CN115176328A - 用于等离子体腔室条件监测的电容感测数据集成 - Google Patents

Abstract

描述了用于等离子体腔室条件监测的电容传感器和电容感测数据集成。在示例中，等离子体腔室监测系统包括：多个电容传感器；电容数字转换器；以及应用处理服务器，所述应用处理服务器耦合至所述电容数字转换器，所述应用处理服务器包括系统软件。所述电容数字转换器包括：绝缘接口，所述绝缘接口耦合至所述多个电容传感器；电源，所述电源耦合至所述绝缘接口；现场可编程门阵列固件，所述现场可编程门阵列固件耦合至所述绝缘接口；以及专用集成电路，所述专用集成电路耦合至所述现场可编程门阵列固件。

Description

用于等离子体腔室条件监测的电容感测数据集成

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年3月6日提交的美国临时申请第16/812,081号的优先权，该临时申请的内容在此通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开的实施例涉及等离子体腔室条件监测的领域，并且具体地涉及用于等离子体腔室条件监测的电容感测数据集成。

相关技术说明

微电子装置、显示装置、微机电系统(MEMS)等的制造需要使用一个或多个处理腔室。例如，可使用处理腔室(诸如但不限于：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、或离子注入腔室)以制造各种装置。随着所述装置中的尺寸持续缩小到较小的关键尺寸，对均匀的处理条件(例如，跨单个基板的均匀性、不同批次的基板之间的均匀性以及设施中腔室之间的均匀性)的需求在大批量制造(HVM)环境中变得越来越重要。

处理的非均匀性有许多不同的起源。一个此类起源就是腔室本身的条件。即，随着基板在腔室中进行处理，腔室环境可能改变。例如，在蚀刻处理中，由于再沉积处理，蚀刻副产物可能沉积在腔室的内部表面上。腔室的内部表面上的再沉积层的堆积可在处理配方的后续迭代中改变等离子体化学性质并导致过程漂移。

为了对抗过程漂移，可定期清洁处理腔室。可实施原位腔室清洁(ICC)以重新设置腔室条件。当前，ICC主要基于配方。即，执行设定配方以便清洁处理腔室。一些ICC可使用光发射光谱(OES)系统以用于处理配方的终点确定。然而，没有办法直接测量处理腔室的内部表面的条件(例如，再沉积层的厚度、陈化层的厚度等)。

也可开启处理腔室以便手动清洁处理腔室的部分或更换处理腔室内的磨损的耗材。然而，开启处理腔室会导致显著的停机时间，因为在生产基板可被处理之前，处理腔室需要被抽吸回降到期望的真空压力、被陈化、并且腔室需要进行重新验证。处理腔室的开启可以预定间隔(例如，在处理了一定数量的基板之后)，或在检测到偏移之后发生。依赖预定间隔可能会导致太频繁地开启腔室。从而降低生产量。在偏移检测的情况下，在已经对生产基板造成损坏之后对腔室条件进行校正。从而降低产量。

发明内容

本公开的实施例包括用于等离子体腔室条件监测的电容感测数据集成。

在实施例中，等离子体腔室监测系统包括：多个电容传感器；电容数字转换器；以及应用处理服务器，所述应用处理服务器耦合至所述电容数字转换器，所述应用处理服务器包括系统软件。所述电容数字转换器包括：绝缘接口，所述绝缘接口耦合至所述多个电容传感器；电源，所述电源耦合至所述绝缘接口；现场可编程门阵列固件，所述现场可编程门阵列固件耦合至所述绝缘接口；以及专用集成电路，所述专用集成电路耦合至所述现场可编程门阵列固件。

在另一实施例中，用于等离子体腔室监测系统的内部连接包括：第一连接器，所述第一连接器用于耦合至电容传感器模块的电容数字转换器；第二连接器，所述第二连接器用于耦合至电子装置和外部电源；以及屏蔽线缆，所述屏蔽线缆耦合至所述第一连接器和所述第二连接器，并且介于所述第一连接器与所述第二连接器之间。所述屏蔽线缆包括：屏蔽金属件，所述屏蔽金属件用于将所述内部连接物理地连接至等离子体腔室的框架；电源线路，所述电源线路容纳在所述屏蔽金属件内；接地线路，所述接地线路容纳在所述屏蔽金属件内；以及一个或多个通信线路，所述一个或更多个通信线路容纳在所述屏蔽金属件内。

在另一实施例中，用于集合等离子体腔室条件监测的数据的方法包括：将数据从电容传感器模块流式传送至数据服务器。所述数据包括电容数据和温度数据。所述方法还包括：在应用处理服务器上收集所述数据。所述方法还包括：将所述数据关联至一个或多个处理配方操作。所述方法还包括以下步骤：使所述电容传感器模块与所述一个或多个处理配方操作同步。

附图说明

图1是图示了常规等离子体腔室监测系统的示意图。

图2A是根据本公开的实施例图示了等离子体腔室监测系统的示意图。

图2B是根据本公开的另一实施例图示了等离子体腔室监测系统的示意图。

图3根据本公开的实施例图示了用于等离子体腔室监测系统的内部连接。

图4是根据本公开的另一实施例图示了等离子体腔室监测硬件的示意图。

图5A是根据本公开的实施例的包括信号数据和噪声的电容和温度数据的曲线图。

图5B是根据本公开的实施例的图5A的曲线图在滤波操作之后的电容和温度数据的曲线图。

图5C是根据本公开的实施例的图5B的曲线图在数据处理和拟合之后的电容和温度数据的曲线图。

图6是根据本公开的实施例的电容参数定义的曲线图。

图7A是根据本公开的实施例的诸如二次拟合和指数拟合的高阶回归拟合的曲线图。

图7B是根据本公开的实施例的来自温度参数提取/回归建模的示例性数据的曲线图。

图8根据本公开的实施例图示了包括一个或多个电容传感器的等离子体处理腔室的横截面视图。

图9是根据本公开的实施例图示了电容传感器的横截面视图的示意图。

图10是根据本公开的实施例图示了包括具有电容传感器的传感器模块的传感器系统的示意图。

图11根据本公开的实施例提供了图标包括在各个位置的电容传感器模块的集成的处理设备的示意图。

图12A是根据本公开的实施例图示了包括一个或多个传感器模块的等离子体处理设备的横截面视图的示意图。

图12B是根据本公开的实施例的在图12A的等离子体处理设备的腔室主体组件的辐条内的接入管道的布局的示意描绘图。

图13是根据本公开的实施例的可包括一个或多个电容传感器模块的处理设备的横截面视图。

图14根据本公开的实施例图示了处理工具的示例性计算机系统的框图。

具体实施方式

描述了用于等离子体腔室条件监测的电容传感器和电容感测数据集成。在以下描述中，阐述了许多特定细节，诸如腔室配置和电容传感器架构，以便提供对本公开的实施例的透彻理解。对于本领域技术人员而言将显而易见的是，可在没有这些特定细节的情况下实现本公开的实施例。在其他实例中，未详细描述公知的方面(例如，详细腔室说明)，以免不必要地混淆本公开的实施例。此外，应理解，附图中所示出的各种实施例是说明性表示，并且不一定按比例绘制。

一个或多个实施例是监测处理腔室条件的电容传感器和系统。实施例可应用于或可包括数据集成和处理算法、位于处理腔室中的策略传感器、传感器结构和材料、电子装置、数据处理算法和一个或多个传感器与处理工具的系统集成。

根据本公开的实施例，使用传感器以用于在至少四个位置中的一者或多者中监测腔室壁：腔室壁、腔室盖、在地板下真空(SVF)端口中和/或在边缘环处。本文所述的传感器模块/壳体结构和组件可与高至例如400℃的处理温度兼容。特定实施例可包括电容壁传感器、芯片上热传感器和/或基板(诸如陶瓷基板)上的传感器。

为了提供背景，与其他腔室壁监测方法(例如，光学、压电、RF阻抗等)相比，本文公开的传感器和传感器位置使电容变化(以及可选地，温度)的测量能够与条件(诸如，在处理配方的每一操作中的壁沉积或清洁)直接相关，以用于ICC优化或对腔室陈化，以及使预防性维护(PM)频率(例如，2倍以上的减低))最小化。实施例还可使得能够预测处理稳定性或漂移以显著改善生产率和产量。

一些实施例涉及两种感测技术实施的组合：电容传感器和热传感器，例如，用于具有高敏感度和实时测量的腔室壁条件监测。涉及基板上传感器的实施例可被实施为不仅提供传感器模块小型化和信号完整性的好处，而且还提供稳健的装置效能以及可靠性。数据同步方案以及处理算法可使得能够直接反馈给处理控制。

在一些实施例中，本文所述的腔室内传感器可用于测量副产物累积、优化ICC例程、识别偏离和/或提供更快的PM回复。一些实施例使得在当前技术方法不能执行温度测量的位置中能够进行温度测量。本文描述的实施例的实施可使得能够进行腔室匹配、陈化程序的优化、偏离的识别、颗粒生成预测、处理性能预测(例如，蚀刻率和蚀刻非均匀性等)、PM预测、用于环位置补偿的环腐蚀预测、处理偏离预测、壁吸收和解吸的测量、半导体代工厂偏离检测和/或混合批次的腔室基线监测。

本文描述的实施例可涉及用于传感器数据的数据同步。在一个实施例中，本文描述的数据同步方法可被实施以将传感器数据(例如壁传感器数据)与具有预定义集成时间的处理信息(诸如处理配方操作)关联。在特定的此类实施例中，预定义集成时间在例如20ms、50ms、100ms等的尺度上。在一个实施例中，本文所述的数据同步方法可被实施以将传感器数据(诸如壁传感器数据)与其他原位传感器数据(例如，光学发射光谱(OES)数据、压力数据、气体流量数据、温度数据、射频(RF)数据等)关联。在一个实施例中，本文描述的数据同步方法可被实施以使得能够从壁(或其他位置)传感器自动提取数据以用于处理表征和处理开发。在一个实施例中，本文描述的数据同步方法可被实施以使得能够使用壁传感器来建立新的计量技术，以用于处理控制和监测。

为了比较的目的，图1是图示了常规等离子体腔室监测系统100的示意图。参考图1，系统100包括电容传感器模块102，电容传感器模块102具有通过内部连接108耦合至专用电子装置106的电容传感器104。专用电子装置106包括存储器卡110，诸如SD卡。传感器数据通过手动程序114递送到离线个人计算机112。用户接口116通过路径118耦合至离线个人计算机112。

再次大致参考图1，常规等离子体腔室监测系统100的每个控制器组件仅支撑一个电容传感器。数据被捕获并本地地存储在可移除介质上。没有到处理控制服务器的连接。同样，数据被手动移动到处理控制服务器以进行离线分析。

与图1相反，图2A是根据本公开的实施例图示了等离子体腔室监测系统200的示意图。参考图2A，系统200通过对应的内部连接208A、208B、208C或208D将多个电容传感器(例如，示出为204A、204B、204C和204D的示例性四个传感器)耦合至专用电子装置206。专用电子装置206通过内部连接212(诸如etherCAT线路)耦合至服务器210。

再次大致参考图2A，在实施例中，等离子体腔室监测系统200的每个控制器组件支撑多个电容传感器。数据被捕获并例如在etherCAT上实时传送到处理服务器。系统200使电容传感器数据能够实现与处理配方信息和/或其他系统传感器的处理配方同步。在一个实施例中，数据从传感器流式传送到数据服务器。在一个实施例中，存在到外部电子装置控制器和对应的数据处理单元的接口(例如，etherCAT)。在一个实施例中，将传感器数据关联到处理信息。在一个实施例中，系统200可使得能够进行或执行操作，诸如数据提取、数据处理和/或数据分析。

系统200也可执行和控制传感器状态。在实施例中，数据服务器能够调节和准备好(prime)传感器以初始化传感器、重新设置传感器和/或主动补偿传感器漂移。在实施例中，数据服务器能够执行数据处理，诸如数据去噪和回归、参数提取、和数据建模。数据服务器也可通过算法来实施，所述算法用于使用传感器进行机器学习以预测和监测处理和腔室性能。

图2B是根据本公开的另一实施例图示了等离子体腔室监测系统250的示意图。

参考图2B，等离子体腔室监测系统250包括具有电容数字转换器(CDC)的多个电容传感器(在所示出的示例中，四个传感器被图示为254A、254B、254C和254D；然而，可使用任何合适数量的传感器)。CDC的输出是任何格式的数字数据串流，例如I2C、SPI、或UART。等离子体腔室监测系统250还可包括经由电子装置插件模块(EPM)260耦合至电容数字转换器输出的应用处理服务器276。应用处理服务器276包括系统软件。EPM 260包括耦合至电容传感器254A、254B、254C和254D的CDC的多个输出的绝缘接口262、耦合266至绝缘接口262的电源265、耦合270至绝缘接口262的现场可编程门阵列(FPGA)固件268以及耦合274至现场可编程门阵列固件268的专用集成电路(ASIC)272。

在一个实施例中，EPM 260的专用集成电路272是etherCAT专用集成电路。在一个此类实施例中，etherCAT专用集成电路同时提供系统软件的无缝集成和对多个电容传感器254A、254B、254C和254D中的多个电容传感器的控制。在另一此类实施例中，etherCAT专用集成电路初始化并且校准多个电容传感器254A、254B、254C和254D中的各个电容传感器。在一个实施例中，EPM 260的专用集成电路272通过etherCAT连接耦合278至应用处理服务器276。

在一个实施例中，应用处理服务器276将来自多个电容传感器254A、254B、254C和254D的电容传感器数据与处理配方同步。在一个实施例中，EPM 260的现场可编程门阵列固件268提供确定性时序以及与多个电容传感器254A、254B、254C和254D中的多个电容传感器同时通信。

在一个实施例中，多个电容传感器254A、254B、254C和254D中的各个电容传感器并联耦合至EPM 260的绝缘接口262，如所描绘。在一个实施例中，多个电容传感器254A、254B、254C和254D中的各个电容传感器各自通过包括内部集成电路总线(I2C、SPI、UART等)和电源线路的内部连接耦合至EPM 260的绝缘接口262。

再次大致参考图2B，在实施例中，等离子体腔室监测系统250的应用处理服务器将电容传感器资料与处理配方和其他系统传感器同步以改善晶片上的结果。在实施例中，etherCAT装置定义被定制以同时确保无缝的系统软件集成和对多个电容传感器的控制。在实施例中，ECAT ASIC上的定制固件初始化并且校准电容传感器，以递送快速的集成时间、高精度和可重复的测量。在实施例中，定制固件能够监测传感器漂移(电容漂移、温度漂移)作为反馈，并使用预定算法补偿传感器偏移以重新设置传感器。在实施例中，定制FPGA固件使得能够实现确定性时序和与多个电容传感器同时通信。在实施例中，功率分配和绝缘设计确保了电容传感器模拟测量的高信噪比(SNR)和数据通信稳健性。

在另一方面中，描述了用于与传感器模块对接的连接器。所述连接器可将功率从EPM路由到传感器。所述连接器可在传感器与EPM之间提供共享接地。所述连接器可提供从传感器到EPM的数据流。所述连接器可使传感器数据计时同步。所述连接器可用于提供硬件射频(RF)地表接地。

作为示例性连接器，图3根据本公开的实施例图示了用于等离子体腔室监测系统的内部连接300。

参考图3，内部连接300包括用于耦合至电容传感器模块302的电容数字转换器的第一连接器306、用于耦合至EPM 310和外部电源312(诸如5V DC电源)的第二连接器308、以及耦合至第一连接器306和第二连接器308并且在第一连接器306与第二连接器308之间的屏蔽线缆304。屏蔽线缆304包括屏蔽金属件328，例如用于将位置330处的内部连接300物理地连接到等离子体腔室的框架。屏蔽线缆304包括容纳在屏蔽金属件328内的电源线路(从326A至326B的线路)、容纳在屏蔽金属件328内的接地线路(从324A至324B的线路)、和容纳在屏蔽金属件328内的一个或多个通信线路322(示出为两个)。

在一个实施例中，容纳在屏蔽金属件328内的电源线路(从326A至326B的线路)为3至4伏特的电源线路。在一个实施例中，容纳在屏蔽金属件328内的一个或多个通信线路322中的每一者是数据总线(I2C、SPI、或UART)或包括数据总线(I2C、SPI、或UART)。在一个实施例中，容纳在屏蔽金属件328内的接地线路(从324A至324B的线路)提供用于电容传感器模块302和电子装置310的共享接地。在一个实施例中，容纳在屏蔽金属件328内的一个或多个通信线路322使传感器数据计时同步。

在另一方面中，描述了硬件实施。作为示例性实施，图4是根据本公开的另一实施例图示了等离子体腔室监测硬件400的示意图。

参考图4，等离子体腔室监测硬件400包括传感器ASIC 402(诸如壁传感器ASIC)、应用印刷电路板(PCB)404和包括装置407的etherCAT主机406。传感器ASIC 402在PCB 404上耦合410/412至一个(或多个)连接器408。所述一个(或多个)连接器408在PCB 404上耦合416/418至电源414。电源414耦合至电源420(例如24V源)，电源420耦合至接地422。PCB 404包括绝缘屏障424。电源414耦合428至绝缘屏障424的绝缘体426。绝缘体426耦合432至绝缘屏障424上的一个或多个应用集成电路430。第二PCB 434被包括在应用PCB 404的绝缘屏障424中。第二PCB 434包括etherCAT ASIC 436、FPGA 438、和绝缘体440。绝缘屏障424的一个或多个应用集成电路430耦合437至第二PCB 434的绝缘体440。etherCAT ASIC 436耦合442至第二PCB 434的绝缘体440，并且耦合444至FPGA 438。FPGA 438还耦合446至第二PCB 434的绝缘体440。电源448耦合至第二PCB 434的绝缘体440。第二PCB 434还包括耦合454至etherCAT ASIC 436的etherCAT连接器452。第二PCB的etherCAT连接器452耦合至etherCAT主机406，并且还可耦合460至应用PCB 404上的附加etherCAT连接器458。若包括的话，附加etherCAT连接器458可耦合462至etherCAT主机406，如所描绘的。

再次大致参考图4，在实施例中，etherCAT插件模块包括到具有连接器的传感器的接口，所述连接器具有I2C或串联外围接口(SPI)。在实施例中，硬件向一个或多个传感器提供电源。在实施例中，包括FPGA和ASIC以用于数据流式传送和数据提取控制。在实施例中，硬件包括用于传感器操作配置和信道分配的固件实施。在实施例中，硬件包括etherCAT(ECAT)处理单元。在实施例中，硬件包括到ECAT主机的连接器。在实施例中，硬件提供了用于将RF噪声最小化的接地方案。

在本文所述的系统或硬件实施的实施例中，基本配置可包括以下项中的一者或多者：(1信道配置和重新配置，其包括多信道能力，(2)每个传感器可单独操作或所有传感器可绑在一起，这可取决于或受控于软件命令，和/或(3)输入/输出信道重新配置，其包括(例如，用于外热传感器的)温度信道控制、时钟(CLK)控制(例如，双转换时间)和/或电容器转换时间控制。

在本文所述的软件实施的实施例中，需求可包括以下项中的一者或多者：(1)从传感器到数据服务器的数据流式传送，服务器上的传感器数据收集，与过程序列的相关性以及传感器与制造处理的同步，(2)数据处理和参数提取，可包括数据过滤(例如，传感器数据过滤和去噪)，传感器数据回归建模，传感器参数提取，和处理报告生成，(3)传感器操作控制，具有(a)启动操作模式，可重新设置功率循环的插入式传感器，提供传感器初始化，读取数据并验证传感器状态，和/或输出电容(pF)和温度(度)值，(b)生产模式，可在处理配方开始之前与配方、流电容和温度数据的同步(例如，以提供数据缓冲时间)，提供与处理配方时间一致的时间戳，和/或使得能够进行工具闲置期间的数据收集；(c)工程模式，可手动确定数据流和数据记录；(d)执行校准和/或偏移校正；(e)补偿寄生电容(例如，通过系统偏移校准和/或增益系数校准)，(f)效应漂移补偿(归零)，和/或(g)通过数据流式传送和存储来执行数据收集。

根据本文描述的一个或多个实施例，传感器产生两种类型的迹线：电容和温度。在一个实施例中，针对工程用例，将电容和温度两者的原始数据在服务器中被保存为未经修改。在处理期间，数据收集与过程序列同步。可在闲置状态期间执行数据收集。闲置状态期间的数据流可用作电容传感器的基线以用于校准、补偿、和重新设置。此外，闲置状态期间的数据流也用于监测腔室基线条件以及检测腔室中的偏离。数据被进一步处理和报告。在一个实施例中，针对生产用例，保存温度迹线。也处理了温度迹线并且处理了电容迹线。

根据本文描述的一个或多个实施例，数据处理(诸如过滤和去噪)涉及(1)移动平均(N～2)计算，其可基于以下等式：

和/或(2)(多个)参数提取，可包括回归建模，数据提取和过滤(来自传感器模块)，数据报告生成(电容对时间/处理操作)，和/或温度数据的使用(对时间/处理操作)。

根据本文所述的一个或多个实施例，数据处理流(可包括数据处理算法的使用)可涉及(1)数据(电容和温度)流和状态(诸如等离子体关闭、等离子体开启、和闲置状态)收集；(2)通过配方(例如，等离子体关闭)和/或通过去噪处理(例如，移动平均)进行的数据过滤；(3)数据拟合，可涉及使用回归模型、模型拟合、参数提取、和/或数据输出算法，和/或(4)用于处理控制的处理反馈。

在另一方面中，基于示例性数据集来描述用于电容传感器数据(在一些实施例中，也可包括温度数据)的数据集成的示例性实施。

图5A是根据本公开的实施例的包括用于温度502和电容504的信号数据的电容和温度数据的曲线图500。曲线图500的电容和温度数据可以是提供给服务器的原始电容和温度数据。

图5B是根据本公开的实施例的在过滤操作之后的曲线图500的电容和温度数据的曲线图520。曲线图520的电容和温度数据包括温度数据502和经去噪的电容数据522。所得的过滤迹线可基于RF功率设定点。

图5C是根据本公开的实施例的在数据处理和拟合之后的曲线图520的电容和温度数据的曲线图540。在一个实施例中，可使用先前可应用的模型来拟合各个电容和温度迹线。可通过以下方式来输出数据：将从迹线提取的参数与配方操作相关联，记录拟合参数与相关联的处理配方操作，和/或通过生成数据曲线图(例如，所提取的参数对处理时间或操作)。可通过监测针对异常值检测、漂移、蚀刻率(ER)/处理控制(PC)/其他传感器数据等的上述参数来实施处理反馈控制。数据可被用于提供用于等离子体处理腔室的壁清洁/脏污状态的视觉指示器。

图6是根据本公开的实施例的电容参数定义的曲线图600。参考图6，在实施例中，电容数据是等离子体何时关闭，例如，数据606在从等离子体关闭事件602到等离子体开启事件604的范围中。在等离子体事件之间提取迹线(诸如606)，如配方设定点所定义的。迹线数据处理和参数被提取。所提取的参数可与先前的步骤/配方/操作相关联。在一个实施例中，迹线长度＝tw-to，其中xs＜迹线长度＜ys。若迹线长度小于xs，则将其忽略。若迹线长度大于ys，则可将其截短以仅包括第一ys。

在实施例中，电容参数提取/回归模型可包括一阶参数：电容基线：C基；电容改变：ΔCi＝C_inf-C基；等离子体关闭期间的电容漂移：ΔCoff＝C_o-C_inf；等离子体关闭期间的平均电容(例如，用于确定沉积/清洁量)：C_ave＝mean[C_o:C_w]-C基，其中记录了ΔC、C_ave。

图7A是根据本公开的实施例的高阶回归拟合(诸如二次拟合702和指数拟合704)的曲线图700。回归处理可涉及(1)通过回归处理提取拟合参数，(2)从拟合参数推导Co、t、和Cinf，以及(3)记录Co、t、Cinf和R2。

图7B是根据本公开的实施例的来自温度参数提取/回归模型的示例性数据的曲线图750。温度参数提取/回归处理可涉及(1)提取对应于与上面定义的电容迹线相同时间的温度迹线：迹线长度(756，排除部分758和760)＝tw；若迹线长度<zs，则忽略，但若迹线长度大于zs，则截短以仅包括第一zs，(2)使用线性模型拟合：温度＝M*时间+T_o，以及(3)记录M、To(752)和Tw(754)。

图8图示了根据本公开的实施例的包括一个或多个电容传感器的等离子体处理腔室的横截面视图。

参考图8，等离子体处理腔室800包括环绕处理区域811的腔室壁802。可在处理区域811中处理晶片或基板812。腔室盖804在腔室壁802上方，腔室盖804在处理区域811上方。腔室地板806在腔室壁802下方，腔室地板806在处理区域811下方。支撑基座808在处理区域811中(并且更具体地，可包括处理区域811中的支撑表面810)。支撑基座808在腔室盖804下方以及腔室底板806上方，并且被腔室壁804环绕。

再次参考图8，在实施例中，腔室壁804具有穿过腔室壁804的开口。电容传感器模块816在腔室壁804的开口中。在另一实施例中，腔室盖804包括电容传感器模块814。在另一实施例中，腔室地板806包括排气端口。电容传感器模块820在排气端口内或与排气端口相邻。在另一实施例中，支撑基座包括环绕基板支撑区域的环结构(例如，在位置818处)。环结构包括穿过所述环结构的开口。电容传感器模块在环结构的开口中。在实施例中，等离子体处理腔室800包括以下项中的一者或多者：在腔室壁804的开口中的电容传感器模块816、在腔室盖804中的电容传感器模块814、在腔室地板806的排气端口820内或与所述排气端口820相邻的电容传感器模块、和/或在环结构的开口中的电容传感器模块，例如在位置818处。

图9是图示根据本公开的实施例的电容传感器的横截面视图的示意图。

参考图9，电容传感器模块900包括驱动电极904和感测电极902。在驱动电极904与感测电极902之间的材料906的测量电容908可随着材料906的成分、厚度等的改变或变化而变化。在一个实施例中，材料906表示用于沉积在处理腔室中的晶片或基板上的材料。尽管目的是移除/排除未沉积在晶片或基板上的此类过量的材料906，材料906中的一些材料906可累积在处理腔室中，并且最终累积在处理腔室中的电容传感器模块900上。在另一实施例中，在一个实施例中，材料906表示在处理腔室中蚀刻晶片或基板时形成的蚀刻副产物。尽管目的是移除/排除此类蚀刻副产物906，蚀刻副产物906中的一些蚀刻副产物906可累积在处理腔室中，并且最终累积在处理腔室中的电容传感器模块900上。

传感器系统可包括传感器模块、接口电子装置、控制器、以及与腔室数据服务器的集成，以用于处理控制和数据/处理同步。作为示例，图10是根据本公开的实施例图示了包括具有电容传感器的传感器模块的传感器系统的示意图。

参考图10，传感器系统包括耦合至控制器1004的传感器模块1002，控制器1004进而耦合至用户界面1006。传感器模块1002包括电容传感器(示意性示出为1010，或结构上示出为1020)。电容传感器1010耦合至电容数字转换器(CDC)接口电路1012。在模块1002内部的通信可以沿着路径1014A从电容传感器1010到CDC接口电路1012，和/或可以沿着路径1014B从CDC接口电路1012到电容传感器1010。在模块1002外部的通信可以沿着CDC接口电路1012与控制器1004之间的路径1016A和1016B。控制器1004可通过Vdd 1018耦合至CDC接口电路1012。

再次参考图10，示出了根据实施例的传感器1020的横截面视图。在实施例中，传感器1020包括基板1022，其中电极1024设置在基板1022上。在实施例中，电极1024是可与微电子处理操作兼容的导电材料或包括可与微电子处理操作兼容的导电材料。例如，用于电极1024的材料可包括但不限于铝、钼、钨、钛、镍、铬、和它们的合金。

在实施例中，电极1024通过穿过基板1022的导电路径1028电耦合至基板1022背侧上的垫1030。例如，导电路径1028可包括一个或多个通孔、迹线等。在实施例中，嵌入基板1022中的导电路径1028包括导电材料，诸如但不限于钨、钼、钛、钽、它们的合金等。在实施例中，垫1030包括材料，诸如但不限于钛、镍、钯、铜等。在一些实施例中，垫1030是多层堆叠以改善与CDC的集成。例如，垫1030可包括堆叠，诸如钛/镍/钯、钛/铜/钯、或通常用于内部连接垫的其他材料堆叠。

在实施例中，电极1024和基板1022的顶部表面被层1026(例如，屏障层)覆盖。在实施例中，覆盖层1026是耐等离子体化学物质攻击或腐蚀并限制扩散的材料。在蚀刻腔室的特定情况下，使用的常见蚀刻剂为氟。这样，在所述条件下使用的层1026应当是耐氟蚀刻剂。在用于蚀刻的等离子体腔室的特定实施例中，层1022可包括以下项中的一者或多者：金属氧化物、金属氟化物、和金属氟氧化物。层1022可包括材料，例如但不限于氧化铝、氧化镁、氟氧化钇、氟氧化锆钇、氧化铝钇、或氧化铪。

在实施例中，基板1022包括耐处理腔室内的处理条件(例如，蚀刻条件)的合适基板材料。基板1022可以是陶瓷材料、玻璃、或其他绝缘材料。在一些实施例中，基板1022是柔性基板，诸如聚合物材料。例如，基板1022可包括材料，诸如但不限于硅、氧化硅、氧化铝、氮化铝、塑料、或其他绝缘材料。为了允许制造大批量的传感器，基板1022可以是与大批量制造(HVM)处理可兼容的材料。即，基板1022可以是以面板形式、晶片形式等可用的材料。

根据本公开的实施例，电容传感器和热传感器二者被集成(嵌入)到一个传感器模块中。在一个此类实施例中，壁传感器模块包括电容传感器、CDC和热传感器以及将电容传感器、CDC和热传感器组装在一起的壳体单元。

再次参考图10，在实施例中，热传感器设置在基板1022上。例如，热传感器可形成在基板1022的背侧表面上方(即，在与电极1024相对的表面上)。热传感器可包括任何合适的感测技术。例如，热传感器可包括多个迹线以形成电阻温度检测器(RTD)。然而，应理解，可使用其他热传感器，诸如但不限于热电耦(TC)传感器、或热敏电阻(TR)传感器、或光学热传感器。在一个实施例中，热传感器直接集成在基板1022上。然而，应理解，在一些实施例中，可将包括热传感器的分立部件安装到基板1022。在其他实施例中，可将热传感器集成到附接到传感器1020的CDC中。

根据本公开的一个或多个实施例，集成用于等离子体腔室条件监测的数据的方法包括将数据从电容传感器模块流式传送到数据服务器。数据包括电容数据和温度数据。所述方法还包括在应用处理服务器上收集资料。所述方法还包括将数据关联至一个或多个处理配方操作。所述方法还包括使电容传感器模块与一个或多个处理配方操作同步。

在实施例中，集成用于等离子体腔室条件监测的数据的方法进一步包括：在应用处理服务器上收集数据之后并且在将数据关联至一个或多个处理配方操作之前，执行数据处理和参数提取。在一个此类实施例中，执行数据处理包括将数据过滤并且将数据去噪。在特定的此类实施例中，将数据过滤并且将数据去噪包括使用移动平均方法。在另一此类实施例中，执行数据处理和参数提取包括将数据回归建模。

在实施例中，集成用于等离子体腔室条件监测的数据的方法进一步包括：使用电容传感器模块来监测一个或多个处理配方操作的一个或多个参数。在一个此类实施例中，所述方法进一步包括：基于使用电容传感器模块对一个或多个处理配方操作的一个或多个参数的监测，确定等离子体腔室的清洁/脏污状态。

壁/盖传感器解决方案

以下是示例性参数和对应的(a)重要性，(b)解决方案和(c)益处/使用。

壁和盖的温度：(a)第一(多个)晶片效应(关键尺寸(CD)和蚀刻率(ER))、颗粒、热膨胀系数(CTE)；(b)传感器背面上的温度计；(c)原位温度的准确测量。ICC可被触发以使壁/盖达到目标温度。

腔室条件：(a)第一晶片效应、长期的ER/CD漂移、预防性维护(PM)恢复、处理的逐步稳定性；(b)直接检测沉积和移除、除气监测；(c)在每个晶片/ICC和每个步骤之后监测腔室条件、处理稳定性、降低的PM、更快的时间以标识和解决漂移问题。

偏离检测(例如，回流)：(a)未知的产量不利因素、处理偏移；(b)持续地测量，可检测腔室条件中的移位；(c)检测残留物质的吸收和解吸。

混合运行(更多/更少的副产物)：(a)影响腔室条件；(b)直接检测沉积和所述沉积的移除；(c)监测腔室壁条件以用于最佳配方或批次顺序，以将处理串扰最小化。

ICC优化：(a)处理腔室(PC)/ER/CD的稳定性；(b)直接检测沉积和所述沉积的移除；(c)检测效率低的ICC并原地开发最佳ICC配方，监测衬里/腔室壁条件以用于优化进行蚀刻(例如，基于BCl3/Cl2的蚀刻)处理的腔室壁/衬里的表面保护。

电容传感器解决方案

以下是示例性参数和对应的(a)重要性，(b)解决方案和(c)益处/使用。

在单个环上的沉积：(a)颗粒；(b)将帽传感器安装到单个环中；(c)开发更有效的不带试件的ICC，端点定期清洁。

单个环腐蚀监测器：(a)环腐蚀；(c)确定何时需要更换环，辅助自动设置环高度。

由产品监测器进行的RF开启：(a)捕捉端点检测(EPD)的附加方法，颗粒；(b)将帽传感器安装在SFV附近的下腔室中；(c)检测蚀刻何时冲透一层膜到下一层膜中，确定下腔室中的副产物。

零件的磨损率(断裂时间)：(a)快速确定处理改变对MTBC的影响；(b)开发安装在特定位置中的零件上的制成的腔室材料的传感器；(c)快速确定处理改变对零件的影响以计算MTBC。

残留化学反应传感器(在晶片上)：(a)排队时间；(b)将传感器建立到测试晶片中以测量处理后的化学反应；(c)理解排队时间和处理优化以降低/消除残留的化学反应。

PVD/CVD/ALD腔室壁：(a)腔室壁的清洁和陈化；(b)将传感器安装在特定位置上以监测壁条件；(c)腔室壁的原位监测。

案例研究

以下是示例性问题和对应的(a)影响，和(b)减轻或消除冲击的壁/盖传感器检测解决方案。

在一些空闲时间(由于故障或其他延迟)之后由于盖/壁温度而引起的CD影响：(a)1至3个晶片被报废；(b)传感器自动检测温度超出规定并调用升温程序。

未优化的升温程序：(a)丢失生产时间；(b)端点检测(EPD)升温/陈化程序。

回流事件(例如，后备泵故障)：(a)由于腔室条件移位而造成的晶片报废；(b)自动检测壁/盖条件的改变。

半导体代工厂偏离(例如，功率毛刺)：(a)晶片报废，重新鉴定，需要PM；(b)在不运行蚀刻率(ER)监测器的情况下确定哪个腔室有问题。

超过盖热预算的配方：(a)盖破损，晶片报废，需要PM；(b)如果盖温度超出规定，则为故障腔室。

未优化的ICC，监测晶片运行影响腔室条件：(a)更短的MTBC，延长的陈化，ICC，产量损失；(b)检测并监测壁/盖条件。

等离子体稳定性：(a)产量损失；(b)以高速(例如50hz)检测电容的变化。

从应用A转换到应用B：(a)过度/不足的陈化(例如，丢失的生产时间/第一晶片效应)；(b)确定腔室何时准备用于生产。

在实施例中，电容传感器组件(或传感器组件)包括传感器模块和传感器壳体组件。传感器模块可包括设置在基板上方的电容器(例如，第一电极和第二电极)。传感器模块还可包括电容至数字转换器(CDC)以用于将来自电容器的电容输出转换成为数字信号以用于后续处理。为了集成传感器模块与处理工具，可使用传感器壳体组件来容纳传感器模块。传感器壳体组件可包括将传感器模块固定在处理腔室内的特征，同时允许传感器模块的电容器暴露于处理环境。传感器壳体组件还可包括用于与穿过处理工具的腔室壁或腔室盖的端口对接的部件，以便允许实时捕获数据。

在特定实施例中，传感器壳体组件包括中空轴件和帽。传感器模块可通过帽被固定为抵靠轴件的端部。穿过帽的孔暴露了传感器模块的电容器。中空轴件允许来自传感器模块的内部连接(例如，电线、销等)受到保护而免受处理环境的影响，并被馈送到真空电馈通件以便在不破坏腔室真空的情况下离开腔室。

可通过对传感器壳体组件的各个部件进行修改和/或通过修改部件与腔室本身的对接方式来实施传感器模块的不同位置。例如，在腔室壁传感器的示例中，轴件可延伸穿过腔室壁中的端口，并且真空电馈通件可在腔室外部。在盖传感器的示例中，轴件可从盖延伸离开到腔室中，并且真空电馈通件可被嵌入盖中。在处理环传感器的示例中，轴件可从底部腔室表面向上延伸，并与与处理环相邻的等离子体网屏相交。在此类实施例中，真空电馈通件可定位在穿过底部腔室表面的端口内。在排气区域传感器的示例中，轴件可被插入通过穿过腔室壁的端口，并且真空电馈通件可在腔室壁外部。在一些实施例中，可绕着传感器壳体组件的部分装配适配器，以便沿着具有任何尺寸的端口提供气密密封。

在一些实施例中，传感器组件的部分可被视为可消耗部件。例如，可在一定时间段之后或在检测到显著的传感器漂移之后更换传感器模块。传感器壳体组件可轻松拆卸以允许简单更换。在特定实施例中，轴件可具有螺纹端以拧入附接到真空电馈通件的主壳体。这样，可通过将新的轴件拧到主壳体来移除并更换轴件和附接到所述轴件的其他部件(例如，帽和传感器模块)。在其他实施例中，整个传感器组件可被视为可消耗部件，并且可在一定时间段之后或在检测到显著的传感器漂移之后更换整个传感器组件。

在处理设备内提供电容传感器模块(诸如本文所述的那些电容传感器模块)允许在执行各种处理配方期间、在基板之间的转换期间、在清洁操作(例如，ICC操作)期间、在腔室验证期间、或在任何其他期望时间监测腔室条件。此外，本文公开的传感器模块的架构允许在许多不同位置中进行集成。所述灵活性允许同时监测处理设备的许多不同部件，以便提供增强的能力来决定腔室漂移的原因。例如，图11提供了图示了包括在各个位置中的电容传感器模块1111的集成的处理设备1100的示意图。

如图11中所示，处理设备1100可包括腔室1142。阴极衬里1145可环绕下电极1161。基板1105可固定到下电极1161。处理环1197可环绕基板1105，并且等离子体网屏1195可环绕处理环1197。在实施例中，盖组件1110可密封腔室1142。腔室1142可包括处理区域1102和排气区域1104。排气区域1104可接近排气端口1196。

在一些实施例中，侧壁传感器模块1111A可沿着腔室1142的侧壁定位。在一些实施例中，侧壁传感器模块1111A通过腔室1142的壁并且暴露于处理区域1102。在一些实施例中，盖传感器模块1111B与盖组件1110集成并且面向处理区域1102。在一些实施例中，将处理环传感器模块1111C定位为与处理环1197相邻。例如，处理环传感器模块1111C可与环绕处理环1197的等离子体网屏1195集成。在又一实施例中，排气区域传感器模块1111D可位于排气区域1104中。例如，排气区域传感器模块1111D可通过腔室1142的底部表面。如图所示，每个传感器模块1111包括离开腔室1142的电引线1199。因此，可使用传感器模块1111来实施实时监测。

在实施例中，侧壁传感器模块1111A在沿着腔室1142的侧面的位置1120A中。在一个实施例中，侧壁传感器模块1111A在横向地与下电极1161的基板1105支撑区域相邻的位置1122A中。在一个实施例中，侧壁传感器模块1111A在下电极1161的基板1105支撑区域与盖组件1110之间垂直的位置1124A中。在一个实施例中，侧壁传感器模块1111A在下电极1161的基板1105支撑区域与处理设备1100的地板之间垂直的位置1126A中。

在实施例中，盖传感器模块1111B在沿着盖组件1110的位置1120B中。在一个实施例中，盖传感器模块1111B在与下电极1161的基板1105支撑区域同轴的位置1122B中。在一个实施例中，盖传感器模块1111B在下电极1161的基板1105支撑区域上垂直的位置1124B中。在一个实施例中，盖传感器模块1111B在下电极1161的基板1105支撑区域外部的区域上方垂直的位置1126B中。

在实施例中，处理环传感器模块1111C在等离子体网屏1195的内周边中。在另一实施例中，处理环传感器模块1111C在等离子体网屏1195的外周边中。

在实施例中，排气区域传感器模块1111D在沿着腔室1142的底部表面的位置1120D中。在一个实施例中，排气区域传感器模块1111D在下电极1161的基板支撑区域外部的区域下方垂直的位置1122D中。在一个实施例中，排气区域传感器模块1111D在下电极1161的基板支撑区域下方垂直的位置1124D中。

在实施例中，一个或多个电容传感器模块1111进一步包括热传感器。在一个此类实施例中，电容传感器模块包括接近基板处理区域的电容传感器，并且包括远离基板处理区域的热传感器。在另一此类实施例中，电容传感器模块包括接近基板支撑区域的电容传感器，并且包括远离基板支撑区域的热传感器。

图12A是根据实施例图示了等离子体处理设备1200的示意性横截面视图，等离子体处理设备1200包括一个或多个传感器模块，例如本文所述的那些。等离子体处理设备1200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12A中所示，等离子体处理设备1200大体上包括共同地封围处理区域1202和排气区域1204的腔室盖组件1210、腔室主体组件1240、和排气组件1290。实际上，将处理气体引导进入处理区域1202并使用RF功率将处理气体点燃成为等离子体。基板1205被定位在基板支撑组件1260上并且暴露于在处理区域1202中生成的等离子体，以在基板1205上执行等离子体处理，诸如蚀刻、化学气相沉积、物理气相沉积、注入、等离子体退火、等离子体处理、减量、或其他等离子体处理。通过排气组件1290将真空保持在处理区域1202中，排气组件1290经由排气区域1204从等离子体处理移除了用过的处理气体和副产物。

盖组件1210通常包括与腔室主体组件1240隔离并由腔室主体组件1240支撑的上电极1212(或阳极)和封围上电极1212的腔室盖1214。上电极1212经由导电气体入口管道1226耦合至RF电源1203。导电气体入口管道1226与腔室主体组件1240的中心轴同轴，使得对称地提供RF功率和处理气体两者。上电极1212包括附接至传热板1218的喷头板1216。喷头板1216、传热板1218、和气体入口管道1226均由RF导电材料制成，诸如铝或不锈钢。

喷头板1216具有中心歧管1220和一个或多个外歧管1222以用于将处理气体分配到处理区域102中。一个或多个外歧管1222围绕中心歧管1220。中心歧管1220经由气体入口管道1226从气体源1206接收处理气体，并且外歧管1222经由气体入口管1227从气体源1206接收处理气体，所述处理气体可以是与中心歧管1220中接收的气体相同或不同的混合物。喷头板1216的双歧管配置允许将气体输送到处理区域1202中的改善的控制。多歧管的喷头板116相对于常规的单个歧管版本，能够增强对处理结果的中心到边缘控制。

传热流体穿过流体入口管1230从流体源1209输送到传热板1218。流体经由设置在传热板1218中的一个或多个流体通道1219而循环，并经由流体出口管道1231返回到流体源1209。合适的传热流体包括水、水基乙二醇混合物、全氟聚醚(例如，

流体)、油基传热流体、或类似流体。

腔室主体组件1240包括由耐处理环境的导电材料(例如，铝或不锈钢)制成的腔室主体1242。基板支撑组件1260居中地设置在腔室主体1242内，并且被定位为在对称地绕着中心轴(CA)的处理区域1202中支撑基板1205。基板支撑组件1260还可支撑环绕基板1205的处理环1297。腔室主体1242包括支撑上衬里组件1244的外凸缘的壁架。上衬里组件1244可由导电、处理可兼容材料(诸如铝、不锈钢、和/或氧化钇(例如，氧化钇涂覆的铝))构成。实际上，上衬里组件1244将腔室主体1242的上部分从处理区域1202中的等离子体屏蔽，并且可移除以允许定期清洁和维护。上衬里组件1244的内凸缘支撑上电极1212。绝缘体1213位于上衬里组件1244与上电极1212之间，以在腔室主体组件1240与上电极1212之间提供电绝缘。

上衬垫组件1244包括附接至内凸缘和外凸缘的外壁1247、底部壁1248、和内壁1249。外壁1247和内壁1249是基本上垂直的圆柱形壁。外壁1247被定位为将腔室主体1242从处理区域1202中的等离子体屏蔽，并且内壁1249被定位为至少部分地将基板支撑组件1260的侧面从处理区域1202中的等离子体屏蔽。除了在形成排气通路1289的某些区域中，底部壁1248连结内壁1249和外壁1247。

穿过设置在腔室主体1242中的狭缝阀隧道1241来接入处理区域1202，狭缝阀隧道1241允许基板1205进入基板支撑组件1260和/从基板支撑组件1260移除。上衬里组件1244具有设置从中穿过以匹配狭缝阀隧道1241的狭槽1250以允许基板1205从所述狭槽1250中穿过。在等离子体处理设备的操作期间，门组件(未示出)关闭狭缝阀隧道1241和狭槽1250。

基板支撑组件1260通常包括下电极1261(或阴极)和中空基座1262，中心轴(CA)穿过所述中空基座1262的中心，并且由设置在中心区域1256中并且由腔室主体1242支撑的中心支撑构件1257来支撑。中心轴(CA)也穿过中心支撑构件1257的中心。下电极1261通过匹配网络(未示出)和路由穿过中空基座1262的电缆(未示出)耦合至RF电源1203。当将RF功率供应至上电极1212和下电极1261时，在其间形成的电场将存在于处理区域1202中的处理气体点燃而成为等离子体。

(诸如通过紧固件和O形环(未示出))将中心支撑构件1257密封至腔室主体1242，并且(诸如通过波纹管1258)将下电极1261密封至中心支撑构件1257。因此，中心区域1256与处理区域1202密封并且中心区域1256可保持在大气压力下，同时处理区域1202保持在真空条件下。

致动组件1263被定位在中心区域1256内并且附接到腔室主体1242和/或中心支撑构件1257。致动组件1263提供下电极161相对于腔室主体142、中心支撑构件1257和上电极1212的垂直运动。下电极1261在处理区域1202内的此类垂直运动在下电极1261与上电极1212之间提供了可变的间隙而允许对在其间形成的电场的增加的控制，继而提供了对在处理区域1202中形成的等离子体中的密度的更好的控制。另外，由于基板1205由下电极1261支撑，基板1205和喷头板1216之间的间隙也可变化，造成对跨基板1205的处理气体分布更好的控制。

在一个实施例中，下电极1261是静电卡盘，并且因此包括设置在其中的一个或多个电极(未示出)。电压源(未示出)相对于基板1205偏置一个或多个电极以产生吸引力，以在处理期间将基板1205维持在原位。将一个或多个电极耦合到电压源的电缆被路由穿过中空基座1262并经由多个接入管道1280中的一者离开腔室主体1242。

图12B是腔室主体组件1240的辐条1291内的接入管1280的布局的示意描绘图。如图所示，辐条1291和接入管道1280绕着处理设备1200的中心轴(CA)以辐条图案对称地布置。在所示的实施例中，三个相同的接入管道1280设置穿过腔室主体1242到中心区域1256中，以便于将多个管道和电缆从腔室主体1242外部供应到下电极1261。辐条1291中的每一者与排气通路1289相邻，所述排气通路1289将中心区域1256上方的处理区域1202与中心区域1256下方的排气区域1204流体耦合。接入管道1280的对称布置进一步在腔室主体1242中(特别是在处理区域1202中)提供电和热对称性，以便允许在处理区域1202中形成更均匀的等离子体，并在处理期间改善对基板1205表面上的等离子体密度的控制。

类似地，绕着中心轴(CA)对称地将排气通路1289定位在上衬里组件1244中。排气通路1289允许气体从处理区域1202穿过排气区域1204排气，并穿过排气端口1296离开腔室主体1242。排气端口1296绕着腔室主体组件1240的中心轴(CA)居中，使得气体均匀地穿过排气通路1289抽出。

再次参考图12A，将导电的网状衬里1295定位在上衬里组件1244上。网状衬垫1295可由导电的、处理可兼容材料(诸如铝、不锈钢、和/或氧化钇(例如，氧化钇涂覆的铝))构成。网状衬里1295可具有从中穿过形成的多个孔径(未示出)。可绕着网状衬里1295的中心轴对称地定位孔径，以允许排放气体均匀地从中抽出，进而促进处理区域1202中均匀的等离子体形成，以及允许对处理区域1202中的等离子体密度和气体流动更好的控制。在一个实施例中，网状衬里1295的中心轴与腔室主体组件1240的中心轴(CA)对齐。

网状衬里1295可电耦合到上衬里组件1244。当RF等离子体存在于处理区域1202存时，寻求至地面的返回路径的RF电流可沿着网状衬里1295的表面行进至上衬里组件1244的外壁1247。因此，网状衬里1295的环形对称配置提供了到地面的对称RF返回并绕过上衬里组件1244的任何几何非对称。

在一实施例中，一个或多个传感器模块可位于整个处理设备1200的各个位置处。例如，传感器模块(或传感器模块的一部分)可位于一个或多个位置中，诸如但不限于沿着腔室1242的侧壁、在排气区域1204中、与处理环1297相邻(例如，集成到网状衬里1295中)、或与盖组件1210集成。由此，可由处理设备1200确定多个位置中的各种腔室条件的检测。可使用由一个或多个传感器模块供应的腔室条件以修改一个或多个参数，例如，处理配方参数、用于处理设备1200的清洁过程、部件更换确定等。

在实施例中，处理设备1200包括腔室壁电容传感器模块，例如在位置1299A处。在实施例中，处理设备1200包括腔室盖电容传感器模块，例如在位置1299B处。在实施例中，处理设备1200包括在排气端口内或与排气端口相邻的腔室地板或排气端口电容传感器模块，例如在位置1299D处。在一实施例中，处理设备1200包括环结构电容传感器模块，例如在位置1299C处。

在实施例中，处理设备1200包括两个或更多个不同的电容传感器，所述电容传感器选自由以下模块组成的群组：腔室壁电容传感器模块、腔室盖电容传感器模块、腔室地板或排气端口电容传感器模块、环结构电容传感器模块。在实施例中，处理设备1200包括两个或更多个相同的电容传感器，所述电容传感器选自由以下模块组成的群组：腔室壁电容传感器模块、腔室盖电容传感器模块、腔室地板或排气端口电容传感器模块、环结构电容传感器模块。

在实施例中，腔室壁电容传感器模块、腔室盖电容传感器模块、腔室地板或排气端口电容传感器模块、和/或环结构电容传感器模块中的一者或多者进一步包括热传感器。在一个实施例中，此类腔室壁电容传感器模块、腔室盖电容传感器模块、或腔室地板或排气端口电容传感器模块包括接近处理区域1202的电容传感器，并且包括远离处理区域1202的热传感器。在一个实施例中，环结构电容传感器模块包括接近基板1205支撑区域的电容传感器，并且包括远离基板1205支撑区域的热传感器。

尽管图12A和12B中的处理设备1200提供可受益于包括例如本文所公开的传感器模块的工具的特定示例，应理解，实施例不限于图12A和图12B的特定构造。即，许多不同的等离子体腔室构造(诸如但不限于微电子制造工业中使用的等离子体腔室构造)也可受益于传感器模块的集成，诸如本文所公开的。

例如，图13是根据本公开的实施例的可包括一个或多个电容传感器模块(诸如上述的那些)的处理设备1300的横截面视图。等离子体处理设备100可为等离子体蚀刻腔室、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。

处理设备1300包括接地的腔室1342。在一些情况下，腔室1342也可包括衬里(未示出)以保护腔室1342的内部表面。腔室1342可包括处理区域1302和排气区域1304。可使用盖组件1310来密封腔室1342。处理气体从一个或多个气体源1306穿过质量流量控制器1349供应到盖组件1310并到腔室1305中。接近排气区域1304的排气端口1396可在腔室1342内保持期望的压力，并且从腔室1342中的处理移除副产物。

盖组件1310通常包括上电极，所述上电极包括喷头板1316和传热板1318。盖组件1310通过绝缘层1313与腔室1342隔离。上电极通过匹配(未示出)耦合到源RF发生器1303。源RF发生器1303可具有例如在100与180MHz之间的频率，例如在特定的实施例中，在162MHz的频带中。来自气体源1306的气体进入喷头板1316内的歧管1320，并穿过喷头板1316中的开口离开到腔室1342的处理区域1302中。在实施例中，传热板1318包括通道1319，传热流体穿过通道1319流动。喷头板1316和传热板1318由RF导电材料(诸如如铝或不锈钢)制成。在某些实施例中，提供气体喷嘴或其他合适的气体分配组件以用于将处理气体分配到腔室1342中，以代替喷头板1316(或除了喷头板1316之外)。

处理区域1302可包括下电极1361，基板1305固定在下电极1361上。环绕基板1305的处理环1397的部分也可由下电极1361支撑。基板1305可穿过穿过腔室1342的狭缝阀隧道1341插入腔室1342(或从腔室1342抽出)。为了简化，省略了用于狭缝阀隧道1341的门。下电极1361可以是静电卡盘。下电极1361可由支撑构件1357支撑。在实施例中，下电极1361可包括多个加热区，每个区可独立控制温度设定点。例如，下电极1361可包括接近基板1305的中心的第一热区和接近基板1305的周的第二热区。偏置功率RF发生器1325通过匹配1327耦合到下电极1361。若需要，偏置功率RF发生器1325提供偏置功率以对等离子体通电。偏置功率RF发生器1325可具有例如约2MHz至60MHz之间的低频，且在特定实施例中，在13.56MHz频带中。

在实施例中，一个或多个传感器模块可位于整个处理设备1300的各个位置处。例如，传感器模块(或传感器模块的一部分)可位于一个或多个位置中，诸如但不限于沿着腔室1342的侧壁的位置1399A处、靠近或在排气区域1304中的位置1399D处、与处理环1397相邻或在处理环1397内的位置1399C处、和/或与盖组件1310整合的例如位置1399B处。据此，可由处理设备1300确定多个位置中的各种腔室条件的检测。可使用由一个或多个传感器模块供应的腔室条件以修改一个或更多个参数，例如，处理配方参数、用于处理设备1300的清洁过程、部件更换确定等。

现在参考图14，根据实施例图示了处理工具的示例性的计算机系统1460的框图。在实施例中，计算机系统1460耦合值处理工具并且控制处理工具中的处理。计算机系统1460可通信地耦合到一个或多个传感器模块，例如本文所公开的那些。计算机系统1460可利用来自一个或多个传感器模块的输出，以便修改一个或多个参数，例如，处理配方参数、用于处理工具的清洁过程、部件更换确定等。

计算机系统1460可连接(例如，网络连接)至局域网(LAN)、内联网、外联网或因特网中的其他机器。计算机系统1460可在客户端-服务器网络环境中以服务器或客户端机器的能力操作，或作为对等(或分布式)网络环境中的对等机器操作。计算机系统1460可为个人计算机(PC)、平板计算机、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、网络应用设备、服务器、网络路由器、交换器或桥、或任何能够(依序或以其他方式)执行指令集的机器以指定所述机器要采取的动作。此外，尽管仅针对计算机系统1460示出了单个机器，术语“机器”也应被视为包含单独地或联合地执行一个(或多个)指令集以执行本文描述的任何一个或多个方法的任何机器(例如，计算机)的集合。

计算机系统1460可包含计算机程序产品，或软件1422，具有存储于上的指令的非瞬态机器可读取介质，可使用所述指令以对计算机系统1460(或其他电子装置)进行编程以执行根据实施例执行处理。机器可读介质包含用于以机器(例如，计算机)可读形式存储或传送信息的任何机制。例如，机器可读(例如，计算机可读取)介质包含机器(例如，计算机)可读存储介质(例如，只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存装置等)、机器(例如，计算机)可读传输介质(电、光、声或其他形式的传播信号(例如，红外光信号、数字信号等))等。

在实施例中，计算机系统1460包含彼此经由总线1430通信的系统处理器1402、主存储器1404(例如，只读存储器(ROM)、闪存、诸如同步DRAM(SDRAM)或Rambus DRAM(RDRAM)的动态随机存取存储器(DRAM)等)、静态存储器1406(例如，闪存、静态随机存取存储器(SRAM)等)和辅助存储器1418(例如，数据存储装置)。

系统处理器1402表示一个或多个通用处理装置，诸如微系统处理器、中心处理单元等。更具体地，系统处理器可以是复杂指令集计算(CISC)微系统处理器、精简指令集计算(RISC)微系统处理器、超长指令字(VLIW)微系统处理器、实现其他指令集的系统处理器、或实现指令集的组合的系统处理器。系统处理器1402也可为一个或更多个特殊用途处理装置，例如特定应用集成电路(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。系统处理器1402被配置成执行处理逻辑1426以用于执行本文描述的操作。

计算机系统1460可进一步包含用于与其他装置或机器通信的系统网络接口装置1408。计算机系统1460还可包含视信显示单元1410(例如，液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器(LED)、或阴极射线管(CRT))、字母数字输入设备1412(例如，键盘)、游标控制装置1414(例如，鼠标)和信号发生装置1416(例如，扬声器)。

辅助存储器1418可包括机器可存取存储介质1431(或更具体地，计算机可读存储介质)，其上存储了一个或多个指令集(例如，软件1422)，所述指令集实施本文描述的任何一个或多个方法或功能。软件1422也可在由计算机系统1460执行期间完全地或至少部分地驻留在主存储器1404内和/或系统处理器1402内，主存储器1404和系统处理器1402也构成机器可读取存储介质。可进一步经由系统网络接口装置1408在网络1461上传送或接收软件1422。在实施例中，网络接口装置1408可使用RF耦合、光学耦合、声耦合或电感耦合来操作。

尽管在示例性实施例中将机器可访问存储介质1431示出为单个介质，术语“机器可读存储介质”应当被视为包括单个介质或存储一个或多个指令集的多个介质(例如，集中式或分布式数据库和/或相关联的高速缓存和服务器)。术语“机器可读存储介质”也应被视为包括能够存储或编码指令集以供机器执行并且使机器执行方法中的任何一个或多个方法的的任何介质。据此，术语“机器可读存储介质”应被视为包括但不限于固态存储器，以及光学和磁性介质。

因此，本公开的实施例包括用于等离子体腔室条件监测的电容传感器和电容感测位置。

包括摘要中描述的内容，本公开的实施例的所示出的实施的以上描述并不旨在是穷举性的或将本公开限制为所公开的精确形式。尽管本文出于说明性目的描述了本公开的特定实施和示例，如本领域技术人员将理解的，在本公开的范围内进行各种等效修改是可能的。

可根据以上详细描述对本公开进行这些修改。在以下权利要求中使用的术语不应被诠释为将本公开限制为说明书和权利要求中公开的特定实施。而是，本公开的范围将完全由以下权利要求来确定，所述范围将根据权利要求解释的既定声明来诠释。

示例实施例1：一种等离子体腔室监测系统，包括：多个电容传感器，电容数字转换器和应用处理服务器，所述应用处理服务器耦合至所述电容数字转换器，所述应用处理服务器包括系统软件。所述电容数字转换器包括：绝缘接口，所述绝缘接口耦合至所述多个电容传感器；电源，所述电源耦合至所述绝缘接口；现场可编程门阵列固件，所述现场可编程门阵列固件耦合至所述绝缘接口；以及专用集成电路，所述专用集成电路耦合至所述现场可编程门阵列固件。

示例实施例2：示例实施例1的等离子体腔室监测系统，其中所述电容数字转换器的所述专用集成电路是etherCAT专用集成电路。

示例实施例3：示例实施例2的等离子体腔室监测系统，其中所述etherCAT专用集成电路同时提供所述系统软件的无缝集成以及对所述多个电容传感器中的多个电容传感器的控制。

示例实施例4：示例实施例2或3的等离子体腔室监测系统，其中所述etherCAT转用集成电路初始化并且校准所述多个电容传感器中的各个电容传感器。

示例实施例5：示例实施例1、2、3或4的等离子体腔室监测系统，其中所述应用处理服务器将来自所述多个电容传感器的电容传感器数据与处理配方同步。

示例实施例6：示例实施例1、2、3、4或5的等离子体腔室监测系统，其中所述电容数字转换器的所述现场可编程门阵列固件提供确定性时序以及与所述多个电容传感器中的多个电容传感器的同时通信。

示例实施例7：示例实施例1、2、3、4、5或6的等离子体腔室监测系统，其中所述多个电容传感器中的各个电容传感器并联耦合至所述电容数字转换器的所述绝缘接口。

示例实施例8：示例实施例1、2、3、4、5、6或7的等离子体腔室监测系统，其中所述多个电容传感器中的各个电容传感器各自通过内部连接来耦合至所述电容数字转换器的所述绝缘接口，所述内部连接包括内部集成电路总线和电源线路。

示例实施例9：示例实施例1、2、3、4、5、6、7或8的等离子体腔室监测系统，其中所述多个传感器中的一者或更多者位于等离子体腔室的腔室壁处。

示例实施例10：示例实施例1、2、3、4、5、6、7、8或9的等离子体腔室监测系统，其中所述多个传感器中的一者或多者位于等离子体腔室的腔室盖处。

示例实施例11：示例实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9或10的等离子体腔室监测系统，其中所述多个传感器中的一者或多者位于等离子体腔室的排气区域处。

示例实施例12：示例实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11的等离子体腔室监测系统，其中所述多个传感器中的一者或多者位于等离子体腔室内的处理环处。

示例实施例13：一种用于一等离子体腔室监测系统的内部连接，所述内部连接包括：第一连接器，所述第一连接器用于耦合至电容传感器模块的电容数字转换器；第二连接器，所述第二连接器用于耦合至电子装置和外部电源；屏蔽线缆，所述屏蔽线缆耦合至所述第一连接器和所述第二连接器并且在所述第一连接器与所述第二连接器之间。所述屏蔽线缆包括：屏蔽金属件，所述屏蔽金属件用于将所述内部连接物理地连接至等离子体腔室的框架；电源线路，所述电源线路容纳在所述屏蔽金属件内；接地线路，所述接地线路容纳在所述屏蔽金属件内；以及一个或多个通信线路，所述一个或多个通信线路容纳在所述屏蔽金属件内。

示例实施例14：示例实施例13的内部连接，其中容纳在所述屏蔽金属件内的所述电源线路为3至4伏特的电源线路。

示例实施例15：示例实施例13或14的内部连接，其中容纳在所述屏蔽金属件内的所述一个或多个通信线路中的每一者是内部集成电路总线或包括内部集成电路总线。

示例实施例16：示例实施例13、14或15的内部连接，其中容纳在所述屏蔽金属见内的所述接地线路提供用于所述电容传感器模块和所述电子装置的共享接地。

示例实施例17：示例实施例13、14、15或16的内部连接，其中容纳在所述屏蔽金属件内的所述一个或多个通信线路使传感器数据计时同步。

示例实施例18：示例实施例13、14、15、16或17的内部连接，其中所述电容传感器模块的传感器位于等离子体腔室的腔室壁处。

示例实施例19：示例实施例13、14、15、16、17或18的内部连接，其中所述电容传感器模块的传感器位于等离子体腔室的腔室盖处。

示例实施例20：示例实施例13、14、15、16、17、18或19的内部连接，其中所述电容传感器模块的传感器位于等离子体腔室的排气区域处。

示例实施例21：示例实施例13、14、15、16、17、18、19或20的内部连接，其中所述电容传感器模块的传感器位于等离子体腔室内的处理环处。

示例实施例22：一种集成用于等离子体腔室条件监测的数据的方法，所述方法包括：将数据从电容传感器模块流式传送至数据服务器。所述数据包括电容数据和温度数据。所述方法还包括：在应用处理服务器上收集所述数据。所述方法还包括：将所述数据关联至一个或多个处理配方操作。所述方法还包括：使所述电容传感器模块与所述一个或多个处理配方操作同步。

示例实施例23：示例实施例22的方法，进一步包括以下步骤：在所述应用处理服务器上收集所述数据之后并且在将所述数据关联至一个或多个处理配方操作之前，执行数据处理和参数提取。

示例实施例24：示例实施例23的方法，其中执行所述数据处理包括：将所述数据过滤以及将所述数据去噪。

示例实施例25：示例实施例24的方法，其中将所述数据过滤以及将所述数据去噪包括：使用移动平均方法。

示例实施例26：示例实施例23、24或25的方法，其中执行所述数据处理和所述参数提取包括：将所述数据回归建模。

示例实施例27：示例实施例22、23、24、25或26的方法，进一步包括：使用所述电容传感器模块来监测所述一个或更多个处理配方操作的一个或多个参数。

示例实施例28：示例实施例27的方法，进一步包括：基于使用所述电容传感器模块对所述一个或多个处理配方操作的所述一个或多个参数的所述监测，确定用于等离子体腔室的清洁/脏污状态。

示例实施例29：示例实施例22、23、24、25、26、27或28的方法，其中在等离子体腔室的腔室壁处执行等离子体腔室条件监测。

示例实施例30：示例实施例22、23、24、25、26、27、28或29的方法，其中在等离子体腔室的腔室盖处执行等离子体腔室条件监测。

示例实施例31：示例实施例22、23、24、25、26、27、28、29或30的方法，其中在等离子体腔室的排气区域处执行等离子体腔室条件监测。示例实施例32：示例实施例22、23、24、25、26、27、28、29、30或31的方法，其中在等离子体腔室内的处理环处执行等离子体腔室条件监测。

Claims (20)

1.一种等离子体腔室监测系统，包括：

多个电容传感器；

电容数字转换器，包括：

绝缘接口，所述绝缘接口耦合至所述多个电容传感器；

电源，所述电源耦合至所述绝缘接口；

现场可编程门阵列固件，所述现场可编程门阵列固件耦合至所述绝缘接口；以及

专用集成电路，所述专用集成电路耦合至所述现场可编程门阵列固件；以及

应用处理服务器，所述应用处理服务器耦合至所述电容数字转换器，所述应用处理服务器包括系统软件。

2.如权利要求1所述的等离子体腔室监测系统，其中所述电容数字转换器的所述专用集成电路是etherCAT专用集成电路。

3.如权利要求2所述的等离子体腔室监测系统，其中所述etherCAT专用集成电路同时提供所述系统软件的无缝集成以及对所述多个电容传感器中的多个电容传感器的控制。

4.如权利要求2所述的等离子体腔室监测系统，其中所述etherCAT专用集成电路初始化并且校准所述多个电容传感器中的各个电容传感器。

5.如权利要求1所述的等离子体腔室监测系统，其中所述应用处理服务器将来自所述多个电容传感器的电容传感器数据与处理配方同步。

6.如权利要求1所述的等离子体腔室监测系统，其中所述电容数字转换器的所述现场可编程门阵列固件提供确定性时序以及与所述多个电容传感器中的多个电容传感器的同时通信。

7.如权利要求1所述的等离子体腔室监测系统，其中所述多个电容传感器中的各个电容传感器并联耦合至所述电容数字转换器的所述绝缘接口。

8.如权利要求7所述的等离子体腔室监测系统，其中所述多个电容传感器中的各个电容传感器各自通过内部连接来耦合至所述电容数字转换器的所述绝缘接口，所述内部连接包括内部集成电路总线和电源线路。

9.一种用于等离子体腔室监测系统的内部连接，所述内部连接包括：

第一连接器，所述第一连接器用于耦合至电容传感器模块的电容数字转换器；

第二连接器，所述第二连接器用于耦合至电子装置和外部电源；

屏蔽线缆，所述屏蔽线缆耦合至所述第一连接器和所述第二连接器，并且在所述第一连接器与所述第二连接器之间，所述屏蔽线缆包括：

屏蔽金属件，所述屏蔽金属件用于将所述内部连接物理地连接至等离子体腔室的框架；

电源线路，所述电源线路容纳在所述屏蔽金属件内；

接地线路，所述接地线路容纳在所述屏蔽金属件内；以及

一个或多个通信线路，所述一个或多个通信线路容纳在所述屏蔽金属件内。

10.如权利要求9所述的内部连接，其中容纳在所述屏蔽金属件内的所述电源线路为3至4伏特的电源线路。

11.如权利要求9所述的内部连接，其中容纳在所述屏蔽金属件内的所述一个或多个通信线路中的每一者是内部集成电路总线或包括内部集成电路总线。

12.如权利要求9所述的内部连接，其中容纳在所述屏蔽金属件内的所述接地线路提供用于所述电容传感器模块和所述电子装置的共享接地。

13.如权利要求9所述的内部连接，其中容纳在所述屏蔽金属件内的所述一个或多个通信线路使传感器数据计时同步。

14.一种集成用于等离子体腔室条件监测的数据的方法，所述方法包括：

将数据从电容传感器模块流式传送至数据服务器，所述数据包括电容数据和温度数据；

在应用处理服务器上收集所述数据；

将所述数据关联至一个或多个处理配方操作；以及

使所述电容传感器模块与所述一个或多个处理配方操作同步。

15.如权利要求14所述的方法，进一步包括：

在所述应用处理服务器上收集所述数据之后并且在将所述数据关联至所述一个或多个处理配方操作之前，执行数据处理和参数提取。

16.如权利要求15所述的方法，其中执行所述数据处理包括：将所述数据过滤以及将所述数据去噪。

17.如权利要求16所述的方法，其中将所述数据过滤以及将所述数据去噪包括：使用移动平均方法。

18.如权利要求15所述的方法，其中执行所述数据处理和所述参数提取包括：将所述数据回归建模(regression modeling)。

19.如权利要求14所述的方法，进一步包括：

使用所述电容传感器模块来监测所述一个或多个处理配方操作的一个或多个参数。

20.如权利要求19所述的方法，进一步包括：

基于使用所述电容传感器模块对所述一个或多个处理配方操作的所述一个或多个参数的所述监测，确定等离子体腔室的清洁/脏污状态。

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