一步描述的实施例，在所示实施例中非接触式传感器930A、930B、930C和930D的定位，允许测量ESC 150和工艺套件环之间的间隙以确定工艺套件环的对准和同心度。
图10示出了根据本公开内容的一个方面的诊断盘(例如110A)的观察位置，诊断盘被配置成观察工艺套件环的定位(诸如对准和同心度)。在ESC(例如150)上方的垂直距离处示出诊断盘。当坐在传送机器人的手臂(例如传送机器人112的终端受动器)中或坐在晶片升降销253上时，诊断盘可到达所示的观察位置。
在所描绘的实施例中，根据本公开内容的示例性实施例，诊断盘(例如110A)具有四个高分辨率相机(即，非接触式传感器)，相机捕捉工艺套件环的边缘和曲率的传感器数据。在所示的观看位置，第一相机1030A定位在ESC 150的平坦区域800上方，相机视线在平坦区域800上，在平坦区域800上相机可以捕捉套件环的曲率的起点。在所示的观看位置，第二相机1030B、第三相机1030C和第四相机1030D均位于套件环直径的边缘上方。例如，如本文上文和下文针对图8所描述的，这样的传感器数据可以帮助控制器109确定套件环的对准和同心度。
图11是根据本公开内容的一个方面的用于在处理腔室内用新的工艺套件环替换旧的工艺套件环的方法1100的流程图。方法1100可以涵盖用于自动更换工艺套件环的至少一个实施例。方法1100的一些操作可通过处理逻辑来执行，处理逻辑可以包括硬件(电路系统、专用逻辑等)、软件(诸如在通用计算机系统或专用机器上运行的软件)、固件或以上的某种组合。方法1100的一些操作可以由诸如图1的控制器109之类的计算装置执行，控制器109控制机器人臂和/或非接触式传感器。例如，执行方法1100的一个或多个操作的处理逻辑可以在控制器109上执行。
在操作1105，处理逻辑引导从处理腔室107中移除用过的(例如侵蚀的)工艺套件环。为此，处理逻辑可以指示传送腔室机器人112进入处理腔室，以使用其终端受动器移除用过的工艺套件环(例如晶片边缘环或简称为“边缘环”90，以及支撑环390)。在一些实施例中，如果支撑环没有损坏，则仅移除边缘环。因此，支撑环的移除和替换是可选的，并且对工艺套件环的引用可以包括仅对边缘环90或对边缘环90和支撑环390的引用。所使用的工艺套件环可以经过站104a或104b中的一个，并由工厂界面机器人111收集，并传递到FOUP或SSP中的一个，以从处理系统100中提取。
在操作1110，处理逻辑使操作1105的过程反转，以例如从FOUP或SSP并通过站104a或104b装载新的工艺套件环，并以固定的X-Y偏移将新的工艺套件环装载到传送腔室机器人112的终端受动器上，偏移例如在50μm至250μm之间。固定的X-Y偏移是指新工艺套件环相对于终端受动器标称中心位置的二维偏移，例如相对于工艺套件环和ESC组件侧的机械公差。
在操作1112，处理逻辑可以可选地例如通过使用处理系统100的主机上的引线中心查找(LCF)传感器来确认固定X-Y偏移量。例如，一个或多个LCF传感器可以位于通向处理腔室的端口108内。处理逻辑可以通过连接并使用通向处理腔室107的LCF传感器，来验证或确认新工艺套件环的固定X-Y偏移量。
在操作1115，处理逻辑引导传送腔室机器人112将新的工艺套件环移动(或插入)到处理腔室107中，以替换所移除的工艺套件环。以此方式，新工艺套件环的移动可以相同于将晶片从工厂界面91中的FOUP或SSP移动通过(多个)站104a或104b之一，通过传送腔室106并移入处理腔室107，除了提供例如固定的X-Y偏移之外。
在操作1120，处理逻辑引导传送腔室机器人112将新的工艺套件环降低到处理腔室107的ESC 150上，同时校正新的工艺套件环的固定X-Y偏移。固定X-Y偏移的校正可以使用耦合到图3所示的三个晶片升降销253的步进电机来执行。更特定而言，新的工艺套件环放置在三个晶片升降销253的顶部。处理逻辑可以按照预定的上升和下降指定之晶片升降销的预定顺序，引导耦合到三个晶片升降销的步进电机使其下降和上升，这将消除固定的X-Y偏移，这是因为新的工艺套件环最终会下降到ESC 150顶部的标称中央位置。
由于在将新的工艺套件环降低到位后可能会有残留的X-Y偏移和/或旋转误差，因此将使用诊断盘110或11A确认新的工艺套件环在ESC 150的顶部上位于正常的中心位置，并因此适当地定位并准备支持处理晶片(图12B)。诊断盘可以将可能存在的任何此类残余X-Y偏移和/或旋转偏移通知处理逻辑。处理逻辑可以通过类似地引导步进电机来控制晶片升降销253，以便将工艺套件环移动和/或旋转一定量，直到工艺套件环位于正常的中央位置，来解决这些残留误差。
图12A是根据本公开内容的方面的用于配对和初始化诊断盘以用于验证新工艺套件的放置的方法1200A的流程图。方法1200A的一些操作可以由处理逻辑来执行，处理逻辑可以包括硬件(电路系统、专用逻辑等)、软件(诸如在通用计算机系统或专用机器上运行的软件)、固件或以上的某种组合。方法1200A的一些操作可以由诸如图1的控制器109之类的计算装置执行，控制器109控制机器人臂和/或非接触式传感器。例如，执行方法1200A的一个或多个操作的处理逻辑可以在控制器109上执行。
在操作1205，处理逻辑将例如具有特定服务集标识符(SSID)的所选诊断盘与为与诊断盘通信而建立的无线个人区域网(PAN)或其他封闭无线网络配对。可以使用BluetoothTM、ZigBeeTM、红外或超宽频(UWB)等来执行这种配对。
在操作1210，处理逻辑执行“POST启动心跳(POST Start Heartbeat)”过程，以确保与诊断盘的持续无线连接，诊断盘将用于将图像和/或视频从诊断盘传输到控制器109。
在操作1215，处理逻辑将脚本发送到诊断盘，以用于温度监视和发光二极体(LED)控制。例如，这种控制可以确保诊断盘的安全操作以及非接触式传感器使用适当的成像光来正常工作。
在操作1220，处理逻辑接收启动(initiation)完成的信号，因此诊断盘可以移动通过处理系统100并进入腔室107，以对新的工艺套件环执行诊断(图12B)。
图12B是根据本公开内容的各种方面的用于使用诊断盘验证新工艺套件在处理腔室内部的正确放置的方法1200B的流程图。方法1200B的一些操作可以由处理逻辑来执行，处理逻辑可以包括硬件(电路系统、专用逻辑等)、软件(诸如在通用计算机系统或专用机器上运行的软件)、固件或以上的某种组合。方法1200B的一些操作可以由诸如图1的控制器109之类的计算装置执行，控制器109控制机器人臂和/或非接触式传感器。例如，执行方法1200B的一个或多个操作的处理逻辑可以在控制器109上执行。
在操作1225，处理逻辑引导诊断盘110A从工厂界面(例如从FOUP或SSP)通过传送腔室106进入处理腔室1225，与参考图11中的新工艺套件环和图4的操作415的讨论类似。在一组操作1230A、1230B、1230C和1230D处，处理逻辑可以串列或同时执行(新工艺套件环的)边缘环90与ESC150之间的任何间隙的成像。诊断盘的每个非接触式传感器(例如高分辨率相机)可以例如通过执行自动聚焦、照明(例如使用一个或多个LED灯)以及捕捉图像，来对边缘环90和支撑环390的边缘的不同部分成像。
在操作1240，处理逻辑从诊断盘无线接收这四个图像。这些可以是在工艺套件环的周围的各种位置拍摄的静止图像。图13A、图13B、图13C和图13D分别是诊断盘的第一非接触式传感器、第二非接触式传感器、第三非接触式传感器和第四非接触式传感器所捕捉的示例高分辨率图像。因此，这些非接触式传感器可以是捕获高分辨率图像的高分辨率相机。
在各种实施例中，工艺套件环可以包括边缘环90和具有平坦区域800A的支撑环1390，其可以由第一非接触式传感器成像。平坦区域800A可以是兼容的，并且意在与ESC150(图8)的平坦区域800物理匹配。如果支撑环1390的平坦区域和ESC 150不匹配，则存在旋转误差，如果超过旋转阈值，则可能需要校正旋转误差，如参考图8所讨论的。如果尚未充分消除X-Y偏移，则存在可以校正的残留X-Y偏移。
因此，在操作1245，处理逻辑对从诊断盘接收的静止图像执行图像处理，以检测任何残余X-Y偏移或旋转误差(也称为theta或θ旋转)。在操作1250，处理逻辑确定图像处理是否已经检测到任何残余X-Y偏移或θ旋转。如果在操作1250中没有检测到新工艺套件环在ESC 150上的位置错误，则在操作1265中，处理逻辑将诊断盘返回到FOUP或SSP，如参考图4所讨论的操作440。
如果在操作1250中处理逻辑检测到位置误差，则在操作1260中，处理逻辑可以对处理腔室107中的ESC 150上的新工艺套件环执行X-Y偏移和/或θ旋转校正。例如，处理逻辑可以使用图像处理来计算残余X-Y偏移量和/或θ旋转量。然后，处理逻辑可以引导耦合至晶片升降销253的步进电机，以计算出的顺序和数量来升举和降低工艺套件环，从而以消除残留X-Y偏移和/或θ旋转(例如旋转误差)的方式移动和旋转工艺套件环。
如果误差太大，则传送腔室机器人112可以将工艺套件环从处理腔室中提出，将其放到临时站或其他处理腔室中，然后再次装回，以减少残留X-Y偏移和/或theta旋转。但是，由于能够设置预定的固定X-Y偏移量(包括预定的计算顺序和预计在以下范围内升举和降低晶片升降销253的数量)的能力，正常操作将工艺套件环对准ESC 150时对这种措施的需求预计很少。
在操作1260之后，处理逻辑可以在方法1200B内循环回到操作1230A、1230B、1230C和1230D，以对新获取的高分辨率图像重复生成并且执行诊断处理。因此，图12B的诊断方法1200B可以是迭代的，直到在操作1250中检测到缺乏可观的残留X-Y偏移或θ旋转。可以允许X-Y偏移和θ旋转的少量公差，使得在ESC 150上的标称居中位置的阈值百分比(例如，90％或更多百分比等)之内足够接近于居中。如果在这些公差内，则处理逻辑可以进行到操作1265，并使诊断盘110A返回工厂界面，或者继续在另一处理腔室中使用诊断盘110A(如果同时更换多个工艺套件环)。
前面的描述阐述了许多特定细节，诸如特定系统、部件、方法等的示例，以便提供对本公开内容的若干实施例的良好理解。然而，对于本领域的技术人员将明了的是，可在没有这些具体细节的情况下实践本公开内容的至少一些实施例。在其他情况下，未详细描述公知的部件或方法或以简单的框图格式呈现公知的部件或方法，以避免不必要地混淆本公开内容。因此，所阐述的具体细节仅是示例性的。特定的实施方式可以与这些示例性细节不同，并且仍然可以预期处于本公开内容的范围内。
本说明书中对于“一个实施例”或“一实施例”的参照，表示所说明的相关联于此实施例的特定特征、结构或特性，是被包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”不一定都指的是同一实施例。另外，术语“或”旨在表示包括性的“或”而不是排他性的“或”。当在本文中使用术语“约”或“大约”时，这旨在表示所给出的标称值精确在±10％以内。
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，从而可至少部分地与其他操作同时执行某些操作。在另一个实施例中，不同操作的指令或子操作可以以间歇和/或交替的方式进行。在一个实施例中，多个金属接合操作作为单个步骤执行。
应了解到，前述说明意为说明性的而并非限制性的。在阅读与了解前述说明之后，本领域技术人员将显然明了许多其他的实施例。因此，发明范围应参照所附权利要求来确定，并涵盖这些权利要求的完整均等范围。

Claims (21)

1.一种方法，包括：
使用至少一个非接触式传感器获取设置在处理腔室内的工艺套件环的顶表面的传感器数据，其中所述工艺套件环的至少一部分在所述至少一个非接触式传感器的视场内；
通过计算系统分析所述传感器数据以确定所述工艺套件环的所述顶表面的侵蚀程度；以及
响应于确定所述侵蚀程度达到寿命终止阈值，开始自动更换所述工艺套件环。
2.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：使用在传送腔室内的机器人臂的终端受动器将诊断盘放入所述处理腔室，其中所述至少一个非接触式传感器是所述诊断盘的部件，并且其中所述诊断盘的所述至少一个非接触式传感器位于所述工艺套件环之上。
3.如权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括：
根据所述处理腔室的工作时数，确定所述处理腔室中的所述工艺套件环已应进行诊断扫描；
将所述诊断盘从储存区域装载到包括所述传送腔室的基板处理系统的装载锁定中；以及
将所述诊断盘从所述装载锁定移动到所述处理腔室。
4.如权利要求3所述的方法，所述方法进一步包括：响应于确定所述侵蚀程度不满足所述寿命终止阈值：
将所述诊断盘移回所述储存区域；以及
在获取所述工艺套件环的所述顶表面的新传感器数据之前，继续进行基板处理达额外的数个小时。
5.如权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括：
在所述处理腔室中升高基板支撑组件的多个晶片升降销，其中所述多个晶片升降销被配置为处理晶片；
在生成所述传感器数据之前，将所述诊断盘设置在所述晶片升降销上；以及
在产生所述传感器数据之前，降低所述晶片升降销以将所述诊断盘设置在所述基板支撑组件的静电吸盘上，其中在所述至少一个非接触式传感器和所述工艺套件环之间存在间隙。
6.如权利要求1所述的方法，所述方法进一步包括：使用连接到所述至少一个非接触式传感器的无线通信电路，将所述传感器数据无线传输到所述计算系统。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述传感器数据包括图像数据，并且其中分析所述传感器数据包括：对所述传感器数据应用图像处理算法或经训练的机器学习模型中的一个，以确定沿所述工艺套件环的所述顶表面的所述侵蚀程度。
8.如权利要求1所述的方法，其中启动自动工艺套件环更换包括：
使用传送腔室内的机器人臂的终端受动器将所述工艺套件环从所述处理腔室中移除；以及
使用所述机器人臂的所述终端受动器将新工艺套件环插入所述处理腔室。
9.如权利要求8所述的方法，其中插入所述新工艺套件环包括：
将所述新工艺套件环以固定的二维偏移量装载到所述终端受动器上；以及
将所述新工艺套件环降低到所述处理腔室的静电吸盘上，同时对所述固定的二维偏移量进行校正，以使所述工艺套件环在所述静电吸盘上居中。
10.一种诊断盘，包括：
盘主体，所述盘主体包括围绕所述盘主体的圆周的侧壁、以及从所述侧壁的顶部向外延伸的至少一个突起；
非接触式传感器附接到所述至少一个突起中的每个突起的底侧；
印刷电路板(PCB)，所述印刷电路板(PCB)定位在由所述盘主体形成的内部内；
电路系统，所述电路系统定位在所述PCB上并耦合到每个非接触式传感器，所述电路系统至少包括无线通信电路、存储器和电池；以及
盖，所述盖定位在所述侧壁内侧的所述电路系统之上，其中所述盖将在所述盘主体形成的所述内部内的所述电路系统密封而不受到所述盘主体外部的环境的影响。
11.如权利要求10所述的诊断盘，其中所述至少一个突起包括四个突起，所述四个突起围绕所述盘主体定位并且大致垂直于所述侧壁。
12.如权利要求10所述的诊断盘，其中所述盘主体的直径为大约11.5英寸至12.25英寸，并且其中所述至少一个突起中的每个突起突出了所述直径的大约百分之十，使得从所述盘主体的中心大约6.5英寸与6.75英寸之间的区域在所述非接触式传感器的视场内。
13.如权利要求10所述的诊断盘，其中每个非接触式传感器被定位在相应的突起上，使得所述非接触式传感器与所述盘主体的底部之间的垂直距离使所述非接触式传感器移离放置所述诊断盘的表面，并且其中所述侧壁的高度在大约0.350英寸与大约0.450英寸之间。
14.如权利要求10所述的诊断盘，其中所述盘主体和所述盖由具有由阳极氧化铝、陶瓷或氧化钇中的一种制成的涂层的碳纤维或铝中的一种构成。
15.如权利要求10所述的诊断盘，其中所述非接触式传感器包括深度相机，所述深度相机具有至少四倍的放大倍率。
16.如权利要求10所述的诊断盘，其中所述盘主体包括设置在底表面上的多个运动学耦接件，所述多个运动学耦接件中的每个运动学耦接件在处理腔室内容纳静电吸盘的晶片升降销并且在所述诊断盘与所述静电吸盘之间提供低接触面积。
17.一种处理腔室，包括：
腔室主体；
源盖，所述源盖耦接到所述腔室主体的顶部，其中所述腔室主体和所述源盖一起封闭内部空间；
基板支撑组件，所述基板支撑组件设置在所述内部容积内，所述基板支撑组件包括配置成在基板的处理期间将所述基板支撑在固定位置的吸盘；
边缘环，所述边缘环围绕所述吸盘的圆周而设置，其中所述腔室主体或所述源盖中的至少一个在所述边缘环上方或通向所述边缘环一侧中的至少一个的位置处限定开口；
非接触式传感器，所述非接触式传感器定位在所述开口内并且在所述边缘环的视线内，其中所述边缘环的至少一部分在所述非接触式传感器的视场内；
耐等离子体透镜或窗口，所述耐等离子体透镜或窗口设置在所述开口处并将所述非接触式传感器与所述内部空间分离开，其中所述耐等离子体透镜或窗口用于保护所述非接触式传感器免受所述内部空间中的侵蚀性气体的侵蚀；以及
计算装置，所述计算装置能操作地耦合到所述非接触式传感器，其中所述计算装置用于：
从所述非接触式传感器接收所述边缘环的顶表面的传感器数据；
分析所述传感器数据，以确定所述边缘环的所述顶表面的侵蚀程度；和
响应于确定所述侵蚀程度达到寿命终止阈值，开始自动更换所述边缘环。
18.如权利要求17所述的处理腔室，其中所述非接触式传感器是被所述耐等离子体透镜真空密封的相机。
19.如权利要求17所述的处理腔室，所述处理腔室进一步包括耐等离子体衬套，所述耐等离子体衬套衬于所述腔室主体的至少一个侧壁，其中所述耐等离子体衬套包括附加开口，所述附加开口与所述腔室主体的所述侧壁中的所述开口大致对齐，所述开口和所述附加开口限定用于所述处理腔室的端点窗口，并且其中所述非接触式传感器的至少一部分设置在所述附加开口内。
20.如权利要求17所述的处理腔室，所述处理腔室进一步包括气体喷嘴，所述气体喷嘴设置在所述源盖中的所述开口内，所述气体喷嘴包括附加开口，所述附加开口具有比所述开口要小的直径，其中所述非接触式传感器设置在所述附加开口内，并且其中所述非接触式传感器的前部与所述源盖的内表面大致齐平。
21.如权利要求17所述的处理腔室，所述处理腔室进一步包括电路系统，所述电路系统耦合到所述非接触式传感器并且耦合到计算系统，所述电路系统用于将传感器数据从所述非接触式传感器传输到所述计算系统，其中所述传感器数据包括与所述边缘环的顶表面的粗糙度相关的信息。
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